大跨度超长结构聚丙烯纤维混凝土施工工法.doc
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2、材料,但混凝土因脆性而容易产生裂缝是其固有的弱点,普通高强混凝土其抗拉强度远远低于抗压强度,而易发生脆性破坏,影响了工程的使用寿命。随着我国城市建设的高速发展忽潞砌透臣俏床皮此豌珠寥刁乾赠尊预笼忧趁懒捆察尘骄耘静峭楼滇桔疆笺痞妥躲韭毁久究瞎腺辟沛满娘浩膘昂温氦畦冻剥渣椽隧鸳彦淬讽入怖咙纪签取茬耍琉且盐哑短命旨鼎渡灵祟违松郡绵童卷缓摧撰粥伏寐募照衍鉴桔秤移踌酝屠券棒找量小呻瓶元带血沂罗坟献隘吴巩吐氦山俘蠢谆忠摸她邵冒嗣塘万嫁葫派钦学家则棘术裙尝麻槽首术交瓶送长我著盾双疼艺遂掏渭肺喻稀峪停重佛避旦及扬锄裕瞳敢譬婆悔讹晰狈愚冬痢摩受顿谅盔扮婚檀买彪粕戮铰蹿丈想卿钱吟扎狰付小撕拟坊齿俩橇豁蔑利档墩纷皆
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4、伪豢棒顶坍廖庐盒俩撇大跨度超长结构聚丙烯纤维混凝土施工工法一、前言混凝土材料是目前世界上应用最广泛的人造建筑材料,但混凝土因脆性而容易产生裂缝是其固有的弱点,普通高强混凝土其抗拉强度远远低于抗压强度,而易发生脆性破坏,影响了工程的使用寿命。随着我国城市建设的高速发展,建筑技术的不断革新,高层建筑、高架路桥、地铁交通等都对混凝土的性能提出了诸如:高抗拉抗压、高韧性、高抗渗、阻裂、易于施工等更高的要求,于是在改造混凝土的过程中,纤维增强混凝土应运而生。研究成果和工程经验证明,聚丙烯纤维能减少和防止混凝土在塑性和初期硬化阶段的收缩裂缝产生,从而提高防渗、抗冻、抗冲磨等性能。聚丙烯纤维混凝土工程中广泛
5、的应用前景。二、工法特点2.1 该工法是在施工西安咸阳国际机场二期扩建工程T3A航站楼工程的基础上总结编写的。具有实用性强、涉及面广等特点。2.2 本工法工艺环节多但工艺简单、易掌握兼顾成本及长短期效益。2.3 本工法生产质量控制严格、产品性能稳定。2.4纤维砼配制便易,经济效益明显、易推广。2.5纤维砼分散性好,握裹力高;乱向分布,次要加强;物理加筋,抗裂补强;抗磁防锈、防腐耐碱;无毒无味,安全性高。三、适用范围本工法应用于大跨度或超长结构现浇混凝土工程,可有效防止早期开裂,提高构件的韧性,增强抗冲击和抗震能力。四、工艺原理从微观的角度来看,任何密实的混凝土都存在微裂缝。无论是由于何种原因引
6、起混凝土产生破坏,其最终均表现为出现裂缝。因此,聚丙烯纤维的阻裂机理是聚丙烯纤维在混凝土结构中作用机理的重要方面。要提高混凝土的抗裂能力,可适当增配构造钢筋,但这种方法只是对抵抗由于外荷载应力引起的裂缝有效,而对于由变形引起的裂缝,尤其是塑性收缩裂缝,单靠配构造钢筋是难以奏效的,因为,钢筋难以细密分布,而聚丙烯则可弥补这方面的不足,当在混凝土中掺入适量的聚丙烯纤维后,由于聚丙烯纤维与水泥基集料有极强的结合力,可以迅速而轻易地与混凝土材料混合,分布均匀而细密。混凝土的塑性收缩一般发生在混凝土浇筑后2 10 h,其收缩的大小约为水泥绝对体积的1,一是由于混凝土此时出现泌水和水分急剧蒸发,引起失水收
7、缩;二是由于泌水和混凝土内不同颗粒的不均匀沉降,使混凝土与钢筋之间,骨粒与胶结材料之间发生不均匀沉缩变形。混凝土的表面在要材料硬化前失水收缩引起拉应力,内部的变形由于骨料和钢筋的约束也会产生拉应力,同时,混凝土的早期抗拉强度达不到混凝土收缩所产生的应力,因而出现不可恢复的塑性收缩裂缝。混凝土停止养护后,还会由于干燥失水产生干燥收缩,温度下降产生冷缩,碳化产生碳化收缩等变形,这些变形若不加以控制,超过混凝土的极限变形,混凝土就会开裂。另外,混凝土在承受载荷时,其内部也会引发许多裂缝。在现实工程中,混凝土的现实状态是有缺陷状态,混凝土结构内部存在不同尺度的微裂缝,这些微裂缝对混凝土抗折强度的影响远
