聚丙烯纖維混凝土在巴家咀水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用
?。?STRONG>摘 要］通過對聚丙烯纖維混凝土拌和方法的改進(jìn)，進(jìn)行定點(diǎn)、定量、定時(shí)在粗骨料中投放聚丙烯纖維進(jìn)行混凝土拌合，聚丙烯纖維混凝土中聚丙烯纖維分散性、混凝土和易性得到明顯改善，解決了聚丙烯纖維混凝土不易攪拌均勻、易結(jié)塊成團(tuán)、澆筑平倉抹面困難的難題，提高了混凝土澆筑質(zhì)量。
?。?STRONG>關(guān)鍵詞］聚丙烯纖維混凝土 分散性 抗裂 抗磨，巴家咀水庫
1 工程概況
巴家咀水庫位于黃河流域涇河支流蒲河，是一座集防洪保壩、供水、灌溉及發(fā)電于一體的水利樞紐工程，水庫總庫容5.11億m3，屬大（2）型工程。左岸新建溢洪道泄流堰為WES實(shí)用堰，進(jìn)口高程1095.0m，堰頂高程1 106.0m，單孔寬13.0m，共兩孔。溢洪道下游設(shè)挑流鼻坎將水流挑入下游河道。設(shè)計(jì)水位1124.95m，校核水位1125.94m，最大泄流流量6680m3/s，最大過流流速35m/s。
巴家咀水庫入庫泥沙年平均含量218kg/m3，汛期年平均含沙量337kg/m3，入庫泥沙懸移質(zhì)泥沙各年中值粒徑變化于0.016～0.026mm間，多年平均中值粒徑約0.022mm。入庫推移質(zhì)較少。
2 聚丙烯纖維混凝土簡介
(1)聚丙烯纖維抗裂抗磨原理
普通混凝土在硬化過程初期,水和水泥反應(yīng)形成結(jié)晶體,各微觀體積縮小,引起混凝土宏觀體積的收縮;硬化后期混凝土內(nèi)自由水分蒸發(fā)引起干縮。這些變化產(chǎn)生應(yīng)力，某個(gè)時(shí)期當(dāng)應(yīng)力超出了水泥機(jī)體的抗拉強(qiáng)度,在混凝土內(nèi)部就出現(xiàn)微裂縫,這些微裂縫不可避免地普遍存在于混凝土內(nèi)的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內(nèi)部。在混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維,聚丙烯纖維在混凝土材料中均勻分布,形成混凝土內(nèi)部之亂向支撐體系,可以有效地控制水泥基體收縮及離析裂紋的形成,截?cái)嗖⒎乐刮⒘芽p的發(fā)展,避免了貫通毛細(xì)孔道的形成,保證了集料的均勻級配,大大提高混凝土及砂漿的粘結(jié)力,增強(qiáng)其抗裂、抗磨效果;同時(shí)由于纖維絲極其細(xì)微,故有效長度較大,彼此相粘連的聚丙烯纖維在混凝土中表現(xiàn)出“承托”骨料的作用,降低了混凝土表面的析水與集料的離析,從而降低了混凝土中直徑為50～100nm和直徑大于100nm的孔隙含量,提高了混凝土的表面光滑度和表面密實(shí)度。當(dāng)高速水流沖刷磨損混凝土?xí)r,必然碰到多條不同向的微纖維,這些纖維連接著混凝土內(nèi)部的微顆粒,增加了微顆粒被水流沖走的難度,大大降低了磨損進(jìn)一步發(fā)展的速度。
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?。?）聚丙烯纖維混凝土的性能指標(biāo)（建議增加設(shè)計(jì)或工程對聚丙烯纖維混凝土性能指標(biāo)的要求和具體參數(shù)）
聚丙烯纖維混凝土主要優(yōu)點(diǎn)有：可提高混凝土的抗拉強(qiáng)度約15%～30%，提高混凝土早期抗裂性、減少裂縫；減少混凝土的泌水，使表面混凝土的質(zhì)量得以改善；抗沖擊力大，增加混凝土抗沖蝕能力。
其主要缺點(diǎn)有：混凝土生產(chǎn)中不易攪拌均勻，易結(jié)團(tuán)，和易性差，澆搗平倉抹面困難，造價(jià)高。
在水工結(jié)構(gòu)中，聚丙烯纖維混凝土主要用于溢流壩面、溢洪閘溢流面、調(diào)流鼻坎及泄洪洞等高速過流部位。
3 工程應(yīng)用
3.1 配合比確定
由于普通混凝土早期強(qiáng)度較低，容易產(chǎn)生裂縫，為了提高混凝土抗裂抗磨蝕能力，巴家咀溢洪道設(shè)計(jì)中將C3標(biāo)閘室溢流堰面及C4標(biāo)挑坎表面使用無毒單絲聚丙烯纖維混凝土。對聚丙烯纖維要求為：纖維抗拉強(qiáng)度不得低于250MPa，彈性模量不得低于3 500MPa，斷裂拉伸率8%～20%，熔點(diǎn)160～180℃，燃點(diǎn)不低于580℃，含濕量不大于0.1%，纖維的規(guī)格應(yīng)為進(jìn)口3/4英寸（約19mm），國產(chǎn)20mm。聚丙烯纖維混凝土配比設(shè)計(jì)見表1，其中骨料為長慶橋骨料，水泥為平?jīng)鏊?/a>廠產(chǎn)水泥，聚丙烯纖維采用山東產(chǎn)聚丙烯纖維。
