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聚酯纤维有效防止混凝土道面温度裂缝和干缩裂缝

邓可库1,杨振荣1,彭书成2,黄婕3

(1.中国解放军93882部队,陕西宝鸡 721006;2.北京海达科技有限公司,北京 100028;3.长沙圣华科技发展有限公司,湖南 长沙 410004)

[摘  要]本文对水泥砼道面在施工中产生早期裂缝、温度裂缝的原因进行了分析并提出了解决方法和措施。

[关键词]机场道面砼 温度裂缝 干缩裂缝 聚酯纤维 保湿养护膜 解决方法和措施

      The Polyester Fiber Prevents the Concrete Road Surface

   Temperature Crack and the Desiccation Fissure Effectively

DENG KEku1, YANG Zhenrong1, PENG Shucheng2, HUANG Jie3

(1. Chinese People's Liberation Army 93882 Army, Baoji, Shaxi, 721006, China;  2 .Haida Science Technologies Co., Ltd.of Beijin 100028; China;  3. Shenghua Science & Technology Development Co., Ltd.of Changsha. Changsha, Hunan, 410004,China)

[key words]airport surface; concrete; crack; polyester fiber, preventing and controlling method

 

鼎新机场座落于内蒙古巴丹吉林沙漠西部的戈壁滩上,环境条件极为恶劣。机场所在的区域属西北冷温带干旱区,具有夏季炎热,冬季寒冷,降水量小,蒸发量大,四季多风等典型大陆沙漠气候特征。多年气象资料统计表明,当地极端最高气温为41.6℃,极端最低气温为-31.9℃;平均年温差35.7℃;年最大温差大于70℃,平均日温差为15.5℃,最大日温差到了28℃,当地年均降水量为64.3㎜,年均蒸发量则超过了2700㎜,年均大风日达192d,扬沙日为33d,浮尘日17d,最大冻深达1.2m,夏季砼道面表面最高温度可达70℃以上,最大蒸发量每小时2.448㎏/㎡。另外,工程地勘表明机场局部区域还存在着盐渍土。

1、砼温度裂缝的性质

水泥砼道面在施工中很容易产生早期裂缝,这些裂缝发生在尚未凝固的流动性、密实性、稳定性等随着时间变化的过程中,特别在夏季和冬季施工中的道面,早期裂缝更为严重,裂缝一旦出现修复十分困难,因此,如何防治早期裂缝病害、确保施工质量是目前工程技术人员共同关心的课题。

水泥砼具有热胀冷缩的性质,由于水泥水化作用,拌随着热化学反应,所以在硬化过程中,释放大量热能,温度上升,在通常温度范围内,砼温度上升1℃每米膨胀0.01mm,这种温度变形对大面积板块极为不利。

大体积砼施工阶段产生的温度裂缝是其内部矛盾发展的结果。一方面是结构物外部约束和砼各质点间的约束,应阻止这种应变,一旦温度应力超过砼能承受的抗拉强度时,即会出现裂缝。

2、砼的收缩变形的原因

砼中80%的水分要蒸发,约20%的水分是水泥硬化所必须的。在砼中,水在水泥石中是以化学结水、层间水物理吸附水、毛细水等形式存着,当这些水在不同阶段失去时,水泥浆就会收缩,这就是干燥收缩,但是仅仅是收缩,还不会导致裂缝发生,唯有收缩受到限制,发生收缩应力时,才会引起干燥收缩裂缝。

水泥浆干燥收缩的内部限制主要是砼内部骨料对水泥浆的限制。在普通砼中,水泥浆的收缩率被限制了90%,因而砼内部经常存在着引起干缩裂缝的应力状态。

为了保证新浇筑的砼有适宜的硬化条件,防止在早期由于干缩而产生裂缝,砼应在浇筑完毕后及早洒水养护,以保持砼表面经常湿润为原则,养护好坏直接影响砼强度。

3、砼温度裂缝和干缩裂缝的防治方法

道面砼用节水保湿养护膜养生能防止砼早期干缩裂缝、温差裂缝,提高耐磨性。

新型砼节水保湿养护膜是以新型可控高分子吸水材料组成,芯膜吸水后有极强的保水能力,控制水分向空气中散发,象海棉体一样,把水保存起来,当砼水化过程中需要水分时,海棉体内的水分及时通过毛细管作用向道面不断补充水分,当天气热的时候,砼里的蒸发水

