水利工程中聚合物混凝土力學性能試驗與應用研究

潘　登

(陜西省水利廳建設與管理處，陜西 西安　710004)

為了應對混凝土大壩開裂問題，鄭文忠建立了高溫后聚丙烯纖維(PPF)體積摻量不同的活性粉末混凝土(RPC)殘余抗壓強度、殘余抗折強度和殘余軸心抗拉強度隨溫度變化的計算式[1]。解決水泥基材料的脆性問題成為工程領域思考的問題[2-5]。

針對聚合物混凝土的應用研究，可以達到減少以及解決混凝土脆性的問題。

為了在大型水利工程中使用具有良好力學性能的混凝土，本人采用試驗分析研究的方法，研究WSP、鋼纖維、單摻或者混合摻加聚丙烯纖維對普通大壩聚合物混凝土力學性能的影響。通過試驗對WSP混凝土各項力學性質做出了定量的分析，為將聚合物混凝土應用到水利工程奠定基礎。

1　試驗材料

水泥各項性能指標詳見表1,細骨料采用西安灞河河砂；粗骨料直徑5 mm～31.5 mm卵石；WSP水溶性高分子聚合物。

表1　水泥的各項性能指標

2　混凝土的力學性能測定

2.1　混凝土抗壓強度試驗

300 t數顯式液壓壓力機，如圖1所示，試驗結果如表2和表3所示。

表2　混凝土7 d和28 d抗壓強度　MPa

表3　混凝土7 d，28 d抗壓強度

2.2　軸心抗壓強度

軸心抗壓強度結果如表4所示。

表4　混凝土軸心抗壓強度及其提高率

2.3　混凝土抗彎韌性試驗

混凝土抗彎韌性試驗結果見表5～表10。

表5　普通混凝土抗折強度

表7　聚丙烯纖維混凝土抗折強度

表8　鋼纖維混凝土抗折強度

表9　WSP改性聚丙烯纖維混凝土抗折強度

3　試驗結果分析

3.1　抗壓強度結果分析

由表3可知，相比于普通混凝土7 d強度，聚丙烯纖維混凝土和鋼纖維混凝土強度都有所提升，但是前者提升較大為16.19%，而鋼纖維僅僅提升2.87%，顯而易見，聚丙烯纖維對混凝土早期強度影響較大。到了28 d強度，鋼纖維的影響作用較大，達到18.93%。

WSP混凝土在7 d強度下降了19.03%，是由于混凝土早期內部有殘余的自由水，對其強度有所影響，隨著游離水的蒸發和流失WSP混凝土到了后期強度即28 d強度，由表可見，提升較為明顯，提升16.41%，僅次于鋼纖維對混凝土的影響。可見對混凝土后期抗壓強度有提升作用的有聚丙烯纖維、WSP和鋼纖維。WSP改性聚丙烯纖維和WSP改性鋼纖維的抗壓強度則有所降低。

表10　WSP改性鋼纖維混凝土抗折強度

3.2　軸心抗壓結果分析

由表4可知，相比普通混凝土，對28 d軸心抗壓強度作用最為明顯的是鋼纖維和聚丙烯纖維，分別為13.10%和4.02%；而有其他三種摻和物的混凝土軸心抗壓強度都有所降低。

3.3　混凝土抗彎韌性試驗結果分析

由表5～表10可知，對混凝土抗折強度的提升影響由大到小分別是：鋼纖維，聚丙烯纖維，WSP和WSP改性鋼纖維，分別為29.32%,17.09%,7.27%,2.73%。而WSP改性聚丙烯纖維則降低了23.69%的抗折強度。

4　結語

為了增強水利工程中混凝土的力學性能，通過摻加不同配合比的聚丙烯纖維、WSP、鋼纖維在普通混凝土中來提高混凝土的密實度，以此增加混凝土的各項力學性能。通過不同混凝土的力學性能進行對比試驗，研究各不同摻和物混凝土和普通混凝土的抗壓強度、抗彎強度、齡期與混凝土力學性能之間的關系。對于將大壩WSP聚合物混凝土推廣到水利工程中具有重要意義。

參考文獻:

[1]鄭文忠,李海燕,王英.高溫后不同聚丙烯纖維摻量活性粉末混凝土力學性能試驗研究[J].建筑結構學報,2012,33(9):119-126.

[2]廉慧珍.21世紀的混凝土及其面臨的幾個問題[J].建筑技術,1999,30(1)：14-16.

[3]徐世烺,李賀東.超高韌性水泥基復合材料研究進展及其工程應用[J].土木工程學報,2008,41(6):45-60.

[4]焦凱.聚合物(WSP)及纖維改性混凝土力學性能研究[D].西安:西安理工大學,2009.

[5]梁乃興,曹源文,姚紅云.聚合物改性水泥混凝土路用性能研究[J].公路交通科技,2005(3):21-23.