CFRC混凝土在长江三峡水利枢纽泄洪坝段的应用

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：三峡水利枢纽泄洪坝段采用的CFRP混凝土分两种：一是聚丙烯纤维常态混凝土；二是聚丙烯纤维喷射混凝土。表7.11聚丙烯纤维喷射混凝土钻孔取芯抗压强度检测结果7.1.3.2应用研究CFRP混凝土原材料选择。由表7.16可见，聚丙烯纤维混凝土具有一定的抗冲击韧性，早龄期可提高抗冲磨强度8%左右，长龄期可提高18%。

7.1.3.1　概述

为了提高长江三峡水利枢纽泄洪坝段表孔墩墙部位和其他抗冲磨部位混凝土的耐久性，对CFRP混凝土的应用作了专门试验研究与施工。

三峡水利枢纽泄洪坝段采用的CFRP混凝土分两种：一是聚丙烯纤维常态混凝土；二是聚丙烯纤维喷射混凝土。

聚丙烯纤维常态混凝土主要用于三峡二期工程泄洪坝段表孔墩墙和底孔跨缝板等部位。表孔墩墙三级配混凝土设计标号为R90400号，底孔跨缝板二级配混凝土设计标号为R28400号，施工配合比见表7.8机口取样抗压强度统计结果见表7.9。

表7.8　聚丙烯纤维常态混凝土配合比

注 1.细骨料为下岸溪料场人工砂、细度模数Fm=2.8。
2.粗骨料为古树岭料场人工碎石。
3.粉煤灰使用平圩I级优质灰。

表7.9　机口聚丙烯纤维常态混凝土抗压强度统计结果

聚丙烯纤维喷射混凝土用于三峡二期工程泄洪坝段上游面裂缝修补和处理，在高程45.0m以下钢筋混凝土板两侧各2m喷聚丙烯纤维混凝土，喷护面积共计1272m2。

聚丙烯纤维喷射混凝土施工配合比见表7.10钻孔取芯混凝土强度检测结果见表7.11。

表7.10　聚丙烯纤维喷射混凝土施工配合比

注 1.细骨科为下岸溪人工砂，细度模数Fm=2.8。
2.粗骨料为长江天然河卵石，最大粒径10mm。

表7.11　聚丙烯纤维喷射混凝土钻孔取芯抗压强度检测结果

7.1.3.2　应用研究

（1）CFRP混凝土原材料选择。

1）水泥。使用荆门葛洲坝水泥厂生产的中热525号水泥，其品质指标满足三峡工程质量标准TGPS03—98的要求。

2）粉煤灰。使用平圩I级优质灰，其品质指标满足TGPS04—98的要求。

3）骨料。粗骨料为古树岭料场加工而成的闪云斜长花岗岩，其品质指标满足TGPS01—98的要求；细骨料为下岸溪料场加工而成的斑状花岗岩人工砂，其品质指标满足TGPS02—98的要求。

4）外加剂。选用意大利马贝公司生产的X404或浙江龙游外加剂厂生产的ZB－1A缓凝高效减水剂，河北石家庄外加剂厂生产的引气剂DH9，其品质指标满足TGPS05—98的要求。

（2）CFRP混凝土性能试验研究。

1）混凝土坍落度和含气量。聚丙烯纤维混凝土拌和物坍落度和含气量检测结果见表7.12。

由表7.12可见：聚丙烯纤维混凝土与基准混凝土相比，拌和物的含气量几乎不变，而坍落度约减小30%，这可能是由于纤维相互交错形成网架结构从而导致混凝土流动性降低的缘故，但和易性、粘聚性均较好，为保持混凝土坍落度不变可适当增加减水剂用量。

