北方寒區(qū)纖維混凝土板護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)研究

楊 林

（葫蘆島市青山水庫工程建設(shè)管理局，遼寧葫蘆島125000）

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北方寒區(qū)纖維混凝土板護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)研究

楊 林

（葫蘆島市青山水庫工程建設(shè)管理局，遼寧葫蘆島125000）

摘要：堤壩護(hù)坡的冰凍破壞是我國北方沿海寒冷沿海的河道、海防堤及大壩普遍存在的問題，也是急需解決的重大水利技術(shù)課題。在工程上，雖然采取了一些臨時(shí)性的防冰凍的措施，但是冰凍破壞問題也沒有從根本上得到解決。通過開展北方寒區(qū)纖維混凝土板護(hù)坡工程試驗(yàn)研究，旨在為該工程建設(shè)提供理論依據(jù)和為北方寒區(qū)護(hù)坡防治措施提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：寒區(qū)；纖維混凝土板；護(hù)坡；試驗(yàn)研究；應(yīng)用

我國北方地區(qū)多數(shù)堤壩護(hù)坡存在受風(fēng)浪、凍脹、冰壓力作用破壞的問題。結(jié)合相關(guān)工程，有關(guān)單位開展了這方面持續(xù)的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐探討，盡管取得了許多研究成果，也積累了一些寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)，但選擇一種經(jīng)濟(jì)安全的護(hù)坡型式仍然是很困難的。為此結(jié)合遼河干流紅旗水庫護(hù)坡工程，我們開展了北方寒區(qū)纖維混凝土板護(hù)坡技術(shù)試驗(yàn)研究工作［6］。

1　纖維混凝土基本性能

1.1抗裂抗磨原理

摻入聚丙烯纖維的混凝土，由于極其細(xì)微的纖維絲有較大有效長度，聚丙烯纖維相互粘連呈“支持”混凝土骨料的效果，混凝土集料的離析和表面的析水減少了，混凝土中直徑為50μm以上的孔隙含量降低了，混凝土的表面平整度和密實(shí)度提高了。

同時(shí)在混凝土材料中均勻分布的聚丙烯纖維，亂向支撐系統(tǒng)在混凝土內(nèi)部形成，水泥基體收縮裂縫可以得到有效地控制，不能形成貫通毛細(xì)孔道，保證了集料的均勻級配得到，混凝土及砂漿的粘結(jié)力得到了很大地提高，抗磨和抗裂的效果得到了增強(qiáng)。

由于混凝土內(nèi)部的微顆粒被這些纖維連接著，當(dāng)混凝土被高速水流沖刷損時(shí)，各種方向的微纖維必然被接觸到，水流帶走微顆粒的難度增加了，磨損速度大大降低了［1］。

1.2性能指標(biāo)

在水工構(gòu)造物中，在高速過流部位應(yīng)用聚丙烯纖維混凝土較多。聚丙烯纖維混凝土具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）提早期高混凝土抗裂性能、減少裂縫的產(chǎn)生。

（2）增加抗沖擊力，使混凝土抗沖能力得到了很大提高。

（3）可提高約15%～30%的混凝土抗拉強(qiáng)度，同時(shí)減少混凝土的泌水，混凝土的表面質(zhì)量得以提高。

缺點(diǎn)是：聚丙烯纖維混凝土在生產(chǎn)過程中容易結(jié)團(tuán)，不易均勻攪拌，和易性較差，澆搗和平倉抹面不容易，提高了工程造價(jià)［2］。

2　室內(nèi)配合比試驗(yàn)

在試驗(yàn)段工程施工之前，首先進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，以測得相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)，為實(shí)際施工提供參考可行的數(shù)據(jù)。

2.1原材料試驗(yàn)

2013年4月初，從施工現(xiàn)場取回原材料，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。原材料標(biāo)識及試驗(yàn)測得的原材料試驗(yàn)參數(shù)詳見表1。

2.2混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

為增加試驗(yàn)的可比性，盡可能的使設(shè)計(jì)參數(shù)與施工采用的參數(shù)相一致。配合比設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表1　原材料試驗(yàn)項(xiàng)目表

表2　配合比設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)果表

2.3室內(nèi)配合比的確定

混凝土原材料的比例摻量在原配合比基礎(chǔ)上，僅對單位用水量做相應(yīng)調(diào)整（以增加試驗(yàn)的可對比性），調(diào)整后的配合比見表3。

表3　單位體積混凝土拌和物原材料用量表

2.4室內(nèi)拌和物對比試驗(yàn)

采用表3中配比，進(jìn)行室內(nèi)拌和試驗(yàn)時(shí)，在不改變粗細(xì)骨料用量及配比，并保持同一施工坍落度的前提下，分別做了摻加外加劑、聚丙烯纖維和不摻加外加劑、聚丙烯纖維的混凝土拌和試驗(yàn)。

