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水下抗分散混凝土的纤维性能改良试验

2024-07-25 26 上传者：管理员

摘要：为提高水下混凝土抗分散性能，对水下抗分散混凝土采用钢纤维和聚乙烯醇进行纤维性能改良，并对改良后的性能进行测试。测试结果表明：水下混凝土的坍落度和坍扩度随着钢纤维掺量增加而逐步大幅减小；抗压强度和抗折强度随着聚乙烯醇掺量达到0.20%、0.15%时分别达到最大。研究成果对于水下混凝土抗分散性能的提升具有参考价值。

关键词：
性能测试
抗分散性能
水下混凝土
纤维改良
聚乙烯醇
钢纤维
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混凝土水下抗分散性能越高，水下工程实施稳定性越佳，通过提高混凝土水下抗分散性能，可提高工程稳定性[1]。相关研究结果表明[2- 6],通过掺入纤维可以有效提高混凝土在水下的抗分散性能，而传统方式主要在混凝土中掺入钢纤维，随着钢纤维掺量的增加，水下混凝土抗分散性能指标逐步降低，且降低的幅度有所增加。但随着混凝土中钢纤维含量的增加，混凝土在水下的抗压和抗折强度逐步降低，且抗剪性能的降低降低了混凝土的抗剪稳定性。近些年来，有学者对水下混凝土中纤维进行改良，通过同时掺入聚乙烯醇来提高混凝土在水下的抗剪性能，通过工程实例表明[7- 15],对纤维进行改良后，混凝土在水下的抗剪性能得到一定程度的提升。但这些研究成果大都未能提出最适宜的聚乙烯醇掺入含量。为提高水下混凝土抗分散性能，结合流动性试验对水下抗分散混凝土聚乙烯醇掺入适宜含量进行分析，研究成果具有参考价值。

1、试验材料及方案

1.1试验材料

采用的试验材料主要为普通硅酸盐水泥、骨料、聚羧酸减水剂、聚乙烯醇纤维，各材料主要性能指标见表1。

1.2试验方案

采用流动性试验方法对水下抗分散混凝土的流动性和强度指标进行分析，混凝土水胶比、钢纤维掺量、聚乙烯醇掺量试验方案见表2。

表1主要试验材料性能指标

1.3试验内容

结合各试验编号下不同类型材料配比值，对混凝土在不同纤维掺量下的抗分散流动性和强度进行试验，新拌混凝土坍落度和坍扩度是流动性试验主要测定指标，悬浮物含量及浊度是抗分散性试验主要测定指标，28d养护时间下混凝土抗压强度和抗折强度是强度试验主要测定指标。

表2不同试验编号下各类型材料配比值

1.4试验制备

按照DL/T 5117—2021《水下不分散混凝土试验规程》对水下混凝土抗分散性能进行观测，对各试验方案下各材料按照分配方案进行3min中干拌，将1/2(减水剂+水)掺入到干拌材料中，按照1.5min时间继续进行搅拌；再向搅拌的材料中加入1/2(减水剂+水),再次搅拌1.5min后得到混凝土试验材料。在水下对搅拌后的试验材料进行浇筑，2d后对浇筑成型的模具进行拆除，在20℃水温下按照不同龄期进行养护后进行对比观测试验。

2、钢纤维掺量下试验结果

2.1流动性受钢纤维掺量影响

采用流动性试验方式对混凝土不同钢纤维掺量下的坍落度和坍扩度2项指标进行试验测定，测定结果见表3。

表3混凝土流动性指标受钢纤维掺量变化影响试验测定结果

从表3结果可看出，水下混凝土坍落度和坍扩度随着钢纤维掺入量增加而逐步递减变化，且递减幅度有所加大，这主要因为砂浆和胶凝材料由于纤维材料表面积更大而需要进行包裹，使得骨料和胶凝材料的咬合力增加，降低混凝土的流动性指标。钢纤维掺量增加到1.0%时，混凝土2项流动性指标递减比均高于30%,流动性能明显下降。

2.2分散性受钢纤维掺量影响

在水下混凝土流动性指标测定分析基础上，对钢纤维掺量对其分散性指标影响进行测定，主要测定悬浊物和浊度值指标，试验测定结果见表4。

表4混凝土分散性指标受钢纤维掺量变化影响试验测定结果

从分散性测定结果可看出，悬浊物和浊度值随着钢纤维掺量增加在同一水胶比下均呈现递减变化，这主要因为砂浆和胶凝材料随着钢纤维掺入后粘合力增强，混凝土抗分散性能随着钢纤维含量增加后逐步提升。悬浊物和浊度值在0.50水胶比下递减幅度要高于0.35水胶比，水胶比从0.35增加到0.50后，其悬浊物和浊度值分别减少28.9%、22.5%,这主要因为钢纤维在低水胶比下粘合性能更优。0.50水胶比下当钢纤维掺量高于0.8%时，混凝土的抗分散性能最优。

