聚丙烯纖維在混凝土渠道襯砌工程中的應(yīng)用

□ 孟維賓 袁龍波

隨著我國(guó)灌溉排水制度向節(jié)水、高效和環(huán)保方向的不斷發(fā)展，各種節(jié)水灌溉技術(shù)也正在不斷推廣和應(yīng)用。近年來(lái)，雖然噴灌、滴灌等現(xiàn)代灌溉技術(shù)有了較大的發(fā)展，但當(dāng)今灌溉的發(fā)展趨勢(shì)仍是以地面灌溉為主。因此作為提高灌溉水利用系數(shù)主要措施的渠道防滲，也必然在今后灌區(qū)建設(shè)或改造中得到普及，它是灌區(qū)實(shí)行節(jié)約用水，建立高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)基本農(nóng)田，提高經(jīng)濟(jì)效果的重要而有效的技術(shù)措施。

因受冰凍的影響，北方的渠道防滲工程主要采用混凝土襯砌的方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是糙率小，抗沖能力強(qiáng)，防滲效果好，可減少水滲漏量達(dá)80%以上；但在使用年限上各地存在著較大的差異，特別是凍害嚴(yán)重地區(qū)，加上施工質(zhì)量控制不嚴(yán)，襯砌渠道使用1～2年后，混凝土表皮即發(fā)生剝落破壞。因此，如何提高渠道襯砌混凝土的使用壽命有著重大意義。

自從混凝土成為人類(lèi)主要建筑材料的那一天起，工程技術(shù)人員對(duì)提高混凝土各項(xiàng)功能措施的研究就從來(lái)沒(méi)有中斷過(guò)，降低水灰比、采用外加劑、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)、減少施工缺陷等等。筆者認(rèn)為，在寒冷的北方地區(qū)，混凝土中摻加專(zhuān)用的混凝土纖維，對(duì)渠道襯砌混凝土各項(xiàng)功能指標(biāo)的提高有著更加顯著和特殊的作用。

一、改善混凝土的和易性

現(xiàn)澆混凝土渠道邊坡往往做到1：1.5或者1：1，因此護(hù)坡混凝土的澆筑往往對(duì)混凝土和易性要求較高，由于在坡上澆筑，由水灰比控制的混凝土坍落度往往很小，平倉(cāng)困難，坍落度太大則不能滿足水灰比要求或者坡面發(fā)生沁水帶走灰漿等現(xiàn)象，在混凝土中添加低摻率的聚丙烯纖維后，能夠降低坍落度，并使和易性得到改善。由于纖維抑制了混凝土內(nèi)部的自由水蒸發(fā)，亂向均勻分布在混凝土中的大量纖維起到了所謂承托骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的沉降，大大增加混凝土的粘聚性和保水性，改善表面混凝土的質(zhì)量。

二、提高預(yù)制混凝土板的強(qiáng)度和質(zhì)量

我們知道，為了縮短渠道襯砌施工工期和提高渠道襯砌的質(zhì)量，大多數(shù)渠道的混凝土襯砌均采用加工廠預(yù)制混凝土板，然后再運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。由于混凝土板設(shè)計(jì)強(qiáng)度不高，沒(méi)有配置鋼筋，加上拆模堆放、運(yùn)輸、二次倒運(yùn)、安裝校正等過(guò)程，往往會(huì)造成預(yù)制板斷裂、邊角受損或缺失，影響防滲效果。雖然許多測(cè)試已經(jīng)表明，小試件混凝土中摻加纖維對(duì)混凝土的強(qiáng)度無(wú)顯著影響，但卻能夠使混凝土的抗沖擊能力和韌性顯著提高。聚丙烯纖維加入到混凝土原料中，在攪拌機(jī)的攪拌下，受到水泥、砂石料的沖擊混合，成束的纖維會(huì)被分散成大量的纖維，以三維的方式均勻分布于混凝土中，例如：每立方米0.9kg（纖維長(zhǎng)度19mm）纖維摻量的混凝土中，每立方厘米體積內(nèi)將分布有7根纖維。試驗(yàn)表明，均勻分布的纖維在混凝土中能夠起到牽扯約束的作用，增強(qiáng)介質(zhì)材料連續(xù)性，減少?zèng)_擊波被阻斷引起的局部應(yīng)力集中，承擔(dān)了部分破裂能量，能夠使混凝土的韌性比普通混凝土提高約40%，抗沖擊能力提高1倍，這將對(duì)預(yù)制混凝土板保持整體性，保持邊角、表面的完成起到很大的作用。

