聚丙烯纖維混凝土在南水北調工程的應用

尚 昆，單發磊

（1.山東省第二水利工程局，山東 曲阜 273100；2.山東水利工程總公司，山東 曲阜 273100）

聚丙烯纖維混凝土在南水北調工程的應用

尚 昆1，單發磊2

（1.山東省第二水利工程局，山東 曲阜 273100；2.山東水利工程總公司，山東 曲阜 273100）

聚丙烯纖維混凝土能有效地增強混凝土的抗沖磨、防裂、防滲、抗凍能力，減少和防止裂紋的產生。本文對聚丙烯纖維在南水北調萬年閘泵站鋼筋混凝土蝸殼中的實際應用進行介紹，以期為類似工程的施工提供參考。

聚丙烯纖維；混凝土；南水北調

混凝土在塑性及初期硬化階段極易因收縮產生裂紋，水分便從裂紋中滲入，故其抗開裂、抗沖擊能力差，影響混凝土的抗滲和抗凍能力，采用聚丙烯纖維混凝土能有效地解決該問題。聚丙烯纖維混凝土是指在普通混凝土中按照一定的配合比摻入聚丙烯纖維，通過攪拌機攪拌，使纖維受到骨料和水泥的剪切、沖擊、分散、碰撞作用，在混凝土中均勻地分布，混凝土的抗磨性、抗沖擊性、柔韌性及抗滲性也得到極大的增強。

1 聚丙烯纖維的性能

1.1 抑制混凝土裂紋的產生

和普通混凝土相比，聚丙烯纖維混凝土可以有效地抑制早期離析裂紋和收縮微裂的產生及擴大，并有效地對連通裂縫進行抑制。因混凝土和聚丙烯纖維有很強的結合能力，把聚丙烯纖維加入混凝土中并經攪拌后，聚丙烯纖維可迅速與混凝土混合并均勻分布。這些纖維單絲在內部構成亂向均勻的支撐系統，該支撐系統能有效地聚集骨料，抑制混凝土早期泌水現象的產生，因而防止了沉降裂紋的出現。該支撐系統還可抑制混凝土產生塑性收縮，使混凝土的抗拉強度、韌性得到很大改善，因此在混凝土初凝時，該體系能有效地抑制收縮裂縫和裂紋。

1.2 提高混凝土的抗滲及抗凍能力

因聚丙烯纖維亂向均勻地分布在混凝土中，對骨料起到了承托作用，抑制了混凝土集料的離析及表面的泌水，在混凝土中直徑100μm左右的孔隙含量也大大減少，在很大程度上增加了混凝土防水抗滲能力，防止有害介質對受力鋼筋和混凝土的銹蝕，延長了建筑物的使用壽命。

1.3 增強混凝土的耐磨損能力

聚丙烯纖維的抗拉強度約200～300MPa，在混凝土中加入聚丙烯纖維，可極大地增強混凝土的耐磨損能力。試驗表明：聚丙烯纖維混凝土的磨損率可下降50%～110%，而壽命可延長1倍左右。

1.4 提高混凝土的柔韌性和抗沖擊強度

試驗表明：聚丙烯纖維可在很大程度上提高混凝土的柔韌性和抗沖擊性，和普通混凝土相比，聚丙烯纖維混凝土的柔韌性增加約30%，抗疲勞性能提高約3倍，抗沖擊能力增加約1倍。

2 應用實例

2.1 工程概況

萬年閘泵站是山東省內的第二級泵站，南水北調工程東線的第八級泵站。泵站設計揚程為5.49m，設計輸水量為125m3/s，水泵機型采用5臺立式軸流泵，總裝機容量1.4萬kW。在主泵房的進水、出水流道處，均采用蝸殼鋼筋混凝土流道，該流道的單次澆筑量為2000m3左右。在蝸殼內壁加設防滲層，并對鋼筋混凝土蝸殼結構進行內力分析，結果顯示匹配的鋼筋不能滿足現行設計規范的限裂要求。因此，鋼筋混凝土蝸殼的防滲和限裂成為設計難點之一。

