喷射聚丙烯纤维混凝土渗透性试验研究

董如梦

(安徽理工大学计算机科学与工程学院， 安徽淮南 232001)



喷射聚丙烯纤维混凝土渗透性试验研究

董如梦

(安徽理工大学计算机科学与工程学院， 安徽淮南 232001)

掺入适量聚丙烯纤维可以阻止喷射混凝土开裂、增加喷层的抗渗性。完成不同纤维掺量聚丙烯纤维混凝土抗渗试验，通过试验对比找出最佳配合比。在满足隧道喷层支护强度条件下，提高了喷射混凝土的耐久性。

聚丙烯纤维；混凝土；耐久性；抗渗试验

聚丙烯纤维混凝土作为隧道喷层，混凝土力学性质优良且在锚喷支护与围岩的相互作用的整体性方面也得到一定程度的提升，使得衬砌支护经过调整以后隧道的变形较小，能够满足软岩隧道喷层支护要求。聚丙烯纤维混凝土在力学性能方面优于普通混凝土。

混凝土结构一般要求满足安全性、适用性、耐久性三个方面的要求。对于安全性和适用性主要是满足结构承载力和变形的要求，但耐久性却与所处环境有关。聚丙烯纤维混凝土力学性能研究已经比较成熟，而耐久性的影响规律研究比较少，通过软岩隧道喷层所用聚丙烯纤维混凝土抗渗试验研究，得出不同纤维掺量混凝土耐久性的规律。

1　纤维混凝土耐久性影响因素

1.1混凝土材料

水泥品种不同，骨料的级配不同，速凝剂的用量不同，减水剂的品种和用量不同，纤维材料的品种不同都会对混凝土结构耐久性产生影响。因此考虑选择碱性物质含量较低的水泥、活性成分低和级配优良的骨料对混凝土结构耐久性起到了关键作用。

1.2混凝土配合比

混凝土在满足工作性能基础上，尽量节约生产成本。实际生产过程增强混凝土密实度、掺入减水剂减少用水量，这样也会对混凝土结构耐久性产生影响。

1.3施工工艺

混凝土的制作和养护也是影响耐久性的重要因素。均匀振捣混凝土，振捣时间宜控制在30 s以内；为了提高混凝土和易性及强度，还要对混凝土进行二次搅拌，搅拌时，正确的搅拌顺序是非常重要的。

1.4腐蚀作用

腐蚀作用主要是化学介质对混凝土的破坏而造成混凝土结构丧失或降低混凝土结构的工作性能。这也是我们必须要关注的影响因素。

2　聚丙烯纤维混凝土抗渗性室内试验

2.1聚丙烯混凝土材料

2.1.1水泥

在选择水泥的品种和标号时应当以满足工程实际的需求为前提，另外当额外加入速凝剂时，还需考虑水泥与速凝剂是否相容。如果相容，则可以用于工程实际的要求，如果不能相容，则需要考虑是否要更换水泥的品种和标号，此次试验采用普通硅酸盐水泥。

2.1.2骨料

2.1.2.1砂

骨料用砂采用细度模数应大于2.5中粗砂且砂子中直径小于0.075 mm的颗粒不超过20 %。试验用砂级配见表1。

表1　砂级配实验结果

2.1.2.2石子

骨料石子选用最大粒径不宜大于15 mm卵石或者碎石，通过筛选将大块除掉，为了避免在添加速凝剂时碱骨料反应发生而造成混凝土开裂破坏，不应选择含有二氧化硅的石材作为粗骨料。对于石子的含量，最好不大于10%。

2.1.2.3水

用水可与普通混凝土的用水相同。不得使用含有污浊物的水、PH值较小的酸性水以及海水。

2.1.2.4速凝剂

使用速凝剂的目的是使混凝土快速凝结并有一定的强度，提高早期强度，减少回弹损失，速凝剂一般选用可溶性盐，例如碳酸盐、氯酸钠等。

2.1.2.5减水剂

减水剂是在维持混凝土塌落度不改变的情况下而减少拌合用水量的外加剂。本试验采用FDN奈系减水剂(液体)，掺量一般为胶凝材料总重量的0.4%～2.0%。常用掺量为0.4%～1.2%。物理化学指标见表2。

表2　FDN高性能减水剂物理化学特性指标

2.1.2.6纤维

为了使纤维尽可能地均匀分散在混凝土试块中，避免集中在一起形成团状对纤维混凝土力学性能的试验结果产生影响，试验所选用的纤维是长度为12 mm的束状单丝聚丙烯纤维。

物理力学性能见表3。

表3　束状单丝聚丙烯纤维的物理力学特性指标

2.2抗渗试验

研究普通混凝土及不同掺量聚丙烯纤维混凝土做抗水渗透试验。通过初步确定混凝土配合比为水泥∶砂子∶纤维∶石子∶水=1∶1.85∶1.85∶0.45，保持上述原材料的配合比不变，通过改变掺入纤维含量对混凝土的性能的影响进行分析。制作纤维掺量分别为0 kg/m3、0.6 kg/m3、0.9 kg/m3、1.2 kg/m3、1.5 kg/m3、1.8 kg/m3试块。

试验依据GB /T 50082-2009标准规定，本试验采用BY-HS168智能型混凝土抗渗仪。纤维掺量分别为0 kg/m3、0.6 kg/m3、0.9 kg/m3、1.2 kg/m3、1.5 kg/m3、1.8 kg/m3六组试块进行编号，每组试块有6个试件。制作和养护试件：试件拆模后将试件送入标准养护室养护，养护龄期宜为28 d。依据GB /T 50082-2009标准规定试件渗水高度计算见公式(1)，一组试件平均渗水高度计算见公式(2)。

(1)

(2)

抗渗最终试验结果见表4，不同纤维掺量下渗透高度对比见图1。

表4　不同聚丙烯纤维掺量混凝土渗透高度

图1　不同纤维掺量下渗透高度对比

3　主要结论

(1)由图1可知，聚丙烯纤维混凝土渗透高度随聚丙烯纤维掺量增加而下降，即抗渗性能随聚丙烯纤维掺量增加而越好。当聚丙烯纤维掺量在尚未达到0.9 kg/m3时，渗透高度急剧下降，聚丙烯纤维掺量超过0.9 kg/m3时，渗透高度降低幅度较小，得出喷射混凝土最佳聚丙烯纤维掺量为0.9 kg/m3。

(2)聚丙烯纤维混凝土作为隧道喷层，适当纤维掺量混凝土力学性质优良且耐久性好，能够满足软岩隧道喷层支护和设计使用年限要求，具有较为广泛的推广应用前景。

[1]白金婷.橡胶集料混凝土抗冻与抗渗性能试验研究[D].阜新：辽宁工程科技大学，2012.

[2]范至永.聚丙烯纤维轻骨料混凝土性能试验研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2009.

[3]靳甲.沙漠砂混凝土耐久性试验研究[D].银川：宁夏大学，2011.

[4]徐至钧. 纤维混凝土技术与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

董如梦(1994～)，女，硕士研究生，研究方向为物联网。

TU528.572

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[定稿日期]2016-03-02