混凝土的抗冲性研讨
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引言
目前研究较多的纤维混凝土增强材料有钢纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维和尼龙纤维等。这些纤维对混凝土的基本力学性能都有一定的提高，但这些纤维混凝土都存在很多的缺陷，适用范围也受到了一些限制。火成岩纤维是以天然火成岩矿石为原料，将其破碎后加入熔窑中，在1450～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维。火成岩包含了玄武岩，火成岩纤维原被称为玄武岩纤维［1］，因其内含有安山岩的成分，成为火成岩纤维较合适。火成岩纤维作为一种新型材料，相对其他纤维的优越性主要体现在：①材料的无污染性；②承载能力高抗冲击性能好；③加固补强性价比高；④耐腐蚀性和化学稳定性可靠；⑤独特的耐高温性能［1－3］。由此可见，火成岩纤维作为一种新型的混凝土增强材料，在土木工程领域的应用是一项新技术，应用前景十分广阔。火成岩纤维为21世纪的一种新材料［4］。现阶段，我国已开始了火成岩纤维在建筑领域的应用研究，也取得了不少研究成果，但在水利工程等领域的应用，还存在较多的问题亟待解决。本文通过在混凝土中掺入不同体积掺量短切纤维混凝土试验，分析火成岩纤维混凝土在室内和实际现场抗冲性能，研究较好抗冲性能时纤维的体积掺量。研究的结论为火成岩纤维在水工抗冲混凝土中的应用提供依据。
1试验方法及原材料
1．1试验原材料及配合比试验所用水泥为钱潮P．O42．5普通硅酸盐水泥；粗骨料最大粒径为40mm；细骨料为细度模数为2．5的中砂；砂和粗骨料的表观密度分别为2600kg／m3和2700kg／m3；室内抗冲试验中使用的短切火成岩纤维是一种由浙江某公司生产的商品连续纤维，纤维单丝直径为17～20μm，抗拉强度为4100～4500MPa，密度为2800kg／m3。试验所用短切碳纤维也是商品PAN基连续纤维，其密度为1760kg／m3，弹性模量为200GPa，抗拉强度为3．6GPa，单丝直径为7μm，断裂伸长率1．5％，含碳量为93％～95％，购自南京某复合材料有限公司。为研究火成岩纤维混凝土的抗冲增强效果及其主要影响因素，并与碳纤维混凝土的抗冲增强效果比较，设计了水灰比为0．45、4种体积掺量（与水泥体积比分别为0、0．1％、0．5％和0．9％）的普通水工混凝土进行室内和现场抗冲试验，以研究其增强效果及影响因素；火成岩及碳纤维长度均为20mm。混凝土的配合比为水泥∶水∶砂∶石子＝1∶0．45∶1．34∶1．43。试验混凝土掺加的纤维量分别为水泥体积的0．1％、0．5％和0．9％，根据各自密度则可换算混凝土中掺加纤维的质量。
1．2试验方法火成岩纤维水工混凝土室内抗冲性能的试验方法为《水工混凝土试验规程》［5］中的圆环法，该方法是通过含砂水流对混凝土试件侧面的冲刷，以抗冲强度来评价混凝土侧面的抗冲性能。试验设备为混凝土抗含砂水流冲刷试验仪，其转速为1430r／min。该试验仪的磨损介质为石英砂，其粒径为0．50～0．85mm。混凝土试件高度为60mm，内径和外径分别为202mm和322mm。按照规程［4］方法制备混凝土抗冲试件，试件成型后1d拆模，并于养护室标准养护28d。到达试验龄期前2d，将试件放入水中浸水使其吸水饱和，按规程每个试件冲刷30min。根据冲刷30min后试件的失重计算混凝土的抗冲强度。现场抗冲性能试验以自然强感潮环境（钱塘江河口）为背景，以两种试验方法进行掺入不同体积掺量的短切火成岩纤维混凝土的现场抗冲试验。一种是按照室内试验的配合比制备150mm×150mm×150mm的混凝土立方体试块，每种规格成型3个。试块成型1d后拆模，在养护室内标准养护21d后固定于钱塘江河口某丁坝上，进行现场抗冲试验，120d后取回，在室内测定其质量损失量，计算质量损失率。另一种试验方法是制备相同规格的0．8m×0．4m×0．2m的长方体，于现场成型时加入0．5％水泥质量的早强剂，以上表面作为冲刷面，抗冲20d后铺塑料布与表面并向已冲刷的混凝土内注水的方法测定试件损失的混凝土体积，并以质量损失率来判断抗冲性能。图1是现场抗冲试验第2天冲刷效果照片。
2试验结果及分析
2．1室内试验结果及分析按照规程［5］，混凝土抗冲强度按公式（1）计算：式中：fa为抗冲强度，即单位面积上被冲磨单位质量所需要的时间，h／（g•cm－2）；T为试验时间，h；A为试件冲刷面积，cm2；ΔM为试件损失的质量，g。试验结果处理按规程［5］的方法进行。掺短切火成岩和碳纤维混凝土的抗冲强度列于表1。其中A1组为空白对比组，括号内数据为碳纤维混凝土的抗冲强度。根据表1的试验结果可知，无论何种纤维及何种体积掺量，纤维混凝土的抗冲强度都明显高于不掺加纤维混凝土（空白组）的抗冲强度。此外，无论掺加碳纤维还是火成岩纤维的水工混凝土，最佳掺加均为0．5％的水泥体积时。图2是不同体积掺量的火成岩纤维和碳纤维水工混凝土的抗冲强度比较。
2．2现场试验的结果及分析表2为自然强感潮河口环境下混凝土冲刷试块经过120d冲刷后，不同纤维体积掺量混凝土抗冲强度结果，其中B1为空白对比组。
3结语
结合监测工程实际，参考现行水利水电工程验收规程，探讨、研究了安全监测项目完备性、监测仪器可靠性、监测系统稳定性和监测资料有效性评价方法，提出了监测工程质量评定的技术指标，对保证大坝安全监测系统长期可靠运行具有重要意义。