經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)可知：拌和時(shí)，按設(shè)計(jì)摻量摻入聚丙烯纖維的混凝土拌和物，要先干拌2min，再加水濕拌3 min，經(jīng)機(jī)械拌和后，混凝土拌和物和易性較好，纖維在拌和物中的分布也較為均勻，達(dá)到預(yù)期效果［3］。在使用機(jī)械拌和方法時(shí)，摻加纖維與不摻加纖維混凝土拌過程和對比見表4。

表4　摻加纖維與不摻加纖維混凝土拌過程和對比表

經(jīng)實(shí)驗(yàn)可見：摻加聚丙烯纖維與未摻加纖維的混凝土拌和物相比，流動性無差別，但粘聚性和保水性較好。

2.5混凝土抗壓強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B性能對比試驗(yàn)

對混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度、抗凍性能與抗?jié)B性能指標(biāo)在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)測試（按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》SD105-82），進(jìn)一步分析纖維混凝土與素混凝土在物理力學(xué)指標(biāo)上的差異程度［4］。

試驗(yàn)養(yǎng)護(hù)條件為：坍落度23mm，摻外加劑混凝土試樣含氣量3%，水中20±3℃養(yǎng)護(hù)?；炷量箟簭?qiáng)度、抗凍性能、抗?jié)B性能對比試驗(yàn)測試結(jié)果見表5。

表5　混凝土抗壓強(qiáng)度、抗凍性能、抗?jié)B性能對比試驗(yàn)測試結(jié)果表

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)可見：纖維混凝土與素混凝土7天抗壓強(qiáng)度由16.2MPa提高到了17.0MPa，28天抗壓強(qiáng)度由24.8MPa提高到了25.0MPa，抗凍性能相對動彈模量由66%提高到76%，抗?jié)B性能滲透高度平均值（恒壓0.8MPa）由55mm減少到30mm，各項(xiàng)性能都得到了一定的提高［5］。

2.6 室內(nèi)試驗(yàn)研究結(jié)論

通過室內(nèi)試驗(yàn)的開展，可以得出如下結(jié)論：

（1）纖維混凝土拌和物與非纖維混凝土拌和物在施工工藝上只是加長2 min的干拌時(shí)間，延長拌和時(shí)間的主要目的是使纖維在混凝土拌和物中能夠均勻分散。

（2）纖維混凝土抗裂能力較非纖維混凝土有所提高。

（3）纖維混凝土與非纖維混凝土在抗壓強(qiáng)度上沒有太大差異。

（4）纖維混凝土在抗凍性能上較非纖維混凝土有一定的提高。

（5）纖維混凝土在抗?jié)B性能上較非纖維混凝土有明顯改善［7］。

3　工程施工

在施工過程中，對投放聚丙烯纖維的粗骨料進(jìn)行拌和，采取定點(diǎn)、定時(shí)、定量的方法。定點(diǎn)即進(jìn)行濕拌時(shí)，按粗骨料、聚丙烯纖維、細(xì)骨料、水泥進(jìn)行投料，在拌和機(jī)投料口將聚丙烯纖維由人工均勻地灑在粗骨料上面；定時(shí)即濕拌5min，取消干拌；定量即由電子秤嚴(yán)格計(jì)量骨料、水泥等材料［6］。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建議聚丙烯纖維摻量在0.7～0.9kg/m3范圍內(nèi)，最終選用0.9g/m3。拌合聚丙烯纖維混凝土采用定點(diǎn)、定時(shí)、定量方法，在工程實(shí)際應(yīng)用證明，充分保證了在骨料中分布均勻聚丙烯纖維，減少了混凝土成團(tuán)結(jié)塊的現(xiàn)象發(fā)生，能夠確?；炷恋木恍?、和易性。這些在工程實(shí)際中得到了建設(shè)單位和施工單及的全面認(rèn)可［8］。

4　結(jié)語

根據(jù)試驗(yàn)研究分析可以看出拌合聚丙烯纖維混凝土采用定點(diǎn)、定時(shí)、定量方法后，充分保證了在骨料中分布均勻聚丙烯纖維。對聚丙烯纖維混凝土結(jié)構(gòu)表面平整度進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)，平整度完好，同時(shí)還有效地控制表面裂縫的發(fā)生。

從工程現(xiàn)場實(shí)際看，改進(jìn)后的聚丙烯纖維混凝土保水性得到了提高，沒有泌水情況發(fā)生，砂漿充足，振搗方便，大大減少固結(jié)成塊，明顯地提高了混凝土澆筑效率。

參考文獻(xiàn)

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［8］汪魁峰.聚丙烯纖維混凝土性能試驗(yàn)研究［J］.吉林水利，2008 （04）：15.

中圖分類號：TV861

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-1305（2016）01-0074-03

DOI：10.3969 /j.issn.1008-1305.2016.01.026

收稿日期：2015-07-28

作者簡介：楊 林（1973年—），男，高級工程師。