新型抗裂防渗水工混凝土基本性能及其配筋压力管研究.docx

新型抗裂防渗水工混凝土基本性能
及其配筋压力管研究
摘要 新型抗裂防渗水工混凝土是
将钢纤维乱向分散于膨胀混凝土中， 形成的
一种集承重与防渗为一体的新型建筑材料， 本文对其立方体抗压强度、劈拉强度、抗折 强度、弯曲韧性、膨胀变形性能及配筋混凝 土管件在内水压力下的轴拉性能，进行了系 统的试验研究和理论分析。试验结果表明： 钢纤维能有效限制膨胀混凝土的膨胀变形； 钢纤维的限胀、阻裂增强作用，大大提高了 膨胀混凝土的抗压、抗拉、极限抗折、抗折 初裂强度，提高了弯曲韧性，改善了其抗渗 性能；配筋钢纤维膨胀混凝土管，是经济、 合理、实用的结构形式。初步探讨了该混凝 土的增强机理；给出了膨胀变形方程。
关键词钢纤维混凝土 膨胀混凝土基本力
学性能
为解决大型储油和储水结构中的防渗问题，
本文提出了一种兼具承重与防渗两项功能 的新型混凝土 钢纤维膨胀混凝土， 且其
施工工艺与普通混凝土相同。 钢纤维膨胀混 凝土是以自应力硫铝酸盐水泥混凝土为基 体，将钢纤维乱向分散于其中而形成的一种 新型复合材料，以下简称为 SFEC其基本原 理为：乱向分散于膨胀混凝土中的钢纤维， 能有效地限制混凝土的膨胀变形，充分利用 膨胀混凝土的膨胀变形特性及钢纤维的限 胀增强和阻裂增强作用，使混凝土的抗拉强 度、抗渗性及气密性得以提高和改善。此外， 由于SFECt足够的膨胀能来张拉钢筋产生 化学预应力，使配筋 SFEC吉构构件抗裂、 抗渗及耐久性得以很大的提高和改善； 因此,
SFEg望在水工结构中推广应用。 本文对其 基本力学性能和膨胀变形性能，及其配筋轴 拉试件的力学、变形性能进行了系统的试验 研究和理论分析，研究成果将为这一新型复 合材料的进一步深入研究和工程应用提供 一定的试验数据和理论依据。 1试验概况
材料、配比及试件养护 选用湖南冷水滩特 种水泥厂生产的45Kg级硫铝酸盐自应力水 泥，鞍山产剪切平直型钢纤维，平均长度为 32mm等效直径、长径比
中砂，粗骨料碎石为石灰岩， 粒径5〜15mm. 日常自来水，管体配筋采用冷拔低碳钢丝。 水泥用量为564kg/m3，水灰比为，水泥、砂、 石的质量比为1 ：：,试件编号如表1所示。 试件成型后24h脱模，脱模后放入常温水中 养护17d,然后在阴凉处继续浇水覆盖草袋 在空气中养护至龄期 力学性能试验包括立方体抗压、劈拉、抗折 强度和弯曲韧性。试件制作及试验均按照
〈〈钢纤维混凝土试验方法》(CECS13 89)[1] 进行。鉴于我国尚无统一的膨胀变形测定方 法，膨胀收缩性能试验按文献[1]进行，试 件尺寸为100m淋100mr^ 515mm并分为自 由膨胀试件和限制膨胀试件。 自由膨胀试件
在试件两端轴心处预埋测头；限制膨胀试件 在试件中心加一根 ①12的钢筋(配筋率为 P s=%),且两端加焊限制钢板，与表 1试件 相对应的钢筋限制试件的编号为 E0L、E1L、
E2L和E3L,试件成型后按试验要求如期量 测试件的变形。为探讨配筋 SFEC勾件的轴
拉力学及变形特性，本文选水工工程中最具 代表性的压力水管作为试验模型，对配筋 SFEC®状试件内压作用下的力学、变形性能 进行试验研究和理论分析。管件内直径为
500mm外直径为610mrp高为300mm试件 共成型16组，每组成型2个试件，试件参 数及编号如表2所示。米用强制式搅拌机拌 合混凝土，之后将拌合物装入钢模，振捣成 型。本试验采用橡胶水袋内压试验方法，通 过自行设计、加工的环状试件内压加载设备， 使试件沿轴向处于自由状态， 保证试件只受
环向拉力作用。试验装置及具体试验方法详 见文献。2力学性能试验结果及分析 强度 试验结果 试验测得的强度值如表 3所示。 试验结果表明，钢纤维体积率是其抗压性能 的重要影响因素，随钢纤维体积率的增加， 抗压强度增长很快。同时，钢纤维的掺入大 大提高了膨胀混凝土的劈拉强度、 极限抗折
强度和抗折初裂强度。 强度增强效应及增
强机理分析强度提高系数K(%)=[(钢纤维 膨胀混凝土强度-基体混凝土强度)/基本混 凝土强度]x 100根据试验结果计算出的强
度提高系数如表4所示，可以看出，随着钢 纤维体积率的增加，混凝土的抗压、劈拉、 抗折强度均大幅度提高，这充分肯定了钢纤 维对具有较大膨胀变形能力混凝土的限制 作用和良好的约束效果。 由于基体混凝土性 能的差别，
SFEC的增强机理与普通钢纤维混 凝土的增强机理有所不同。试验结果表明， SFEC勺增强效应是钢纤维与混凝土膨胀变 形联合作用的结果。文献认为在 SFEC+, 钢纤维的增强作用体现在两方面： （1）钢纤
维通过限制膨胀变形使基体混凝土内部结 构得以改善，同时也