土工合成材料的氣候環境影響問題??

      土工合成材料的氣候環境影響問題解答:隨著土工合成材料應用技術的推廣和普及,各種新的土工合成材料及其應用技術不斷涌現,提高了水利工程的技術含量和工程質量。由于我國大多數地區應用土工合成材料時間較短,水利行內很多人對一些新的土工合成材料較陌生,所以在北方寒冷地區應用一些新的土工合成材料時,發現了一些特殊的問題。 

    一、低溫條件下丙綸機織模袋混凝土造成的工程隱患
    國內大量應用的模袋基本采用廉價的丙綸強力絲織成,強度和耐酸堿性較好。近幾年,在東北地區已鋪設了數十萬平方米的這種機織模袋。經實地調查黑龍江省的肇源縣松干堤防工程永利鄉機織模袋護坡工程、阿城市嫩江堤防三家子機織模袋護坡工程、吉林省的大安市嫩江堤防二;二道崗子機織模袋護坡工程、松花江堤防下六家子機織模袋護坡工程等,發現模袋老化及由此產生的問題十分嚴重。主要表現為:
    (一)模袋布(包括“抗老化”,模袋布)老化問題嚴重。
    很多工程建成僅一年多時間,丙綸機織模袋布便老化殆盡。大部分混凝土表面已完全裸露,模袋布起毛或成絮狀,破碎的模袋布可象撕紙一樣地被撕開,破爛不堪,令觸目驚,有的模袋看似猶在,但已經成了附在混凝土表面上的一層白粉。從布片變薄、泛黃、脆化情況分析,是較典型的分子量降低、分子鏈斷裂老化現象。滌、丙綸混紡模袋布的老化方式雖不是短時間內粉化,但經過2~3年后,從模袋凸起處開始,丙綸線首先粉化,滌綸殘存,然后破損逐漸擴展,變得“衣衫襤褸”。
黑龍江省水科院張濱同志認為:造成東北地區機織模袋老化破環嚴重的原因,是低溫加速了模袋老化。他在做幾個廠家模袋布的加速光氧老化實驗時,沒有發現大的差別,同樣的模袋布在南方各省應用時,老化速度也并不很快,但在吉林、黑龍江兩省模袋在寒冷條件下的老化速度如此之快是出乎意料的。 
經分析研究,我們認為:丙綸強力絲機織模袋自身固有的弱點,造成了模袋凍脆加速老化現象。聚丙烯的工作溫度一般要求為-25℃以上,其脆化溫度為-35~-45℃。低于工作溫度時,聚丙烯分子鏈開始產生收縮和脆化,加速模袋布的老化進程。 
同理,很多廠商為節省成本,單獨采用廉價的丙綸纖維制作無紡布,同樣也存在丙綸無紡布因凍脆而出現性能降低的可能性,宜給予重視。
    (二)模袋混凝土出現無約束擴展裂紋,形成工程隱患
在連年的基礎凍漲作用下,由于機織模袋內部沒有鋼筋產生約束應力,所以模袋混凝土在堤腳附近護砌面自下而上出現不斷擴展裂紋,裂紋寬度逐年在擴展。更令人擔憂的是,模袋混凝土下面沒有反濾層,護砌面上日益擴大的裂紋受風浪淘刷時,給堤壩形成安全隱患。
    2000年8月,中國水利學會施工專業委員會副主任委員葛文輝同志到黑龍江省實地調研后曾明確指出:在東北地區不宜使用機織模袋。
    我們曾多次在有關學術會上提出:在北方寒冷地區,不宜使用機織模袋。除寒冷加劇了丙綸模袋布老化外,其原因有:
1.模袋僅是作為堤防護砌混凝土的成型用模具,聚丙烯纖維的彈性模量僅相當于混凝土的1/50~1/30左右,所謂高強度的丙綸纖維可起到鋼筋作用一說屬常識性錯誤:低彈性模量的丙綸模袋布不會象鋼筋一樣能及時產生約束應力來有效防止模袋混凝土護砌面裂紋的擴展,不應當將模袋作為護砌工程的永久或半永久組成之一;
2.有關機織模袋混凝土上的模袋布能起到反濾作用的說法亦是一種常識性的錯誤,因為反濾的對象是模袋下的被保護土而不是水泥漿,況且模袋布的孔徑已經被水泥漿淤堵。 
3.機織模袋混凝土在北方地區沒有經歷過大的洪水驗證,隨著裂紋的持續擴展,在洪水的作用下,將產生淘刷破壞; 
    4.大面積灌注成型的機織模袋混凝土整體剛性強,當裂紋下出現淘空現象時,無法被及時發現,發現后又難以修復; 
    5.關于泵送混凝土時的壓力可使機織模袋混凝土強度提高一說同樣是常識性錯誤。高流動性混凝土是不會被“壓實”的,混凝土泵僅起到輸送作用。 
    6.機織模袋不僅價格昂貴,而且灌制模袋混凝土需價值數十萬元的專門機械,常常易受北方地區施工期短的制約。 
    鑒于上述原因及已經發生的問題,在2002年10月,吉林省水利廳已經明確要求:在吉林省堤壩工程中,停止使用機織模袋。 
    吉林省在近年的堤壩工程中,大量使用了編織布模袋(早期曾被稱為“簡易模袋”)。編織模袋本身僅作為一次性成型模具,在混凝土初凝后即完成使命。編織模袋混凝土內設鋼筋,下面鋪設無紡布反濾層,其抗壓強度可達到20Mpa,有較好的整體穩定性、抗基礎不均勻沉陷能力和良好的保土性。編織模袋在吉林省已有20多年成功應用的歷史,使用面積已達200萬平方米,占全國各類袋使用面積的45%以上,經歷過3次大洪水特別是98’嫩江特大洪水考驗而無恙。已實現了工廠化生產,已徹底改變了“簡易”的形象,造型美觀程度優于機織模袋,施工便利,單位面積模袋混凝土造價較機織模袋約省30%。
    二、紡粘法長絲無紡土工布力學性能大幅度降低 
    紡粘法長絲無紡布于一九九九年在北方季節性寒冷地區開始推廣應用。在飽和凍融循環條件下,由于冰對纖維層間的漲裂作用,紡粘長絲無紡布韻各項力學指標受到較大影響。我單位曾委托吉林省水利科學研究所(吉林省水利水電工程質量檢測中心)進行了紡粘法長絲無紡布在飽和凍融循環條件下的幾項主要強度指標試驗,結果見下表:

