２０１６年第５期 ２０１６ Ｎｕｍｂｅｒ ５ 水电与新能源 总第１４３期 Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１４３ ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ ＤＯＩ：１０．１３６２２／ｊ．ｅｎｋｉ．ｃｎ４２—１８００／ｔｖ．１６７１—３３５４．２０１６．０５．００２ 聚乙烯醇纤维与ＷＨＤＦ抗裂减渗剂 对混凝土早期抗裂性能影响的试验研究 伊力哈木·伊马木 ，王廷勇 ，吐尔洪·吐尔地 ’ （１．维吾尔自治区卡拉贝利水利枢纽建设管理局，喀什３．水利水电材料工程技术研究中心，乌鲁木齐８４４０００； ２．维吾尔自治区水利水电科学研究院，乌鲁木齐８３００４９； ８３００４９） 摘要：利用平板抗裂法研究了聚乙烯醇纤维和ＷＨＤＦ抗裂减渗剂对混凝土早期抗裂性能的影响，结果表明：在配合比及 环境条件相同的情况下，聚乙烯醇纤维能较大幅度地提高混凝土的早期抗裂性能，裂缝数量减少５５％，总开裂面积减少 ８３％，但ＷＨＤＦ抗裂减渗剂未达到提高混凝土的早期抗裂性能的效果。 关键词：聚乙烯醇纤维；ＷＨＤＦ抗裂减渗剂；早期抗裂性能 中图分类号：ＴＶ４２ ４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—３３５４（２０１６）０５—０００６—０４ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＰＶＡ Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ＷＨＤＦ Ａｎｔｉ－ｃｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ Ｓｅｅｐａｇｅ－ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ａｇｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ Ｅａｒｌｙ Ｃｒａｃｋ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｉｌｈａｍ Ｅｍａｍ ，ＷＡＮＧ Ｔｉｎｇｙｏｎｇ ，Ｔｕｒｈｏｎｇ Ｔｕｒｄｉ ’ （１．Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｕｙｇｕｒ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｒｅｇｉｏｎ，Ｋａｌａｂｅｉｌｙ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ，Ｋａｓｈｇａｒ ８４４０００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｕｙｇｕｒ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｒｅｇｉｏｎ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｕｒｕｍｑｉ ８３００４９，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｕｙｇｕｒ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｒｅｇｉｏｎ，Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｍａｔｅｉｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｕｒｕｍｑｉ ８３００４９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ＰＶＥ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ＷＨＤＦ ａｎｔｉ－ｃｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｓｅｅｐａｇｅ—ｒｅｄｕｃｉｎｇ ａｇｅｎｔ Ｏｆｆ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｌａｔｅ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｖｅａｌ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＰＶＥ ｆｉｂｅｒ ｉｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｏｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｈａｎ ｔｈｅ ＷＨＤＦ ａｇｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＰＶＥ ｆｉｂｅｒ．ａ ５５％ｄｅｃｒｅａｓｅ ｉｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｎｄ ８３％ｄｅｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ ａｒｅａ．Ｗｈｉｌｅ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ＷＨＤＦ ａｇｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＶＡ ｆｉｂｅｒ，ＷＨＤＦ ａｎｔｉ－ｃｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｓｅｅｐａｇｅ·ｒｅｄｕｃｉｎｇ ａｇｅｎｔ；ｅａｒｌｙ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ 水泥混凝土作为一种工程材料被广泛地应用于工 程建设中且已经成为用量最大的建筑材料。混凝土结 缩、温度收缩、干燥收缩和自身收缩。选择性能好的外 加剂或纤维等抗裂掺加物，可以有效地提高混凝土的 抗裂性能。目前国内混凝土防裂配合比设计，主要有 构在使用过程中总是不可避免地会出现裂缝问题…， 混凝土结构的裂缝产生会对建筑物的正常使用和耐久 性产生极其不利的影响，甚至会导致建筑物的失稳破 坏，尤其对于混凝土的早期开裂更是如此 Ｊ。 混凝土的开裂收缩是主要原因，其中包括塑性收 收稿日期：２０１６—０１—１４ 掺用聚丙烯纤维、钢钎维、防裂剂、膨胀剂等方法。近 年又推出了新的材料，如聚乙烯醇纤维和ＷＨＤＦ抗裂 减渗剂（以下简称ＷＨＤＦ），通过其“三剂反应”改善混 凝土性能，提高其抗裂性能 Ｉ４Ｊ。而聚乙烯醇纤维以 作者简介：伊力哈木·伊马木，男，高级工程师，从事水资源开发、管理、保护及利用研究。 ６ 伊力哈木·伊马木，等：聚乙烯醇纤维与ＷＨＤＦ抗裂减渗剂对混凝土早期抗裂性能影响的试验研究 ２０１６年５月 聚乙烯醇为原料纺丝制得的合成纤维。将这种纤维经 甲醛处理所得到聚乙烯醇缩甲醛纤维，中国称维纶，国 粗骨料为克孜河卵石。混凝土采用了二级配，粗骨料 粒径为５～４０ ｍｍ，细骨料细度模数３．０。 际上称维尼纶，它具有很好的机械性能，强度高、模量 高、伸度低，以及分散性好、水泥粘结性强等特点，是聚 丙烯纤维的替代产品 Ｊ。 本文的试验研究分别选用这两种新产品，即聚乙 烯醇纤维和ＷＨＤＦ，进行了混凝土的早期抗裂性能的 ５）外加剂。试验使用的奈系高效减水剂ＡＸ一１、 松香类引气剂ＡＯＸＩＮ。 ６）ＷＨＤＦ抗裂减渗剂，由武汉某公司生产。其产 品性能介绍如下。乳（黄）白色液体，掺人ＷＨＤＦ后， 混凝土抗压强度提高１０％～１５％，抗拉强度提高 １５％一２５％，极限拉伸值提高１５％一２０％，弹性模量 对比试验，为采用此两类新产品进行混凝土抗裂的试 验及施工提供参考。 降低５％～１０％。压汞测孔试验表明：总孔隙率下降 １原材料及试验方法 ８％，抗渗等级≥Ｓ１２，冻融循环次数可达３００次以上； 早期水化热最大峰值的时间可推迟２４ ｈ以上；早期干 １．