2.3强度受钢纤维掺量影响

在分散性和流动性分析基础上，对不同钢纤维掺量下的混凝土抗压和抗折强度进行试验分析，试验测定结果见表5。

从抗压强度测定指标可看出，随着钢纤维掺入增加在相同水胶比下抗压强度和抗折强度均呈现明显递增变化，主要是因为钢纤维掺量增加后其混凝土的抗分散性能增加，流动性能减少，都有利于水下混凝土强度的增加。在不同水胶比下钢纤维掺量加大到1.0%后相比于未掺入钢纤维时其抗压强度和抗折强度分别增加35%～42%之间。

表5混凝土抗压强度受钢纤维掺量变化影响试验测定结果

3、聚乙烯醇改良纤维掺量下试验结果

3.1流动性受改良纤维掺量影响

在钢纤维中通过添加聚乙烯醇对水下混凝土纤维进行改良，对纤维改良下混凝土流动性指标进行测定，试验测定结果见表6。

表6混凝土流动性指标受改良纤维掺量变化影响试验测定结果

从表6结果可看出，相比于单一掺入钢纤维，同时添加聚乙烯醇进行纤维改良后，各水胶比下混凝土的坍落度和坍扩度都明显降低，表明纤维改良后其流动性能进一步降低。这主要因为改良后的纤维使得混凝土表面的基团羟基增加，提升混凝土材料的亲水性能，增强了骨料的吸附性能，相比于传统单一钢纤维，不同水胶比下改良纤维坍落度和坍扩度平均降低8.9%、6.3%。

3.2分散性受改良纤维掺量影响

在改良纤维对混凝土流动性性能试验分析基础上，对改良纤维下混凝土分散性指标的影响进行试验测定，结果见表7。

从表7结果可看出，相比于纤维改良前，各纤维掺量下的悬浊物和浊度值都有所改善，悬浊物和浊度值相比于改良前分别降低5.3%、4.9%,这主要是因为纤维改良后，相同水胶比下混凝土骨料粘合力进一步增强，从而提高了其分散性能，改良纤维掺量变化下混凝土分散性能变化和改良前较为一致，即随着改良纤维掺入量的增加其分散性能逐步提升。

表7混凝土分散性指标受改良纤维掺量变化影响试验测定结果

3.3强度受改良纤维掺量影响

在改良纤维水下混凝土分散和流动性能测定基础上，对不同改良纤维掺量下混凝土抗压和抗折强度进行试验测定，测定结果见表8。

表8混凝土强度指标受改良纤维掺量变化影响试验测定结果

从表8结果可看出，相比于分散性和流动性指标，改良纤维下的强度指标相比于改良前变化相对较低，这主要是因为改良纤维主要对水下混凝土的流动性和分散性能进行改善，重点提高水下混凝土抗分散性，在相同水胶比下改良纤维混凝土抗压强度和抗折强度也均随着纤维掺量的增加而逐步加大，混凝土在水下的稳定性逐步提升，当改良纤维掺量分别为0.6%、0.4%时混凝土在水下的抗压强度和抗折强度分别达到最大。

4、性价比对比

在纤维改良前后对混凝土分散性、流动性、强度指标进行试验对比的基础上，对不同纤维改良方案的造价进行比对，结果见表9。

坍落度在220～260mm、坍扩度在440～480mm之间是水下混凝土流动性一般要求指标。结合改良纤维下不同纤维掺量的各试验指标测定值，对于方案3而言，其钢纤维掺量为0,添加1.35kg的聚乙烯纤维后，在满足水下混凝土抗分散性指标的基础上，其造价为1031.7元/m,在各类配比方案中价格最低，性价比最优。

表9不同配比方案下的性价比

5、结论

(1)纤维改良前后，混凝土在水下的分散性能和流动性能都有所改善，但改良纤维对于水下混凝土强度影响不明显，这要因为混凝土骨料强度受纤维改良影响相对较弱。

(2)通过对比优选，在0.35水胶比下，聚乙烯纤维掺入量为0.2%时混凝土在水下抗分散性价比最高，为最优方案，可在水下工程设计时优选选用。

(3)本文未考虑改良纤维下如何增加混凝土在水下的抗压和抗折强度，存在不足，后续研究应重点围绕改良纤维下水下混凝土的强度提升进行。

参考文献:

[1]何乔意.矿渣粉对水下不分散混凝土耐盐腐蚀性能影响试验研究[J].水利技术监督,2023(6):255- 258.

[2]李非.基于水泥丙烯酸涂层的混凝土大坝修复面水下耐磨性研究[J].水利技术监督,2023(2):168- 172.

[3]杨英英.减水剂和抗分散剂在水下混凝土中的应用研究[J].黑龙江水利科技,2023,51(11):120- 123.

[4]何乔意.不同纤维改良水下抗分散混凝土性能试验研究[J].水利科学与寒区工程,2023,6(11):4- 8.

[5]张晓雪.水下抗分散混凝土制备及性能研究[J].建筑施工,2023,45(10):2041- 2045.

[6]刘立娟.不同掺合料水下抗分离混凝土性能研究[J].黑龙江水利科技,2023,51(9):50- 53.