萬年閘泵站的混凝土蝸殼是空間結構，其橫截面是不規則的梯形。蝸殼側墻及頂板的應力很大，在進口及角隅處一定范圍內有明顯的局部應力集中，其最大應力遠遠高于混凝土的抗拉強度，需要大量

的抗（限）裂配筋及結構配筋，又由于蝸殼結構、結構配筋、澆筑施工、混凝土級配也制約著限裂鋼筋間距和直徑，故混凝土蝸殼很容易產生裂紋和裂縫。此外，在初期硬化階段，混凝土的塑性變形、離析、干縮、碳化收縮、溫度變化等也是誘發蝸殼混凝土產生裂縫的主要原因。因聚丙烯纖維混凝土具有很好的抗滲、抗裂能力，根據本施工部位的特殊性要求，在同級配、同設計等級的混凝土內加入限（抗）裂的聚丙烯纖維材料，既控制了混凝土產生塑性龜裂，又增強其抗滲能力。

2.2 原材料及配合比

1）水泥：采用普通硅酸鹽水泥。

2）纖維：采用網狀聚丙烯纖維，直徑約0.1mm、長20mm，其性能指標如表1示。

表1 網狀聚丙烯纖維性能指標

3）骨料：中粗砂的含泥量小于2%，碎石含泥量小于1%。

4）防凍劑：采用抗凍防滲引氣型減水劑DM160。

5）配合比：每立方米材料用量如表2示。其中碎石的中石∶小石為3∶2。

表2 C25F150W6聚丙烯纖維混凝土配合比kg

2.3 澆筑工藝

在對普通混凝土進行投料攪拌時，直接加入聚丙烯纖維，投料順序為：碎石、硅酸鹽水泥、煤灰、纖維、中砂、外加劑。采用JS1000型強制式拌和系統和PLD1600A型自動上料裝置，人工加入纖維、外加劑及摻合料，干拌2min使纖維攪拌均勻，再加入其他材料攪拌2min后出料。檢驗人員在出料口每小時檢驗一次混凝土含氣量和坍落度，要求含氣量在5%左右，坍落度在8cm左右。聚丙烯纖維混凝土的振搗、平倉工藝與普通混凝土基本相同，不需要特殊的施工設備和工藝。成型后要對混凝土進行灑水養護，且養護期限要大于28d。

2.4 性能分析

對同一時段澆筑的聚丙烯纖維混凝土和普通混凝土的試塊檢驗結果進行統計，其各項力學性能參數比較和分析結果如下：

1）抗壓強度。將聚丙烯纖維混凝土制成45組試塊，標準養護，兩種混凝土28d時的抗壓強度檢驗結果見表3，由表3可看出纖維混凝土的抗壓強度平均值大于普通混凝土8%左右。

表3 兩種混凝土的抗壓強度統計

2）劈裂抗拉強度。聚丙烯纖維混凝土共制成14組試塊，標準養護，兩種混凝土28d時的劈裂抗拉強度檢驗結果見表4。由表4知，與普通混凝土相比，纖維混凝土的劈裂抗拉強度大幅度提高，其28d的平均值提高24.2%，最小值提高19.9%，最大值提高23.7%，增強效果明顯，且他們的破壞形式不同，普通混凝土試件自然裂開，無任何黏著力，為脆性破壞；而纖維混凝土試件在劈裂時，外觀仍保持完整，纖維從混凝土中拉出，其他部位黏結依然很好。可見纖維可以大大增強混凝土的柔韌性和抗裂性，也克服了混凝土產生脆性損壞。

表4 兩種混凝土的劈裂抗拉強度統計

3）抗滲性能。通過對10組抗滲試塊的豎向截面圖觀察，纖維混凝土滲水高度遠遠小于普通混凝土，且其遠遠高于規范中的要求。

3 結 語

在水利工程建設中，對混凝土的抗滲、抗裂、抗沖磨、防凍融等性能提出了更高的要求，聚丙烯纖維可改善普通水工混凝土的性能，與外加劑、水泥的結合性強，不需要特殊的施工設備和工藝，在南水北調東線泵站工程的應用中取得了良好經濟和技術效益，具有很好的推廣價值。

（責任編輯崔春梅）

TU528.572

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1009-6159（2013）-07-0029-02

2013-05-15

尚昆（1985—），男，助理工程師