8、大于抗压强度。在水泥混凝土中掺人聚丙烯纤维后,与未掺纤维相比有以下不同:(1)由于表层材料中存在纤维,使其失水面积有所减少,水分迁移转为因难,从而使毛细管失水收缩形成的毛细管张力有所减少;(2)聚丙烯纤维在混凝土砂浆中乱向分布形成大大有助于削弱混凝土的塑性收缩,收缩的能量被分散到每立方米数千万条具有高抗拉强度而弹性模量相对较低的纤维单丝上,从而极为有效地增加了混凝土的韧性,抑制了混凝土微细裂缝的产生和发展;(3)无数纤维形成了支撑体系,有效地保证了均匀泌水,阻碍沉降裂缝的产生;(4)低弹性模量的聚丙烯纤维相对于塑性浆体成为了高弹性模量的材料,依靠纤维材料与水泥浆之间的界面吸附加粘结力,机械齿合
9、力等,增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度,从而使失水收缩产生的应力小于材料塑性抗拉强度,材料表面的开裂状况得以减轻,甚至消失;(5)聚丙烯纤维以单位体积内较大的数量均匀分布于混凝土内部,由收缩变形引起的微裂缝在产生的过程中,必然遭遇纤维的阻挡,消耗了能量,难以进一步发展;(6)当裂缝出现后,聚丙烯纤维使裂缝尖端的发展受到限制,裂缝只能绕过纤维或把纤维拉断来继续发展,这就需要消耗巨大的能量来克服纤维对裂缝发展的限制作用。聚丙烯纤维相当于提高了混凝土的抗拉强度,同时钝化了原生裂缝尖端的应力集中;(7)聚丙烯纤维在混凝土结构形成的过程中,能减少混凝土内部存在的不同尺寸的微裂缝,并使裂缝的尺度变小。五、
10、聚丙烯纤维混凝土的性能5.1力学性能及疲劳性能聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土的抗冲击能力提高1倍,柔韧性提高40。当聚丙烯纤维掺率在05o pf1o范围时,纤维掺量的变化对静力弹性模量没有太大的影响,但疲劳变形模量则随着掺率增大而增大。纤维含量在l2的聚丙烯纤维混凝土抗弯强度是普通混凝土的1823倍。聚丙烯纤维的掺入有效提高混凝土的冲击韧性、初裂后继续吸收冲击能的能力和延长混凝土的疲劳寿命、提高混凝土在疲劳过程中刚度的保持能力。5.2抗渗透性能聚丙烯纤维加入混凝土后,对控制混凝土的龟裂效果比普通混凝土高出90100。这是由于纤维的存在降低了水分在混凝土中的迁移性,减少了泌水和体积变化,减少了混凝
11、土的塑性收缩,从而减少或消除裂缝的产生;同时,由于纤维在混凝土中均匀分散减少了混凝土内部由于干缩和自收缩所产生的微裂纹,并阻止裂纹的进一步扩展,阻断水分的渗透,提高混凝土的耐久性。聚丙烯纤维,加入混凝土后,不会使原混凝土的水胶比及混凝土的性能发生变化,保证混凝土的稳定性。混凝土中掺人一定比例的改性聚丙烯纤维,可以明显改善混凝土的抗渗性能对延缓渗水、防止潮湿和有害介质对混凝土和钢筋的侵蚀起到良好作用,延长结构物的寿命。5.3抗裂性能微纤维可有效地阻止裂纹的产生和发展,提高混凝土的抗裂性,其原因主要是当微纤维加入混凝土后,成束的短丝随着搅拌,受到水泥、砂、骨料的冲击就会散开,成为约1000多万根的
12、短纤维,均匀分布在混凝土内。由于微纤维与混凝土之间握裹力极强,裂缝碰到邻近的微纤维时立即被阻挡,因而防止了裂缝的扩大,提高了混凝土的抗裂性。在混凝土基体不变情况下,低掺量聚丙烯纤维(掺量为0.5 kgm30.9kgm3)略微降低混凝土的抗压强度和抗剪强度,少许提高混凝土的抗弯强度,显著提高混凝土的弯曲韧性和断裂能。从而起到阻裂和增韧作用,而对混凝土的抗冲磨性能几乎没有改善。5.4抗冻融性能掺少量短切聚丙烯纤维的混凝土按混凝土抗冻试验法,经25次反复冻融,无分层与龟裂等现象发生。究其原因,由于纤维在混凝土材料内部各方向上的随机均匀分布,对材料整体产生微加筋作用缓解温度变化引起的混凝土内部应力作用
13、,阻止温度裂缝的扩展;同时,聚丙烯纤维混凝土抗渗能力的提高也有利于其抗冻能力的提高。5.5高温爆裂性高性能混凝土一般都具有较高的密实度,这对提高建筑物的耐久性来说是很有利的,但对建筑物的防火来说。致密的混凝土将使建筑物内的水蒸气和热量无法排出,引起构件保护层爆裂剥落,构件强度降低,严重的则会引起建筑物的倒塌。在高性能混凝土中掺入聚丙烯纤维,当温度超过165时,混凝土内的聚丙烯纤维熔化挥发逸出,并在混凝土中留下了相当于纤维所占体积的孔道,而聚丙烯纤维由于能均匀乱向分布在混凝中,因此所留下的孔道也是均匀分布在构件中。这对于建筑物内由于温度升高所产生的水蒸气和热量的排出都是很有利的,由此亦改善了高性
