纖維混凝土在新疆高寒地區(qū)面板壩施工中的應(yīng)用

劉婭妮

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西 西安 710016）

1 項(xiàng)目基本情況

新疆XX水電站位于新疆巴音郭楞蒙古自治州（簡(jiǎn)稱巴州）境內(nèi)，工程以發(fā)電為主，樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、左岸溢洪洞和泄洪洞、左岸引水發(fā)電洞及岸邊地面發(fā)電廠房等組成。設(shè)計(jì)正常蓄水位1494.50m，總庫(kù)容約7710萬(wàn)m3，裝機(jī)容量180MW（2×90MW），工程規(guī)模屬三等中型。

混凝土面板堆石壩壩頂長(zhǎng)度186.4m，壩頂寬度10m，最大壩高102m，上游壩坡1∶1.4，面板厚度采用漸變厚度，頂部（高程1496m）厚0.3m、自上而下以0.003H遞增，面板最長(zhǎng)塊長(zhǎng)度為163.35m，最大厚度為58.5cm。混凝土面板共19塊,面板設(shè)計(jì)寬度為6m、12m兩種，其中寬12m的11塊，寬6m的6塊，異型塊2塊，寬度分別為9.48m和4.55m。

2 面板混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土作為脆性材料，主要存在抗拉強(qiáng)度低、抗裂性差和抗變形性能差的缺點(diǎn)，材料的脆性或準(zhǔn)脆性明顯，其抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/7～1/10，受拉的極限延伸率只有0.01%～0.06%，在較低的拉伸變形時(shí)極易發(fā)生開(kāi)裂[2]，裂縫的出現(xiàn)不僅加快了混凝土的滲漏，影響到建筑物的使用功能，而且還加快了硫酸鹽、氯離子等的侵蝕，導(dǎo)致混凝土中鋼筋提前銹蝕，影響到結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命[3]，削弱面板的防滲性能，對(duì)大壩結(jié)構(gòu)安全造成一定的隱患，因此在進(jìn)行混凝土面板設(shè)計(jì)時(shí)必須采取有針對(duì)性的防裂抗裂措施，提高面板長(zhǎng)期耐久性，進(jìn)而減少后期修補(bǔ)費(fèi)用、確保大壩壽命期內(nèi)良好的服役性能。

影響混凝土早期塑性開(kāi)裂的因素眾多，除了受時(shí)間、溫度、相對(duì)濕度及混凝土自身泌水特征的影響外，還與水泥、摻合料、骨料、外加劑等原材料品質(zhì)密切相關(guān)。從材料角度看，目前預(yù)防混凝土的早期開(kāi)裂主要方法有減小混凝土收縮、提高混凝土抗拉強(qiáng)度，采取的具體措施有摻加膨脹劑補(bǔ)償收縮、摻加纖維增強(qiáng)、摻加縮劑抑制收縮等[2][6]。

基于以上原因，新疆XX電站面板混凝土工程在前期混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，選用摻加一定比例的RS2000型羅賽纖維作為混凝土用纖維摻加物，通過(guò)試驗(yàn)確定摻配比例，對(duì)摻纖維面板混凝土的抗裂性能進(jìn)行研究。

2.1 RS2000纖維素纖維技術(shù)指標(biāo)

纖維素纖維為新一代工程纖維，具有親水性能好、纖維根數(shù)多的特點(diǎn)，與混凝土間的握裹力較強(qiáng)，可限制混凝土裂縫的產(chǎn)生，提高混凝土的抗裂性能[4]。新疆XX水電站大壩面板混凝土采用羅賽RS2000纖維素纖維，其比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表1。

2.2 配合比設(shè)計(jì)原材料

（1）水泥：新疆和靜天山水泥有限責(zé)任公司P.MH42.5中熱硅酸鹽水泥。

（2）粉煤灰：國(guó)電紅雁池發(fā)電有限公司類Ⅰ級(jí)粉煤灰。

（3）細(xì)骨料：察汗烏蘇電站C3砂石料加工廠天然砂（中砂）。

（4）粗骨料：察汗烏蘇電站C3砂石料加工廠5mm～20mm、20mm～40mm碎石。

（5）外加劑：山西奧鑫建材有限公司AXN-型高效減水劑、AXSF型引氣劑。

表1 羅賽纖維RS2000的檢測(cè)結(jié)果

表2 混凝土配合比（kg/m3）

2.3 配合比

面板基準(zhǔn)配合比及摻羅賽纖維RS2000配合比見(jiàn)表2。

3 RS2000混凝土性能檢測(cè)

3.1 性能檢測(cè)結(jié)果分析

混凝土采用額定量60L的強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行拌制，振動(dòng)臺(tái)振搗密實(shí)，檢測(cè)了兩種配合比下混凝土工作性能。在基準(zhǔn)配合比下，測(cè)得混凝土塌落度為94mm、含氣量為5.8%，摻配羅賽纖維RS2000配合比時(shí)，混凝土塌落度為90mm、含氣量為6.2%。試驗(yàn)結(jié)果表明，摻羅賽纖維RS2000對(duì)混凝土坍落度及含氣量基本沒(méi)有影響，羅賽纖維混凝土和易性良好，有利于現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.2 纖維分散性能