１ 原材料 缩值可降低３０％以上；坍落度损失率降低３０％以上， １）水。自来水。 电通量可降低２０％左右。 ２）水泥。试验中所用水泥均为乌恰天山水泥责 ７）聚乙烯醇纤维，由广州市某公司生产。其产品 任有限公司生产Ｐ．０４２．５水泥，各项指标见表１。 性能介绍如下：密度１．３ ｇ／ｃｍ ，纤维直径１８ ｍ，长度 ３）粉煤灰。粉煤灰为喀什电厂生产ＩＩ级粉煤灰， １８ ｍｍ，抗拉强度≥１ ９８０ ＭＰａ，弹性模量≥３９ ＧＰａ，断 其检验结果见表２。 裂伸长率１０％。本试验采用的水泥和粉煤灰其检测 ４）本试验研究所采用的细骨料为克孜河河床砂， 指标分别见表１及表２，其中粉煤灰为Ⅱ级灰。 表１ 水泥物理力学性能检测结果 表２粉煤灰技术性能检测结果 １．２试验设计及方法 烯醇纤维和掺加２％ＷＨＤＦ三个配合比的平板抗裂试 本试验设计时考虑到混凝土工程所处的工作 验法，进行混凝土的抗裂性能的比对试验研究。试验 环境复杂性，有着严寒、干旱、昼夜温差大、气候干燥、 混凝土配合比见表３。 多风等诸多对抑制混凝土裂缝不利的因素。首先在混 本试验采用平板法分别对未掺加抗裂材料、掺加 凝土配合比设计时，在施工条件允许范围内，尽量减小 聚乙烯醇纤维和掺加ＷＨＤＦ混凝土的早期抗裂性能 混凝土坍落度，混凝土坍落度越大，其干缩量越大，降 进行研究。平坂法试验装置为钢制模具，模具内沿长 低混凝土出机坍落度，以减小因混凝土干缩而产生的 度方向均匀设置７根裂缝诱导器，试件尺寸为 裂缝；其次，通过不掺加任何抗裂材料、掺加１％聚乙 ８００ ｍｍ×６００ ｍｍ ｘ １００ ｍｍ，与模具浇筑成一个整体。 ７ 水电与新能源 ２０１６年第５期 本次试验依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验 间效果，延长到４８ ｈ，分别观察和测量统计２４ ｈ后和 ４８ ｈ后裂缝的发展情况。 方法标准｝ＧＢ／Ｔ ５００８２—２００９相应方法进行。试验温 度为（２０±２）℃、相对湿度为（６０±５）％，试件成型 ３０ ｍｉｎ后，调整风扇使试件表面中心正上方１００ ｍｍ 处风速为（５±０．５）ｍ／ｓ，并使风向平行于试件表面和 ２试验结果与分析 ３种配合比的２４ ｈ后和４８ ｈ后早期抗裂试验结 果见表４。 裂缝诱导器。试验时间从混凝土搅拌加水开始计算， 规范要求２４小时测读裂缝，本试验研究为了对比长时 表４混凝土早期抗裂试验结果 由试验数据可以看出，面板２４ ｈ与４８ ｈ单位面积 裂缝数目相同，随着时间的增长单位面积上的开裂总 有两个方面的理论分析。①加筋理论。聚乙烯醇纤维 的加入犹如在混凝中掺入纤维筋，这些纤维筋抑制了 面积逐渐增大；在相同水胶比、砂率和掺合料等条件相 同情况下，加入纤维会有效的增强混凝土面板的早期 抗裂性能，混凝土面板单位面积裂缝数目与单位面积 上的开裂总面积均明显小于普通混凝土，其２４ ｈ和 ４８ ｈ单位面积上的开裂总面积仅为普通混凝土的 １６．６％和１７％；加入ＷＨＤＦ增密剂后混凝土面板单 混凝土开裂的过程，提高了混凝土断裂韧性，在一定程 度上提高了混凝土的抗折强度 Ｊ。由于水泥凝胶体 的应力部分传递给纤维，而纤维的延伸率较高，因而导 致在纤维和水泥胶体的交界面上产生相互约束的剪应 力，即起到了加筋作用。这种剪应力在阻止纤维伸长 的同时，阻止了混凝土内部微细裂缝的生成，从而提高 位面积裂缝数目最少４．２条，但其单位面积上的总开 裂面积较大，单位面积上的总开裂面积大于普通混凝 土，未能起到抑制总开裂面板的作用。３个配合比混 凝土４８ ｈ后，试验结果分析如下。 １）２４ ｈ的混凝土板的开裂条数与４８ ｈ相比，数目 不变，即裂缝主要产生于混凝土龄期２４ ｈ前。 了混凝土的韧性 卜 。②减小毛细管张力。聚乙烯醇 纤维掺入混凝土后，由于表层材料中存在纤维，使其失 水面积有所减小，从而使毛细管失水收缩形成的毛细 管张力有所减少；纤维在混凝土内部形成均匀乱向分 布的支撑体系，混凝土开裂时承担一部分拉应力，吸收 其收缩应力产生的能量，从而避免了应力的突然释放， ２）聚乙烯醇纤维加人对混凝土抑制裂缝的产品 效果最佳，目前对其抑制混凝土裂缝的机理，国内主要 ８ 起到了阻裂和细化裂缝的作用，明显地改善了水泥石 的结构，有效的增强了混凝土的早期抗裂性能 ｌＯ］。 