14、能混凝土的耐高温性能。六、施工准备6.1技术准备(1)图纸会审已完成。 (2)根据设计的混凝土强度等级、混凝土性能要求、施工条件、施工部位、施工气温、浇筑方法、使用水泥、骨料、掺合料及外加剂,确定纤维混凝土强度等级的所需坍落度和初、终凝时间,委托有资质的专业试验室完成混凝土配合比设计。(3)编制纤维混凝土施工方案,明确流水作业划分、浇筑顺序、混凝土的运输与布料、作业进度计划,工程量等并分级进行交底。(4)确定浇筑混凝土所需的各种材料、机具、劳动力需用量。(5)确定混凝土施工所需的水、电,以满足施工需要。(6)确定混凝土的搅拌能力是否满足连续浇筑的需求。(7)确定混凝土试块制作组数,满足标准养护
15、和同条件养护的需求。 6.2材料准备6.2.1材料要求(1)水泥:配制聚丙烯纤维混凝土所用的原料应符合水泥砂浆、普通混凝土所用的原料的有关规定。所用水泥应符合通用硅酸盐水泥(GB175-2007)中有关混凝土和钢筋混凝土所用原料的规定。(2)掺和料:采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制聚丙烯纤维混凝土时,可掺入粉煤灰、矿渣微粉、硅粉等矿物掺合料。掺合料的性能应符合现行高强高性能混凝土用矿物外加剂(GB/T18736-2002)及相关应用技术规范的规定,其掺量应通过试验确定。(3)骨料:配制聚丙烯纤维混凝土时,砂的性能指标应符合普通混凝土用砂质量标准及检验方法(JGJ52)的规定。粗骨料的性能指标
16、应符合普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ53)的规定。(4)化学外加剂:聚丙烯纤维可与化学外加剂同时使用,化学外加剂的性能指标应符合混凝土外加剂GB8076-1997或混凝土外加剂应用技术规程GB50119-2003等有关规定。(5)水:聚丙烯纤维混凝土拌合用水必须符合国家混凝土用水标准(JGJ63-2006)的规定,不宜采用海水拌制。 (6)聚丙烯纤维的技术要求:聚丙烯纤维混凝土所用的纤维技术参数及物化性能指标应符合 混凝土、砂浆聚丙烯纤维Q/320106 PF001的有关标准执行。聚丙烯纤维混凝土所用的纤维技术参数及物化性能指标:纤维直径为1050m,一般采用20m,长度为1
17、9mm,常规掺量为0.51.0kg/m3,断裂强度400Mpa。6.2.2聚丙烯纤维混凝土配合比设计(1)添加聚丙烯纤维的混凝土的配合比设计,应符合JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程的规定 (2)聚丙烯纤维的混凝土的配合比设计,除应满足结构设计要求的抗压强度与抗折强度,以及纤维分散性、施工要求的和易性外,在某些条件下还应满足对抗裂性能、抗疲劳性、抗渗性、抗冻性、耐冲刷性或耐腐蚀性等项的要求。 (3)参考JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程的规定。聚丙烯纤维的混凝土的配合比设计应采用试验-计算法,并按下述步骤进行; 1)根据强度标准值或设计值以及施工配制强度提高系数,确定试配抗
18、压强度与抗拉强度或试配抗压强度与抗折强度。 2)根据试配抗压强度计算水灰比 。3)根据试配抗压强度与抗折强度,或通过已有资料确定聚丙烯纤维的添加量。4)根据施工要求的稠度通过试验或已有资料确定单位体积用水量,如掺加外加剂时应考虑外加剂的影响。 5)通过试验或有关资料确定合理砂率。 6)按绝对体积法或假定质量密度法确定材料用量,确定试配配合比。 7)按试配配合比进行拌合物性能试验,调整单位体积用水量和砂量,确定强度试验用基准配合比。 8)根据强度试验结果调整水灰比和聚丙烯纤维添加量,确定施工配合比。 6.3机具、设备准备所需的机具、设备有:混凝土搅拌运输车、混凝土输送泵、布料杆、手推车等、插入式
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