2）混凝土抗压强度和劈拉强度。为论证聚丙烯纤维对混凝土抗压强度和劈拉强度的影响，以掺与不掺聚丙烯纤维以及掺与不掺粉煤灰作比较，检测结果见表7.13。

表7.13结果表明：①不掺粉煤灰的序号1和序号2相比，序号2掺聚丙烯纤维0.9kg/m3，其3天抗压强度为基准混凝土（序号1）的121%，7天为110%，28天为108%；其各对应龄期的劈拉强度为基准混凝土的110%、107%、110%，可见在不掺粉煤灰的条件下，聚丙烯纤维可明显提高混凝土早期抗压强度和劈拉强度；②在掺20%粉煤灰条件下，序号3和序号4相比，序号4掺聚丙烯纤维0.9kg/m3，其3天、7天和28天抗压强度增长不明显（约3%～4%），其3天、7天和28天劈拉强度增长也不明显（约2%～8%）。众所周知，粉煤灰对混凝土强度的贡献应在90天龄期之后产生火山灰效应才显示出来，早龄期胶凝材料对聚丙烯纤维的粘结力较低而影响其强度的发挥。

3）力学变形性能。测定以上述4种方案的极限拉伸值和弹性模量，检测结果见表7.14。

表7.14结果表明：①不掺粉煤灰的序号1与序号2相比，序号2的7天龄期极限拉伸比序号1提高20%，28天龄期极限拉伸值两者基本相当；7天、28天龄期的抗压弹模分别降低至95%和91%。②掺煤灰的序号3与序号4相比，序号4的7天、28天龄期极限拉伸值比序号3提高10%左右，90天龄期的极限拉伸值基本相当；7天、28天龄期弹性模量分别降低5%～10%，90天龄期的弹性模量也基本相当，说明掺聚丙烯纤维可降低混凝土早龄期弹性模量，提高早龄期极限拉伸值，其抗裂性优于基准混凝土。

4）干缩和水分蒸发试验。干缩试验。干缩试验按《水工混凝土试验规程》（SD105－82）进行，检测结果见表7.15。

从表7.15试验成果可见：①掺粉煤灰可明显减少干缩；②单掺聚丙烯纤维对混凝土干缩影响较小；③既掺粉煤灰又掺聚丙烯纤维（序号4与序号1相比）可减少早龄期干缩27%左右，有减小初期干缩应力、抑制干缩裂缝的趋势。

水分蒸发试验。采用砂浆强制干燥试验，将序号1和序号2配合比中粗骨料筛除，余下砂浆装入表面积为530cm2，高7cm的试模内，在一定温湿条件下，进行强制干燥，每小时称其重量，测得历时失水百分率，绘制的砂浆强制干燥过程线如图7.2所示。

图7.2　砂浆强制干燥过程线

由图7.2可见，由于聚丙烯纤维形成相互交错的网架结构，有效地阻断了毛细管通道，减少了塑性沉降和泌水作用，使砂浆早期水分蒸发速率减缓，可对早期塑性裂缝的出现起到抑制作用。

5）抗冲磨性能。对R28400号二级配混凝土，进行掺与不掺聚丙烯纤维圆环抗冲磨对比试验，在含砂率为2%、流速为27m/s的水流中，以1小时为一循环，连续冲磨10小时，测得的试验成果见表7.16。

由表7.16可见，聚丙烯纤维混凝土具有一定的抗冲击韧性，早龄期可提高抗冲磨强度8%左右，长龄期可提高18%。

表7.16　聚丙烯纤维混凝土抗冲磨试验成果

6）抗冻、抗渗性能。对R28400号二级配混凝土，进行掺与不掺聚丙烯纤维抗冻、抗渗性能对比试验，检测结果见表7.17。

表7.17　聚丙烯纤维混凝土抗冻、抗渗性能

由表7.17可见：对高标号混凝土，无论掺或不掺聚丙烯纤维，都具有良好的抗冻性能。R28400号二级配混凝土，冻融循环次数达到475次时，相对动弹模量大于90%，重量损失几乎为零。不掺聚丙烯纤维的基准混凝土抗渗标号大于S12，掺聚丙烯纤维混凝土抗渗标号大于S24，显示聚丙烯纤维的优越性。

7.1.3.3　效果

（1）掺聚丙烯纤维可提高水泥基材的强度、在掺粉煤灰的条件下，增强效果不明显。

（2）聚丙烯纤维可提高混凝土早期极限拉伸值，降低混凝土弹性模量，有利于抗裂能力的提高。

（3）聚丙烯纤维可抑制水分的蒸发，有减少干缩的作用。

（4）聚丙烯纤维混凝土具有较高的抗冲磨、抗冻、抗渗性能。

CFRC混凝土在长江三峡水利枢纽泄洪坝段的应用

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