伊力哈木·伊马木，等：聚乙烯醇纤维与ＷＨＤＦ抗裂减渗剂对混凝土早期抗裂性能影响的试验研究 ２０１６年５月 ３）ＷＨＤＦ的抑制裂缝产生的效果未达到预期的 １）裂缝产生主要发生在龄期２４ｈ之前，随龄期的 延长，主要是裂缝宽度和长度的增加。 ２）加入聚乙烯醇纤维混凝土面板上单位面积裂 缝数目与单位面积上的开裂总面积均明显小于未掺抗 裂材料混凝土，减少至其的１６％一１７％，能较大幅度 的提高混凝土的早期抗裂性能。 ３）ＷＨＤＦ虽然会减少混凝土面板上单位面积裂 缝数目，但其产生的裂缝较大，使得单位面积上的开裂 效果，在单位面积裂缝条数和总开裂面积上均大于未 掺加抑制裂缝掺加物的混凝土。ＷＨＤＦ研究者认为， 其主要作用是：①液态或固态ＷＨＤＦ中的晶化激发剂 与水和水泥熟料中的硅酸钙发生反应，形成改性硅酸 钙水化物（Ｍ—Ｃ—Ｓ—Ｈ）和堵孔沉积物，它的机理和 硅酸钙水化物的形成基本相似，与水化水泥浆体构成 一整体；②协同激发剂，液态或固态ＷＨＤＦ中的活性 激发剂激发了体系内粉煤灰中的活性混合材料（游离 的钙，ＳｉＯ 和Ａ１：Ｏ 等）的活性，使它们与Ｃａ（ＯＨ） 进 行二次水化，生成水化硅酸钙（ｃ—ｓ—Ｈ）和水化石榴 石矿物（Ｃ，ＡＳ：Ｈｎ）；③Ｃ Ａ抑制剂，根据络盐假说原 总面积较大，未能有效提高混凝土的早期抗裂性能。 参考文献： ［１］冯乃谦，顾晴霞，郝挺宇．混凝土结构的裂缝与对策［Ｍ］． 北京：机械工业出版社，２００６ 理，选择性地抑制了ｃ Ａ的快速水化反应，确保了ｃ ｓ 和ｃ ｓ的充分水化，促进了水泥水化程度，优化了水化 ［２］徐宏高．商品混凝土早期开裂分析与控制措施［Ｊ］．建筑， ２００８（１８）：５５—５６ 产物，同时，抑制了ｃ Ａ的快速水化反应，也降低了早 期的水化热，提高了混凝土早期的抗裂性能。通过上 述作用生成的改性水化硅酸钙和水化硅酸钙，使体系 中的凝胶（ｃ—ｓ—Ｈ）增多，密度增大，孔隙率下降，因 而胶孔比增大，以达到提高密度，防止裂缝产生的 效果。 ［３］喻幼卿，李定或，吴元欣，等．ＷＨＤＦ新型混凝土外加剂 增强密实机理的研究［Ｊ］．水力发电学报，２００２（１）： ４４—５１ ［４］喻幼卿，汪金元，李定或，等．ＷＨＤＦ增强密实（抗裂）剂 对改进面板砼抗裂性能的影响［Ｊ］．水力发电学报，２００６， ２５（４）：１１２—１１６ ［５］肖长发．高强度聚乙烯醇纤维结构与性能研究［Ｊ］．高科 技纤维与应用，２００５，３０（２）：１１—１７ 在实际工程应用中，掺加ＷＨＤＦ的混凝土其和易 性有较明显的改善，混凝土流动性较好，即使坍落度 ３～５ ｃｍ，可较为顺利由溜槽下滑，不易分离，但其抑制 裂缝效果未显现，甚至裂缝的条数未减少，且裂缝的面 积较大。 ［６］钱桂枫，高祥彪，钱春香．ＰＶＡ纤维对混凝土力学性能的 影响［Ｊ］．混凝土与水泥制品，２０１０（３）：５２—５４ ［７］陈宇峰，陆晓燕．聚丙烯纤维对混凝土性能影响的试验研 究［Ｊ］．南通工学院学报：自然科学版，２００２，１（３）： ８５—８９ ３ 结语 ［８］朱江，苏健波．聚丙烯纤维混凝土的力学性能研究［Ｊ］．广 西工学院学报，２０００，１１（２）：６０—６４ 通过混凝土早期抗裂的对比试验，未掺加抗裂材 料、掺加２％ＷＨＤＦ和掺加１％聚乙烯醇纤维的混凝土 板２４ ｈ和４８ ｈ早期抗裂性能结果，在环境条件和混凝 土配合比均相同情况下： ［９］刘兰强，曹诚．聚丙烯纤维在混凝土中的阻裂效应研究 ［Ｊ］．公路，２０００（６）：３９—４２ ［１０］李光伟．聚丙烯纤维对混凝土抗裂性能的影响［Ｊ］．水电 站设计，２００２，１８（２）：９８—１００，１０４ ＋”＋’ ＋”＋”＋”＋”＋”＋”＋。‘＋‘。＋ ＋”＋‘。＋”＋ ‘＋‘‘＋‘。＋ 。‘＋‘。＋。‘＋‘‘＋’‘＋”＋’ ＋”＋”＋‘‘＋”＋。、 十 ＋ ＋ｉ 十 …－欢 迎 投 搞 ＋ ＋ ＋ ＋…－４－－－＋－．． ＋ 灰 逆 订 阅 ＋ ＋．．＋．．＋ ＋．．＋ ＋．．＋．．＋．．＋“＋ ｉ ＋ ＋－－＋－ －＋－ ＋９
