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纤维混凝土渗透性能综述汇报人：张朋引言随着混凝土技术的发展，高性能混凝土的产生和应用日趋成熟，已被广泛用于公路路面、机场道面、海洋工程、隧道工程、国防抗爆和抗多次导弹打击工程等，但是，高性能混凝土中的高标号水泥、高用量都易导致水泥早期水化热的急剧上升和混凝土表面水分蒸发，从而加剧混凝土早期龄期塑性收缩裂缝的产生，还为侵蚀性介质向混凝土基体侵入提供通道，加速钢筋的锈蚀，从而影响混凝土的耐久性和结构的安全性。在混凝土中掺入纤维，能够提高混凝土早期抗拉强度，有效的防止早期裂缝的出现。有效的增强了混凝土的抗渗性能，从而提高了混凝土的耐久性，使混凝土表现出更优越的服役性。抗渗性是影响混凝土耐久性最主要的因素，也是纤维增强混凝土的最重要的性能之一，良好的抗渗性能，使纤维增强混凝土的长期性能得到保证。在钢纤维作用下，钢纤维混凝土中的抗裂作用机理：(1)混凝土在不受约束条件下，如未配钢筋或纤维材料或尺寸很小的试件，此时的收缩为自由收缩，结构内部质点经收缩而靠近，成为相向变形，处于受压状态，不会引起开裂。如果配置较多的钢筋或大尺寸混凝土表层的收缩受到限制则为限制收缩，这时，结构内部质点因收缩反向分离开来，称为背向变形，处于受拉状态。当限制收缩应力超过其抗拉强度，就会引起开裂。混凝土的裂缝大体上可分为二类：一类是混凝土自身收缩及环境气候影响所产生的裂缝；另一类是由外力所产生的裂缝，即结构裂缝。工程材料主要考虑前者。(2)钢纤维在混凝土中的抗裂作用主要表现在两个方面。首先，钢纤维能显著提高混凝土抗塑性收缩的能力。其次，钢纤维可降低裂缝尖端的应力集中，防止微裂缝的进一步发展。当其尖端发展到与纤维相交时，钢纤维即可抵消其部分或全部的应力。由于钢纤维在混凝土中呈三维状态分布，所以可有效地防止裂缝发展成贯穿裂缝。纤维增强混凝土的两大理论：1.复合材料理论：钢纤维混凝土是在混凝土基体中掺入一定量的钢纤维，可以视为是一种两相复合材料。2.纤维间距理论：在线弹性断裂力学基础上，假定混凝土的破坏是因为其内部的微裂纹、微孔洞等初始缺陷，在外力作用下产生的应力集中造成的。钢纤维混凝土的增强效果与纤维间距有关。采用混凝土干燥收缩裂缝测试方法进来比较钢纤维混凝土和普通混凝土早期塑性收缩性能的影响。纤维在裂缝发展中的作用：当混凝土中一旦有裂缝发生时，因为裂缝的前端与纤维相交，使得引起裂缝的拉应力得以削弱或消除，由于纤维在混凝土中呈三维乱向分布，可以使裂缝的发展得到有效抑制。当微裂缝的长度大于纤维的间距时，纤维将跨越裂缝起到传递荷载的桥梁作用，使混凝土内的应力场更加连续和均匀，使微裂缝尖端的应力集中得以钝化，裂缝的进一步扩展受到约束。利用混凝土渗透仪进行抗渗试验：试件的形状为平头锥体，上部直径175mm，下部直径为185mm，高度为150mm，试件龄期为28d。将它们装入抗渗试验仪中，开始所加水压为0．1MPa，此后，每经过8h增加0．1MPa，直达0．9MPa为止，并在0．9MPa压力下保持8h。然后将试件劈成两半，测量水渗入剖开面中止的高度。纤维混凝土的纤维在抗渗中的作用：在混凝土中掺人一定量的混合纤维，由于其在混凝土内部能构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强效果，并一起承托骨料，减少了骨料的离析，减少了泌水，使得混凝土的密实度上得到加强，避免了连通毛细孔的形成，从而提高了混凝土的抗渗性能，另外，由于泌性改善，混凝土保水性变好，水泥基体水化反应更均匀、更彻底，使得混凝土中水分蒸发造成的毛细通道减少，从而堵塞了绝大多数渗水所需要的毛细通道。因此，在混凝土中加入混合纤维，可以有效的阻止结构外水分渗入到结构体内的现象，提高了纤维混凝土抗渗防腐蚀性能。