輸變電工程邊坡治理用混凝土改性及施工技術研究

中圖分類號：TQ178 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）05-0097-04

Abstract：Inorder to solve the problemsof landslide diseaseand soilerosion in power transmissionand transformationprojects，basalt fiber modified alkali wasused to stimulate foam concrete，and the volume content ofbasalt fiber was optimized by four indexes： concrete drying shrinkage value，water absorption，compressve strength and porosity，and then the slope treatment and anchoring process of power transmision and transformation project was studied based on the concrete.The results showed that 0.3% basalt fiber should be mixed into alkali-activated foam concrete，and the drying shrinkage value of concrete material was 64.1% of the benchmark concrete，the water absorption rate and compressive strength were the maximum，which were 31.08% and 7.26MPa ，respectively ，and the porosity was the smallest，only 57. 15% . The concrete has good water absorption performance，mechanical properties， drying shrinkage performance and pore structure properties，and is not prone to shrinkage cracking，which can improve the stabilityofthe slopeand has certain application value in the slope treatment and anchoring process of power transmission and transformation projects.

Key words：foam concrete；drying shrinkage；water absorption rate；basalt fiber；slope treatment

目前，針對邊坡水土流失問題，常使用混凝土材料提高邊坡穩定性。研究適用于邊坡治理的混凝土材料對輸變電工程的發展意義重大。闕陳燕等為提高邊坡坡體的穩定性，在邊坡防護中應用了輕質混凝土。經ABAQUS模擬，這種輕質混凝土構件可以減少裂縫產生，具有良好的延性，裂縫最大約為（204 。陳建立針對露天煤礦邊坡問題，制備了一種粉煤灰噴射混凝土，在這種噴射混凝土中，粉煤灰最佳摻量為20%，經過該混凝土加固后，邊坡穩定系數增大至1.48[2]。王俊則基于輕質泡沫混凝土，通過有限元軟件優化了高陡邊坡路基施工方案，優化后的施工方案可以有效抑制路基變形，提高路基穩定性[3]。泡沫混凝土在邊坡治理中的應用逐漸成為一種趨勢。為進一步提高輸變電工程邊坡治理效果，采用玄武巖纖維對堿激發泡沫混凝土進行改性，并研究輸變電工程邊坡治理錨固工藝。

1 試驗部分

1.1 材料與設備

主要材料：I級粉煤灰（工業純，太原市恒鑫景程）；S95級爐渣（工業純，石家莊元晶礦產）；P.O42.5硅酸鹽水泥（工業純，唐山金馬啟新水泥）；水玻璃（AR，濟南澤盛化工，固含量35%）；發泡劑（工業純濟南海瑞寶化工）；玄武巖纖維（工業純，泰安浩松纖維，長 8mm ）。

主要設備：40型發泡機（任縣通泰機械）；HJW-60型砂漿攪拌機（山東屹盛重工科技）；WDW-600型萬能材料試驗機（濟南新試金試驗機）；BC-35型比長儀（河北廣惠試驗儀器）。

1.2 試驗方法

1.2.1 堿激發泡沫混凝土配合比

為更好地進行輸變電工程水土保持邊坡治理，試驗選用輕質、施工便捷、抗震性良好、環保性強的堿激發泡沫混凝土。堿激發泡沫混凝土配合比見表1[47]

在堿激發泡沫混凝土中，采用了粉煤灰、爐渣這2種堿激發材料替代水泥，干密度等級為 。由于堿激發泡沫混凝土約束骨料少、孔隙率高等特點，這種泡沫混凝土材料在實際應用中容易開裂，且強度較低。因此在表1基礎上，向堿激發泡沫混凝土添加玄武巖纖維，并考察不同玄武巖纖維摻量對堿激發泡沫混凝土性能的影響。

1.2.2 堿激發泡沫混凝土的制備

（1）配制一定模數和堿當量的水玻璃溶液和水溶液，然后分別向各溶液中添加發泡劑，再通過發泡機制備泡沫，備用；

（2）向砂漿攪拌機中加入水泥、爐渣和粉煤灰，干攪拌 3min ，得膠凝材料混合干料。然后加入一定量配制好的堿性激發劑材料，攪拌 3min ，得堿激發凈漿；

（3）向堿激發凈漿中加入一定量泡沫，攪拌2min ，得堿激發泡沫混凝土漿料；

（4）將一部分堿激發泡沫混凝土漿料保存到量筒中，便于后續的早期試驗研究。另一部分堿激發泡沫混凝土漿料則添加到模具中，成型后脫模，轉移到標準養護室，一定養護齡期后取出，得堿激發泡沫混凝土試樣。

