北方寒區纖維混凝土板護坡技術應用試驗研究

楊 林

（葫蘆島市青山水庫工程建設管理局，遼寧葫蘆島125000）

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北方寒區纖維混凝土板護坡技術應用試驗研究

楊 林

（葫蘆島市青山水庫工程建設管理局，遼寧葫蘆島125000）

摘要：堤壩護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課題。在工程上，雖然采取了一些臨時性的防冰凍的措施，但是冰凍破壞問題也沒有從根本上得到解決。通過開展北方寒區纖維混凝土板護坡工程試驗研究，旨在為該工程建設提供理論依據和為北方寒區護坡防治措施提供參考與借鑒。

關鍵詞：寒區；纖維混凝土板；護坡；試驗研究；應用

我國北方地區多數堤壩護坡存在受風浪、凍脹、冰壓力作用破壞的問題。結合相關工程，有關單位開展了這方面持續的試驗研究和工程實踐探討，盡管取得了許多研究成果，也積累了一些寶貴的工程經驗，但選擇一種經濟安全的護坡型式仍然是很困難的。為此結合遼河干流紅旗水庫護坡工程，我們開展了北方寒區纖維混凝土板護坡技術試驗研究工作［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度提高了。

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

由于混凝土內部的微顆粒被這些纖維連接著，當混凝土被高速水流沖刷損時，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

在水工構造物中，在高速過流部位應用聚丙烯纖維混凝土較多。聚丙烯纖維混凝土具有以下優點。

（1）提早期高混凝土抗裂性能、減少裂縫的產生。

（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%的混凝土抗拉強度，同時減少混凝土的泌水，混凝土的表面質量得以提高。

缺點是：聚丙烯纖維混凝土在生產過程中容易結團，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［2］。

2　室內配合比試驗

在試驗段工程施工之前，首先進行室內試驗，以測得相關試驗參數，為實際施工提供參考可行的數據。

2.1原材料試驗

2013年4月初，從施工現場取回原材料，進行室內試驗。原材料標識及試驗測得的原材料試驗參數詳見表1。

2.2混凝土配合比設計參數的選擇

為增加試驗的可比性，盡可能的使設計參數與施工采用的參數相一致。配合比設計參數見表2。

表1　原材料試驗項目表

表2　配合比設計參數結果表

2.3室內配合比的確定

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

表3　單位體積混凝土拌和物原材料用量表

2.4室內拌和物對比試驗

采用表3中配比，進行室內拌和試驗時，在不改變粗細骨料用量及配比，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。

經現場試驗可知：拌和時，按設計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，經機械拌和后，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，達到預期效果［3］。在使用機械拌和方法時，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

經實驗可見：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混凝土抗壓強度、抗凍、抗滲性能對比試驗

對混凝土試塊的抗壓強度、抗凍性能與抗滲性能指標在試驗室內進行試驗測試（按照《水工混凝土試驗規程》SD105-82），進一步分析纖維混凝土與素混凝土在物理力學指標上的差異程度［4］。

試驗養護條件為：坍落度23mm，摻外加劑混凝土試樣含氣量3%，水中20±3℃養護。混凝土抗壓強度、抗凍性能、抗滲性能對比試驗測試結果見表5。

表5　混凝土抗壓強度、抗凍性能、抗滲性能對比試驗測試結果表

經過實驗可見：纖維混凝土與素混凝土7天抗壓強度由16.2MPa提高到了17.0MPa，28天抗壓強度由24.8MPa提高到了25.0MPa，抗凍性能相對動彈模量由66%提高到76%，抗滲性能滲透高度平均值（恒壓0.8MPa）由55mm減少到30mm，各項性能都得到了一定的提高［5］。

2.6 室內試驗研究結論

通過室內試驗的開展，可以得出如下結論：

（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的干拌時間，延長拌和時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）纖維混凝土在抗滲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行拌和，采取定點、定時、定量的方法。定點即進行濕拌時，按粗骨料、聚丙烯纖維、細骨料、水泥進行投料，在拌和機投料口將聚丙烯纖維由人工均勻地灑在粗骨料上面；定時即濕拌5min，取消干拌；定量即由電子秤嚴格計量骨料、水泥等材料［6］。

根據試驗結果，建議聚丙烯纖維摻量在0.7～0.9kg/m3范圍內，最終選用0.9g/m3。拌合聚丙烯纖維混凝土采用定點、定時、定量方法，在工程實際應用證明，充分保證了在骨料中分布均勻聚丙烯纖維，減少了混凝土成團結塊的現象發生，能夠確保混凝土的均一性、和易性。這些在工程實際中得到了建設單位和施工單及的全面認可［8］。

4　結語

根據試驗研究分析可以看出拌合聚丙烯纖維混凝土采用定點、定時、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構表面平整度進行現場檢驗，平整度完好，同時還有效地控制表面裂縫的發生。

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

參考文獻

［1］韓志剛，王長金.論模袋混凝土護坡施工技術［J］.水利技術監督，2004（02）：54-55.

［2］管楓年，張麗，劉加海.模袋混凝土護坡設計中幾個問題探討［J］.水利技術監督，2000（01）：22-26.

［3］鐘秉章，朱強.聚丙烯纖維混凝土在水利水電工程上的應用探討［J］.水利規劃與設計，2002（01）：54-58.

［4］韓勝文，曹瑞峰.機織模袋混凝土護坡施工方法研究［J］.長春工程學院學報，2011（03）：45-47.

［5］果海威，姜延輝.機織模袋混凝土在大洼三角洲水庫土壩防護工程中的應用［J］.吉林水利，2008（06）.

［6］王廣慧.遼寧省平原水庫護坡凍脹破壞分析［J］.科技創新與應用，2012（05）：107-108.

［7］陳攀.聚丙烯纖維混凝土在巴家咀水庫除險加固工程中的應用［J］.水利水電工程設計，2009（08）：25.

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

中圖分類號：TV861

文獻標識碼：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。