三、提高噴射混凝土的疲勞強(qiáng)度，減少回彈損失

在渠槽地基基礎(chǔ)地質(zhì)條件較好的地區(qū)可以采用噴射混凝土襯砌的方式。

在噴射混凝土中摻入聚丙烯纖維，能大大提高其粘稠性，顯著減少回彈損失。對(duì)比試驗(yàn)表明，摻加纖維的噴射混凝土比普通噴射混凝土抗壓強(qiáng)度提高34%，抗彎曲強(qiáng)度提高46%，回彈率僅為普通混凝土的20%。

四、提高襯砌混凝土的耐久性，延長(zhǎng)使用壽命

由于渠道襯砌混凝土的特殊工作條件和環(huán)境決定著它對(duì)耐久性的要求要遠(yuǎn)高于對(duì)強(qiáng)度的要求，特別是嚴(yán)寒地區(qū)，渠道防滲工程中混凝土最大水灰比主要由抗凍等級(jí)和防滲等級(jí)控制，而不是由強(qiáng)度等級(jí)控制。比如一般黑龍江省混凝土渠道襯砌基本要求：強(qiáng)度等級(jí)C15，抗凍等級(jí)F150，采用32.5水泥，C15混凝土要求水灰比小于0.65，而F150則要求水灰比小于0.52。而摻加聚丙烯纖維對(duì)混凝土耐久性的提高將起到非常關(guān)鍵的作用。我們知道，正常配制情況下，混凝土的密實(shí)度、孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)、裂縫等對(duì)混凝土的耐久性起著決定性的作用。將聚丙烯纖維摻入混凝土，由于纖維微細(xì)，比表面積大，分布密集，能在混凝土內(nèi)部形成一種亂向支撐體系，所以能夠極有效的控制混凝土的早期塑性收縮、干縮等非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，有效阻礙骨料的離析，阻礙沉降裂縫的形成，從而大大提高了混凝土的抗?jié)B性。在混凝土中加入聚丙烯纖維，可以緩解溫度變化引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力，阻止溫度裂縫的擴(kuò)展，提高混凝土的抗凍性。同時(shí)，混凝土抗?jié)B性的提高，也有利于混凝土抗凍性和抗侵蝕性的提高，據(jù)試驗(yàn)研究表明，0.9kg/m3纖維摻量的混凝土其抗?jié)B能力比普通混凝土提高60%～70%，并大幅度提高混凝土的抗凍和抗侵蝕能力。

五、提高渠道襯砌混凝土抗磨能力

水滴石穿，由于混凝土襯砌渠道中長(zhǎng)期流水作用，特別是含沙量較高、流速較大的渠道，混凝土的耐磨性能是不可忽視的，如果耐磨能力差，必然影響到渠道襯砌的使用壽命；根據(jù)國(guó)外公路實(shí)驗(yàn)室的模擬抗磨試驗(yàn)結(jié)果表明，加入聚丙烯纖維的混凝土抗磨能力提高52%，南京水科院采用不同的試驗(yàn)方法也證實(shí)了聚丙烯纖維有較好的抗磨損性能，因此摻加纖維的混凝土能增加渠道襯砌的抗磨能力。

綜上所述，摻加纖維對(duì)增強(qiáng)混凝土的早期抗拉強(qiáng)度，防止早期由沉陷、水化熱、干縮而產(chǎn)生的裂紋，減少表面裂縫和開(kāi)裂寬度，增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性能、抗磨損抗沖擊性能以及增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性有顯著的作用。

同時(shí)，纖維混凝土是一種新型的建筑材料，它將合成化學(xué)纖維與傳統(tǒng)的混凝土有機(jī)結(jié)合在一起，進(jìn)入我國(guó)時(shí)間尚短，還沒(méi)有形成明確的規(guī)范，對(duì)纖維本身的各項(xiàng)指標(biāo)、生產(chǎn)工藝，各種應(yīng)用條件下的纖維摻量、纖維摻加拌合方法、時(shí)間，以及相應(yīng)摻量下對(duì)混凝土的耐久性能力提高的確切指標(biāo)數(shù)據(jù)等進(jìn)行明確規(guī)定，但是隨著纖維混凝土應(yīng)用的不斷增多，各項(xiàng)試驗(yàn)研究的不斷完善，不遠(yuǎn)的將來(lái)聚丙烯纖維必將在各行各業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。