3.2 施工方法
抗磨混凝土對混凝土施工性能要求很高,要求混凝土在宏觀上比較均質(zhì),所選用的抗磨混凝土施工和易性要好,質(zhì)量容易控制,以保證混凝土的強(qiáng)度均方差較小,在水流的沖刷和含沙水流的磨損作用下不致產(chǎn)生空蝕的、不均勻的不平整表面。
根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)及巴家咀溢洪道工程最初應(yīng)用情況，聚丙烯纖維混凝土拌和采取按粗骨料、細(xì)骨料、水泥、粉煤灰、聚丙烯纖維的順序進(jìn)行集中投料，干拌，然后加水及液體外加劑，再進(jìn)行濕拌。該拌和后的聚丙烯纖維混凝土存在如下問題：
?。?）混凝土拌和中易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)成塊現(xiàn)象，塌落度變化較大，聚丙烯纖維在骨料中分散性不夠均一。
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?。?）混凝土澆筑中不易平倉抹面，混凝土流動性較差，混凝土澆筑效果不夠理想。
根據(jù)分析，集中投放聚丙烯纖維，拌合過程中不易拌合均勻，拌制后容易出現(xiàn)成塊結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，同時(shí)干拌時(shí)水泥、聚丙烯纖維、砂子、粉煤灰容易粘貼在攪拌機(jī)筒壁上，導(dǎo)致拌制后的混凝土坍落度較大。如敲擊筒壁，使粘貼在筒壁上的砂漿掉下，再加入新的拌和料，而加水量不變，拌制后的混凝土坍落度又變小，故混凝土坍落度難以控制，不僅混凝土拌和效率不高，也影響混凝土質(zhì)量、混凝土澆筑。
在巴家咀水庫溢洪道工程聚丙烯纖維混凝土拌和設(shè)計(jì)中，對聚丙烯纖維混凝土拌合方法提出定點(diǎn)、定量、定時(shí)在粗骨料中投放聚丙烯纖維進(jìn)行拌和。定點(diǎn)即按粗骨料、聚丙烯纖維、細(xì)骨料、水泥、粉煤灰進(jìn)行投料，進(jìn)行濕拌。聚丙烯纖維投料采取在拌和機(jī)投料口由人工將聚丙烯纖維均勻地拋灑在粗骨料(石子)上面；定量即骨料、水泥等材料嚴(yán)格由電子秤計(jì)量；定時(shí)即濕拌5min，取消干拌。設(shè)計(jì)建議聚丙烯纖維摻量在0.7～0.9kg/m3范圍內(nèi)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最終選用聚丙烯纖維摻量0.7kg/m3。
根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用，該定點(diǎn)、定量、定時(shí)拌合聚丙烯纖維混凝土方法，充分保證了聚丙烯纖維在在骨料中分布均勻，有效避免了聚丙烯纖維混凝土成團(tuán)結(jié)塊現(xiàn)象，同時(shí)保證了混凝土和易性、均一性。得到了施工單位及建設(shè)單位的一致認(rèn)可。
3.3 聚丙烯纖維混凝土檢驗(yàn)
根據(jù)試驗(yàn)，改進(jìn)拌和方法后，聚丙烯纖維和骨料在混凝土中分布較均勻。從現(xiàn)場實(shí)際澆筑情況看，改進(jìn)后的聚丙烯纖維混凝土幾乎無泌水，保水性好，坍落度30min后損失近50%，砂漿富余，易振搗，結(jié)塊成團(tuán)現(xiàn)象較以往大大減少，混凝土澆筑效率明顯提高。
根據(jù)現(xiàn)場檢驗(yàn)，聚丙烯纖維混凝土結(jié)構(gòu)表面平整度較好，表面裂縫得到了有效控制。
4 結(jié)語
甘肅巴家咀水庫新建溢洪道工程設(shè)計(jì)中，運(yùn)用定時(shí)、定量、定點(diǎn)在骨料中摻加聚丙烯纖維，進(jìn)行聚丙烯纖維混凝土拌和，該拌合方法解決了聚丙烯纖維混凝土拌和中不易攪拌均勻，易結(jié)塊成團(tuán)，不易平倉抹面的困難，改善了混凝土的和易性，使混凝土澆筑質(zhì)量得到保障。該聚丙烯纖維混凝土拌和方法在巴家咀水庫溢洪道工程中的成功運(yùn)用，為聚丙烯纖維混凝土在工程中的可靠應(yīng)用提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
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