在改良性聚丙烯纤维作用下，混凝土抗渗性能提高的主要原因有以下几点：(1)纤维能有效阻止混凝土塑性期裂缝的产生，由于纤维在混凝土内呈现三维空间网络结构，起到支撑集料的作用，在一定程度上阻止了粗、细集料的沉降；同时也降低了混凝土表面的析水现象，有效阻止由于混凝土表面迅速失水造成塑性期较大体积收缩，从而抑制塑性期混凝土表面出现裂缝。(2)纤维在硬化混凝土中可发挥有效的阻裂作用。硬化的混凝土由于干燥收缩、温度收缩及碳化收缩的存在，常会引起混凝土内部产生各种收缩应力(拉应力)，当混凝土结构内产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生大量裂缝。在混凝土中掺人纤维，可有效降低裂缝尖端的应力集中，而抑制裂缝的进一步发展。纤维有效防止微裂缝扩展，并阻止微细裂缝的贯通。(3)纤维掺量对混凝土抗渗性能产生影响，即单位混凝土体积内均匀分布的纤维根数越多，裂缝宽度就越窄，混凝土的抗渗性能也就越优异。主要结论：（1）试验研究发现，掺人改性聚丙烯纤维后其抗渗性能的改善效果与纤维掺量有关，在一定掺量范围内，掺嚣越大，效果越佳。但考虑到性能改善与经济成本双重因素的影响，一般，掺入量的体积率以0．1％-0．3％较为合理，纤维长度为19—30mm为宜。（2）改性聚丙烯纤维能有效改善混凝土的抗渗性能，但降低了混凝土的坍落度，尤其对大坍落度混凝土影响更大。（3）掺入聚丙烯纤维，在水灰比不变的前提下，可以提高自密实再生混凝土的抗渗性能，在聚丙烯纤维掺量不超过10％的情况下，自密实再生混凝土的抗渗性随聚丙烯纤维掺量的增加而提高，最佳聚丙烯纤维掺量在7％～10％之间。（4）在不掺防水剂的情况下，影响自密实再生混凝土抗渗性能的最主要因素是聚丙烯纤维掺量，随聚丙烯纤维掺量的增加而提高，且影响较大；水灰比、再生粗骨料取代率对自密实再生混凝土抗渗性能的影响次之。（5）但并不是掺得越多越好，过量的掺量反而会降低混凝土的抗渗能力，究其机理应是聚丙烯纤维在混凝土内分布过密，纤维之间没有足够的塑性浆体，从而增加了混凝土内部的微裂缝，降低抗渗能力。（6）相比于普通混凝土，纤维混凝土的渗水高度得到了有效降低，抗渗透性能显著增强。其中，聚丙烯纤维混凝土的抗渗能力＞玻璃纤维混凝土＞钢纤维混凝土。（7）纤维混凝土二衬结构在服役期间的抗渗性能试验表明：相比于普通混凝土二衬结构，疲劳荷载作用下，聚丙烯纤维混凝土二衬结构的抗渗性能得到了有效的增强，抗裂及工作性能得到了有效的改善。利用常水头试验装置对其渗透率进行了测量,激光扫描仪对开裂面的形貌特征进行扫描:(1)结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维可以提高混凝土的劈拉韧性。(2)同等裂缝宽度下，掺有结构型纤维的混凝土试件渗透性明显小于素混凝土试件，说明结构型纤维的加入可以提高裂缝的曲折度和粗糙度，延长渗流路径，从而提高开裂混凝土的抗渗性能。(3)结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维可以改变开裂面的形貌特征，分形维数较素混凝土试件开裂面均有较为显著的提高。分形维数:分维反映了复杂形体占有空间的有效性，它是复杂形体不规则性的量度。常见渗透性试验方法：渗水高度法抗渗标号法透气法氯离子扩散法直流电量法我国耐久性试验标准推荐了两种测量水的渗透性试验方法：渗水高度法和逐级加压法，两种方法的试件尺寸和试验设备均一致，但操作方法和评价标准有所区别。试验方法渗水高度法逐级加压法相同点混凝土试件形状为圆台形，上下底面的直径分别为175mm和185mm，试件高度为150mm，试件用橡胶圈或其他材料与抗渗仪形成有效密封.不同点（加载方式）将水压稳定在（1.2±0.05）MPa，持压24h后取下试件，将其劈开，描绘出其渗透轮廓并测量10个测点的渗水高度取平均值。将水压控制从0.1MPa开始，每隔8h增加0.1MPa水压，抗渗等级由6个试件中的4个未出现渗水时的最大压力确定。谢谢