1.3 性能測試

1.3.1 干燥收縮值

參考GB/T11969—2020，使用比長儀測試堿激發泡沫混凝土試樣的干燥收縮值。

1.3.2 吸水率

參考JG/T266，使用烘箱、電子天平等設備測試堿激發泡沫混凝土試樣的吸水率。

1.3.3 抗壓強度

使用萬能材料試驗機測試堿激發泡沫混凝土試樣的28d抗壓強度。

1.3.4 孔隙率

使用掃描電鏡對堿激發泡沫混凝土試樣進行圖像信息采集，然后結合Origin等數據處理軟件分析

2 結果與分析

2.1 干燥收縮值分析

在養護時間28d的條件下，考察不同玄武巖纖維摻量對堿激發泡沫混凝土干燥收縮值的影響，結果見圖1。

由圖1可知，當堿激發泡沫混凝土中摻入的玄武巖纖維逐漸增多時，材料干燥收縮值在不斷減小。當未摻入玄武巖纖維時，基準堿激發泡沫混凝土試件的干燥收縮值最大；當摻入 0.1% 玄武巖纖維時，材料干燥收縮值縮小至基準試件的 80.1% ；當摻人0.2% 或者 0.3% 玄武巖纖維時，材料干燥收縮值繼續減小，分別縮小至基準試件的71.3%、64.1%；當摻入 0.4% 玄武巖纖維時，材料干燥收縮值最小，為基準試件的 59.1% 。這些變化是因為，適當的玄武巖纖維添加到堿激發泡沫混凝土中后，材料基體中可以形成纖維空間骨架。同時玄武巖纖維具有良好的吸水性，在一定程度上能夠抑制材料基體中的水分遷移[8-10]。由此可見，玄武巖纖維的添加有利于抑制堿激發泡沫混凝土的干燥收縮現象。

2.2 吸水率分析

在養護時間28d的條件下，考察不同玄武巖纖維摻量對堿激發泡沫混凝土吸水率的影響，結果見圖2。

由圖2可知，當堿激發泡沫混凝土中摻入的玄武巖纖維逐漸增多時，材料吸水率先逐漸增大再逐漸減小。可以看到，未摻人玄武巖纖維的基準堿激發泡沫混凝土試件吸水率最小，為 25.62% ；當摻人 0.1% 玄武巖纖維時，堿激發泡沫混凝土試件的吸水率增大至28. 14% ；當摻人 0.3% 玄武巖纖維時，堿激發泡沫混凝土試件的吸水率增大至最大值，為 31.08% ；當繼續添加玄武巖纖維至 0.4% 時，吸水率減小，為29.24%。這是因為，玄武巖纖維的添加在一定程度上能夠改善堿激發泡沫混凝土基體的孔隙結構。同時玄武巖纖維本身具有一定的吸水性能，所以材料吸水率增大[11-13]由此可見，為保證堿激發泡沫混凝土良好的吸水性能，玄武巖纖維摻量應為 10.2% 或者 0.3% 。

2.3 抗壓強度分析

在養護時間28d的條件下，考察不同玄武巖纖維摻量對堿激發泡沫混凝土抗壓強度的影響，結果見圖3。

由圖3可知，當堿激發泡沫混凝土中摻入的玄武巖纖維逐漸增多時，材料抗壓強度先逐漸提高再降低。當未摻入玄武巖纖維時，基準堿激發泡沫混凝土試件抗壓強度處于最小值，為 5.08MPa ；當摻人 0.1% 玄武巖纖維時，材料抗壓強度提高至6.41MPa；當摻入 0.3% 玄武巖纖維時，堿激發泡沫混凝土試件抗壓強度最大，為 7.26MPa ；當繼續增加玄武巖纖維摻量時，抗壓強度降低。這是因為，當玄武巖纖維摻量適量時，纖維在堿激發泡沫混凝土材料基體中均勻分布，并形成三維空間骨架，具有橋接作用。這種骨架不僅可以減緩材料基體塌陷現象，還能夠使材料基體中的有害孔洞減少，增強孔壁強度。同時玄武巖纖維可以促進堿激發材料與各膠凝材料充分接觸，使水化反應更加充分，因此堿激發泡沫混凝土抗壓強度提高[14-15]。而過多摻人玄武巖纖維則會導致堿激發泡沫混凝土基體中的孔隙結構被破壞，因此抗壓強度降低。由此可見，為保證堿激發泡沫混凝土良好的力學性能，玄武巖纖維摻量應為 0.3% 。