通過(guò)水洗法可以快速測(cè)試羅賽纖維RS2000的分散性[7]：準(zhǔn)備一個(gè)5L左右的容器，一根搗棒，一個(gè)40目的砂篩；將新拌的纖維混凝土進(jìn)行取樣，取樣量為容器的1/3左右；然后在容器中加水約至3/4處；用搗棒攪拌加水后的纖維混凝土，使?jié){體充分稀釋；靜置10秒鐘左右，將上層漿體緩緩倒在砂篩上，勿將混凝土砂石倒出；用水沖洗砂篩上的殘留物，應(yīng)能看到灰白色的絮狀纖維素纖維。如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)未分散開(kāi)的片狀纖維，則纖維已經(jīng)完全分散。

由試驗(yàn)可看出，羅賽纖維RS2000在混凝土中已經(jīng)完全分散，纖維形態(tài)已經(jīng)由片狀變?yōu)閱谓z狀。經(jīng)過(guò)后期檢測(cè)和計(jì)算，測(cè)得纖維實(shí)際含量與配合比規(guī)定的含量相差小于15%。

3.3 混凝土抗裂性能[5][6]

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》[5]（CCES01-2004）附錄A2推薦的平板法對(duì)RS2000纖維混凝土進(jìn)行了抗裂試驗(yàn)。通過(guò)模擬惡劣自然環(huán)境中強(qiáng)日照及大風(fēng)天氣，促使混凝土產(chǎn)生收縮及開(kāi)裂，試驗(yàn)完成后，測(cè)試裂縫寬度、長(zhǎng)度、面積，從而評(píng)價(jià)混凝土的抗裂性能。

抗裂試驗(yàn)結(jié)果表明：與基準(zhǔn)混凝土相比，摻RS2000纖維使得混凝土開(kāi)裂時(shí)間由48min延長(zhǎng)到90min，平均裂縫寬度由1.1mm降低為0.35mm，裂縫面積降低了79%，抗裂等級(jí)達(dá)到Ⅰ級(jí)，顯著提高了混凝土抗裂性能。從工程應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，摻入RS2000纖維可以大幅減少裂縫修補(bǔ)費(fèi)用，并降低由開(kāi)裂引起的潛在質(zhì)量與安全隱患。

3.4 混凝土力學(xué)性能及耐久性能

試驗(yàn)測(cè)試了100mm×100mm×100mm立方體試件的7d、14d、28d的抗壓強(qiáng)度和14d、28d的劈裂抗拉強(qiáng)度、28d的抗?jié)B性與抗凍性，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果可以看出，7d與28d抗壓強(qiáng)度略有提高，14d抗壓強(qiáng)度略有下降，劈裂抗拉強(qiáng)度均有提高，抗?jié)B性與抗凍性變化不明顯。

4 效果分析

新疆XX水電站面板混凝土于2012年8月30日開(kāi)始，10月14日完成19塊面板混凝土澆筑，澆筑混凝土9652m3，總表面積約22400m2。

經(jīng)過(guò)后期對(duì)面板裂縫普查，發(fā)現(xiàn)裂縫共計(jì)27條，總長(zhǎng)度60.56m，寬度小于0.2mm共8條，0.2mm～0.5mm共19條。其中長(zhǎng)度最大值6m，最小值0.25m；寬度最大值0.5mm，最小值0.1mm。面板平整度及外觀質(zhì)量均達(dá)到了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，19個(gè)單元工程質(zhì)量全部?jī)?yōu)良。

5 結(jié)論

（1）新疆XX水電站面板堆石壩工程在面板混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，在每立方米混凝土中摻入1kg羅賽纖維（RS2000），在水灰比不變，且不增加膠凝材料用量的情況下，面板配合比混凝土原有工作性能無(wú)明顯變化，而抗裂性能顯著提高，其它力學(xué)性能指標(biāo)及耐久性指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）RS2000羅賽纖維的分散性較好，不需要特殊工藝就可以均勻分散在混凝土拌合物中；羅賽纖維的摻加，增強(qiáng)了混凝土的黏聚性和保水性，對(duì)混凝土的塌落度及含氣量無(wú)影響，便于施工。

（3）在本文中所采用的纖維摻量下，羅賽纖維能大大減少了混凝土的早期塑性開(kāi)裂面積和開(kāi)裂數(shù)量，有利于北方高寒環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐久性，正確的養(yǎng)護(hù)方法和延長(zhǎng)攪拌時(shí)間可獲得更好的抗裂防滲效果。

（4）摻量為1kg/m3的RS2000型羅賽纖維混凝土，混凝土的流動(dòng)性略有減小，7d和28d抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯變化，可滿足施工和設(shè)計(jì)要求。陜西水利

[1]徐至鈞.纖維混凝土技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[2]張建峰，羅平，周世華.纖維對(duì)混凝土早期塑性開(kāi)裂的影響 [J].混凝土，2010,7：85-89.

[3]張雄.混凝土結(jié)構(gòu)裂縫防治技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2007:75-90

[4]沈榮熹,王璋水,崔玉忠.纖維增強(qiáng)水泥與纖維增強(qiáng)混凝土[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[5]陳肇源，廉慧珍.等.CCE S01-2004混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[6]張佚倫,錢曉倩.聚丙烯纖維混凝土早期收縮與抗裂性能試驗(yàn)研究 [D].浙江大學(xué)，2006:1-2.

[7]大連理工大學(xué)主編，纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CEC S38-2004），第 1版，北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2004:95.