又被海棉体吸收,这样保湿养生期间砼表面总能保持湿润,保温效果好,水泥水化过程放出大量的热,当外界温度变化剧烈时,砼特别容易产生温差裂缝,而芯膜保有大量水分,水的热容极大,使砼内外温度变化均匀,有效平缓昼夜温差,防止了骤冷骤热现象产生。相反土工布养生,第一是砼水化过程产生热量。第二是气温高砼板面产生的热量。这样一来就要浇水降温养护砼板面,温度集骤下降砼板面也易产生温差裂缝。

节水性能好,砼养护周期只需浇一次水,同土工布养生相比节水率可达95%

以上,同时还节省人力,综合成本明显下降

我们做了养护膜养护和标准养护强度对比试验,也做了施工现场不同养护条件砼取芯强度对比试验。试验结果详见表-1、表-2:

          表-1     混凝土标准养护、养护膜养护强度对比试验

标准养护

养护膜养护

序号

试件编号

龄期/d

抗折强度/MPa

试件编号

龄期/d

抗折强度/MPa

1

A5

28

6.0

A5

28

5.8

2

A6

28

5.7

A6

28

5.8

  

   表-2     潭邵高速公路实验路面砼芯样抗压、劈裂抗拉强度对照

 

试件

编号

钻芯部位

养 护

条 件

龄  期

(天数)

抗压强度(Mpa)

抗压平均值(Mpa)

劈裂强度(Mpa)

劈裂平均值(Mpa)

1

K200+100

节水保

湿养护

膜养护

7

28.9

29.2

2.89

2.90

2

K200+134

29.2

2. 88

3

K200+163

29.4

2.93

4

K200+187

农膜加

养护剂

养  护

7

26.3

26.6

2.51

2.62

5

K200+203

29.4

2.92

6

K200+224

24.1

2.43

7

K200+256

土工布

浇  水

养  护

7

29.3

25.8

2.96

2.58

8

K200+283

25.4

2.48

9

K200+305

22.8

2.31

 

应用新型可控高分子吸收材料制成的养护膜,强度保持率和有效保水率两项技术指标均达到美国AXTM标准,可提高砼强度,减少微裂缝从而延长了砼道面的使用寿命。

4、杜强纳米高强改性聚酯纤维混凝土的工作机理

杜强纤维是一种聚酯单丝纤维纳米改性聚酯单丝纤维,在水泥基体中起主要作用,提高基体的变形能力并从而改善其韧性与抗冲击物性。改性聚酯纤维对混凝土性能的改性还通过减少混凝土的泌水使表面混凝土的质量得以改善,从而使混凝土的耐磨性能得以提高,以及阻裂效果能显著改善混凝土的抗渗漏性。

混凝土在硬化形成强度的过程中,初期由于水和水泥反应形成结晶体。这种晶体化合物的体积比原材料的体积要小,因此,引起混凝土体积的收缩。在后期又由于混凝土内自由水分的蒸发而引的干缩。这些应力某个时期超过了水泥基体的抗拉强度,于是混凝土内部引起微裂缝,这些裂缝不可避免地存在于混凝土的骨料和水泥胶体的局部接触

面处以及凝胶体自身内部。

在工程实践中,由于没有采取有效的抗裂措施。混凝土固有的微裂缝在内外应力作用下发展为更大的裂纹,以至最终形成贯通的毛细孔道裂缝,常常导致防水失败也造成结构强度远未能充分发挥。严重的甚至威胁到工程的安全及使用。多数混凝土裂缝同荷载并无很大关系,塑性收缩、干缩及温度变化等开裂因素才是混凝土众多问题的根源。