次數抗拉強度(N/50mm)撕裂強度(N/50mm)伸長率(%)
經向緯向經向緯向經向緯向
012536126154607486
19085885804507082
27644905484207078
36784864904087486
45694684683848090
54804004003468292
64563683842988496
74423003302768498
840028230825683100
937826029024290108
1026425027824090110
1125024824222096114
12242240230208100118
降幅 %-80.69-60.78-62.60-54.78??

  根據上述實驗結果,我們認為:紡粘法工藝制成的長絲無紡布不宜在有凍融作用的地區使用。

  三、改性聚丙烯纖維混凝土的氣候環境影響問題

  1998年,吉林省水利實業公司率先在水利工程中研究并應用了改性聚丙烯纖維混凝土,并于2002年受水利部有關單位委托,完成了新型土工合成材料“改性聚丙烯纖維及改性聚丙烯纖維混凝土研究”的課題。

  改性聚丙烯纖維加入到混凝土中后,可改善混凝土某些韌性指標,提高混凝土耐久性能。近年來,國內對這種材料研究、應用較多。但改性聚丙烯纖維混凝土不是無所不能的,既有其優點,也有其短處,特別是在水工混凝土應用中,更有其特殊性。

  改性聚丙烯纖維的耐候性、時效性是非常重要的。目前國內外有關改性聚丙烯纖維混凝土研究文章中,除筆者于2001年撰文提出纖維的耐候性問題外,尚未見相關內容。

  凍脆老化問題。改性聚丙烯纖維的工作溫度、凍脆溫度與普通丙綸纖維無本質區別。經常處于低溫工作區間時,改性聚丙烯纖維的分子鏈也將發生斷裂,使改性聚丙烯纖維喪失原有功能。水工混凝土絕大部分裸露于野外,受環境、氣候影響極大?;\統地說在北方寒冷地區水利工程中,使用改性聚丙烯纖維混凝土可大大提高混凝土的綜合性能一說值得商榷。

  熱氧老化問題。室外陽光下的混凝土表面溫度在45~60℃左右,會加快表層混凝土內改性聚丙烯纖維的熱氧老化速度,使其很快喪失原有功能。浙江白溪水庫在應用改性聚丙烯纖維混凝土時,曾做過紫外線照射30天、黑板溫度為60℃、厚度分別為30mm和50mm的混凝土板后改性聚丙烯纖維的耐紫外線老化實驗,證明50mm的混凝土板后纖維的老化速度遲于30mm混凝土板。雖然這種耐紫外線實驗方法令人質疑,但卻證明了在溫度為60℃時,存在纖維熱老化現象,且老化速度與混凝土厚度成反比。

  我們認為:改性聚丙烯纖維在水工混凝土中存在著時效性問題。在室外溫度變化較大的應用環境下,水工混凝土中的改性聚丙烯纖維對工混凝土綜合性能的改善只是出現在混凝土初凝后的一定時間內。改性聚丙烯纖維在未受凍脆、熱老化影響前,可減少或抑制水工混凝土在荷載、溫度作用下產生的內部缺陷,改善某些性能,提高混凝土耐久性。但在改性聚丙烯纖維凍脆、熱氧老化后,其作用將逐漸喪失。根據改性聚丙烯纖維混凝土在室內初期表現出的特性來推斷改性聚丙烯纖維混凝土的各項性能,甚至盲目地減少混凝土護砌厚度、減少鋼筋及水泥用量,其結論都是值得商榷的。其他咨詢聯系泰安市程源排水工程材料有限責任公司趙經理135.6380.2394.


熱門產品