2.4 孔隙率分析

在養護時間28d的條件下，考察不同玄武巖纖維摻量對堿激發泡沫混凝土孔隙率的影響，結果見圖4。

由圖4可知，隨著堿激發泡沫混凝土中玄武巖纖維摻量逐漸增多，材料孔隙率先減小后增大。當堿激發泡沫混凝土中未摻入纖維時，基準試件的孔隙率較大，為 62.56% ；當在堿激發泡沫混凝土中摻人 0.1% 玄武巖纖維時，孔隙率減小至59.61%；當摻入0.3%玄武巖纖維時，堿激發泡沫混凝土的孔隙率最小，為57.15%；當繼續增加玄武巖纖維摻量至 0.4% 時，材料孔隙率反而增大，為58.66%。這是因為，玄武巖纖維改善了堿激發泡沫混凝土材料基體的孔隙結構，從而使水分子進入材料基體的通道被阻斷。這也在一定程度上抑制了孔隙連通，因此孔隙率減小[19-20]。而纖維摻量過多引起的纖維局部團聚現象則會使材料孔隙結構增多，孔隙率增大。由此可見，孔隙率較小的堿激發泡沫混凝土可以更好地阻止外界水分子侵入，從而保障材料性能，使材料耐久性良好。因此玄武巖纖維應為0.3%。

2.5 邊坡治理應用研究

試驗將 0.3% 玄武巖纖維摻量的堿激發泡沫混凝土應用到輸變電工程邊坡治理錨固工藝中。該工藝過程為：先將堿激發泡沫混凝土、填土等施工材料準備好，然后在輸變電工程邊坡區域安裝混凝土結構物，再進行混凝土噴射、注錨等，最后將錨洞鎖定，安裝錨桿即可。在噴射堿激發泡沫混凝土時，要先確保輸變電工程邊坡區域的清潔性以及潤濕性，從上到下進行混凝土噴射，同時保證噴射口與邊坡表面距離小于 1m 。具體的錨固工藝參數設計見表2。

為進一步考察 0.3% 玄武巖纖維摻量的堿激發泡沫混凝土的邊坡治理效果，基于以上錨固工藝及參數設計，將輸變電工程邊坡區域巖石進行臺階式建模，從上到下依次為雜填土、粉質黏土和砂巖。具體模型設計見圖5。

經測試，自然條件下該邊坡土層的穩定性為1.28，已達到相關安全要求。經堿激發泡沫混凝土的邊坡治理后，該邊坡土層的穩定性提高至1.51。由此可見，這種邊坡治理方式可以使巖土層整體強度增強，在一定程度上可防止輸變電工程邊坡水土流失。

3結語

（1）在玄武巖摻量0.1%～0.4%，玄武巖纖維摻量越多，堿激發泡沫混凝土干燥收縮值越小。當摻入 0.4% 玄武巖纖維時，材料干燥收縮值最小，為基準試件的59.1%；（2）當摻入 0.3% 玄武巖纖維時，堿激發泡沫混凝土試件的吸水率增大至最大值，為31.08%，此時材料吸水性能最佳；（3）玄武巖纖維的添加可以增大堿激發泡沫混凝土抗壓強度。摻人0.3%玄武巖纖維時材料抗壓強度最大，為7.26MPa；（4）玄武巖纖維可以改善堿激發泡沫混凝土材料孔隙結構，使材料孔隙率減小。摻入0.3玄武巖纖維時材料孔隙率最小，為57.15%；（5）該玄武巖纖維改性堿激發泡沫混凝土在輸變電工程邊坡治理錨固工藝中具有良好適應性，可提高邊坡穩定性至1.51，減緩邊坡水土流失現象。

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（責任編輯：蘇慢）