在混凝土中加入杜强纳米高强改性聚酯纤维后,由于纤维以单位体积内的数量均匀分布于混凝土内部,所以微裂缝在发展的过程中必须受到纤维的阻挡,消耗了能量,难以进一步的发展,从而达到了抗裂的作用。纤维的加入尤如在混凝土中掺入巨大数量的钢筋,这些纤维筋抑制了开裂的进程,提高了混凝土的断裂韧性,而这些单靠加强钢筋不是能实现的。

杜强纳米高强改性聚酯纤维改善混凝土内部结构并不改变混凝土中各材料本身的化学性能,因此有利于混凝土耐久性。

4.1、采用杜强纳米高强改性聚酯纤维混凝土是建设高质量、高耐久性机场跑道的有效方法。

从二十世纪六十年代以来,国外一些机场跑道就已经采用合成纤维混凝土技术,如美国丹佛机场,英国伦敦希斯罗国际机场,一些海湾国家的军用和民用机场也采用了纤维混凝土铺筑道面,国内使用情况、 “十五”期间先后有海军1123工程、1218工程、1112工程、1114工程以及上海国际码头,广州白云国际机场,江苏宜兴水利大坝混凝土等均以采用了高性能合成纤维混凝土技术,从使用的情况来看,这些工程抗裂、抗冻融性能优良,防止了早期龟裂现象。掺量不同的纤维混凝土和普通混凝土进行对比试验见图-1。

4.jpg

检验结果表明:

①无纤维普通混凝土:电风扇吹1.5h后开裂,裂纹宽度为1.3mm,长度为600mm,有5条贯通模具。另外有一条270mm和1条250mm长裂缝。

②纤维水泥混凝土:掺量为1.2kg/m3、1.4 kg/m3纤维水泥混凝土均未出现裂纹。

③试件连续吹8h和照射8h后,往试件浇水,试件会出现以下现象:

无纤维普通混凝土:有明显吸水现象;

纤维水泥混凝土:掺量为1.2kg/m3纤维水泥混凝土没有出现明显吸水现象;

纤维水泥混凝土:掺量为1.4kg/m3纤维水泥混凝土未出现吸水现象,试件表

面有水珠现象。

用一句通俗的话来讲:纤维混凝土就象泥巴加麦草抹墙一样不开裂,所以提高了混凝土的早期抗裂性,降低了混凝土体积收缩变形。

4.2、杜强纳米高强改性聚酯纤维在鼎新机场工程中应用

鼎新机场应用改性聚酯纤维使用简便,每立方混凝土掺入1.4kg纤维(费用增加80元左右),机械搅拌90s。纤维分布均匀,无成团并丝现象。

改性聚酯纤维具有良好的施工工艺,混凝土和易性好,减少混凝土泌水现象,降低塑性状态收缩率,在鼎新机场工程大面积(4100m×60m)总计25万㎡、大体积(4100m× 60m× 0.32m)总计8万m3混凝土跑道浇筑应用改性聚酯纤维。混凝土表面没有出现干缩裂缝和龟裂。解决了混凝土历来施工中存在断板、掉边掉角、脱皮质量通病。普通混凝土和纤维混凝土抗折强度对比试验结果表明,纤维混凝土抗折强度比普通混凝土抗折强度提高7.6 %,有效增强了纤维混凝土的粘结力,提高改善混凝土的韧性,使用1a仍未见裂缝。在施工中选用最佳砼配合比、使用节水保湿养护膜养生和掺一定量的聚酯纤维,采取综合防治措施,砼温度裂缝和干缩裂缝是可以解决的。从而延长了使用寿命,有广泛应用价值和经济、社会效益。 

[参考文献]

[1]  徐 伟  沥青混凝土加铺层结构中玻纤格栅作用试验分析

     [J]. 中国公路工程,2003,(2).


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