聚丙烯纖維混凝土在水利水電工程中的應(yīng)用探究

劉德艷

（河北省滄州市鹽山縣水務(wù)局，河北 鹽山 061300）

聚丙烯纖維是一種新型的混凝土增強(qiáng)纖維，被稱為混凝土的“次要增強(qiáng)筋”，適用于路面橋面、襯里護(hù)壁、地坪等工程部位。由于其良好的性能價格比以及和常規(guī)混凝土相同的施工方法，近幾年聚丙烯纖維混凝土在我國水利水電工程、公路和建筑、市政工程中得到廣泛應(yīng)用。

混凝土施工建筑物竣工之后的出現(xiàn)的滲漏以及裂縫現(xiàn)象嚴(yán)重影響著混凝土建筑物本身的質(zhì)量，尤其是對對混凝土的防裂抗?jié)B性能要求非常高的水利水電工程，滲漏以及裂縫現(xiàn)象更是堅(jiān)決不能發(fā)生，因此選擇一種防裂性、抗?jié)B性等性能優(yōu)良的混凝土和相應(yīng)的施工工藝就顯得十分必要。聚丙烯纖維混凝土非常強(qiáng)的耐久性、體積穩(wěn)定性、防裂性、抗?jié)B性等性能極好地滿足了水利水電工程的施工要求，另外由于聚丙烯纖維混凝土又具有非常經(jīng)濟(jì)的施工成本和比較簡易的施工工藝，所以在水利水電工程中取得了廣泛的應(yīng)用。

1 聚丙烯纖維混凝土的性能

聚丙烯纖維作為一種次要的混凝土加強(qiáng)系統(tǒng)(即不代替受力鋼筋)，對混凝土的性能產(chǎn)生如下影響：聚丙烯纖維抑制了混凝土的塑性收縮微裂紋的產(chǎn)生，提高了建筑物的整體性、耐久性和使用壽命；強(qiáng)度和韌性是混凝土的兩大主要性能；提高了混凝土的抗?jié)B性；提高混凝土的抗凍融次數(shù)；提高海水環(huán)境下的耐腐蝕性；聚丙烯纖維混凝土的彎曲強(qiáng)度；提高了混凝土的耐磨損性能。

2 聚丙烯纖維混凝土的施工方法

在混凝土中摻入聚丙烯纖維極為方便，無須改變原設(shè)計(jì)混凝土的配比，也不取代原設(shè)計(jì)的受力鋼筋。一般情況下每立方米現(xiàn)澆混凝土摻入量為0.6～1.2kg，纖維長度為15～19mm。聚丙烯纖維在加入干料(砂石、水泥等)之后，加水之前投入。攪拌時間視攪拌方法、攪拌機(jī)種類而異，可以與不加聚丙烯纖維攪拌時間基本相同或稍稍延長。此外，聚丙烯纖維總表面積很大，它的表面要吸附水，因此聚丙烯纖維的加入會增加拌合料的粘稠度，降低塌落度。如果發(fā)現(xiàn)施工澆注有困難時，一般不宜增加用水量，而應(yīng)采用塑化劑或減水劑。由于聚丙烯纖維能保持水分，泌水速度減緩，因此收面工序宜適當(dāng)推后，應(yīng)比普通混凝土更接近終凝時再進(jìn)行。

3 聚丙烯纖維混凝土在水利水電工程中的應(yīng)用及其特性研究

3.1聚丙烯纖維的物理性能和聚丙烯纖維混凝土

聚丙烯纖維的物理性能如下。材料：聚丙烯；耐酸堿性：極高；相對密度：0.91：安全性：無毒材料：熔點(diǎn)：1650C：拉伸極限：15%；燃點(diǎn)593℃：抗拉強(qiáng)度：275Mpai含濕量：<0.1%；彈性模量：3793Mpa；吸水性：無；導(dǎo)熱：低：細(xì)度：0.048mm。所謂的聚丙烯纖維混凝土其實(shí)就是把聚丙烯纖維添加到混凝土當(dāng)中，提高混凝土本身的各項(xiàng)性能。因?yàn)榫郾├w維不代替受力鋼筋，因此是一種次要的混凝土加強(qiáng)系統(tǒng)(受力鋼筋為主要的混凝土加強(qiáng)系統(tǒng))，雖然如此，它仍然具有非常獨(dú)特的性能聚丙烯纖維添加到混凝土之后，塑性收縮微裂紋的出現(xiàn)得到了有效地抑制，提高了防裂抗?jié)B性能和使用壽命；混凝土的耐磨性能、抗凍融次數(shù)、抗腐蝕性彎曲強(qiáng)度等一系列性能也得到了顯著提升。

3.2目前，聚丙烯纖維混凝土主要應(yīng)用于水利水電工程中的主廠房水下部位和高速流水部位。聚丙烯纖維混凝土在這兩個部位的應(yīng)用主要是考驗(yàn)的它的防裂抗?jié)B性能和耐磨蝕性能。主廠房水下部位的水下部位主要是要求混凝土具有非常高的防裂抗?jié)B性能，因?yàn)樗娬镜臋C(jī)電設(shè)備都在其中，一旦發(fā)生裂縫或者滲漏則可能增加主廠房的潮濕度，嚴(yán)重影響機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命：高速流水部位主要包括水利水電工程的泄洪洞、溢流面、溢洪道的泄洪槽、消力池、排沙孔道與閘門槽等等，這些部位會經(jīng)常性地受到高速流水的沖刷和氣蝕，尤其在水中有泥沙的情況之下，這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重，因此高速流水部位對混凝土的耐磨損性能要求十分高。

3.3主廠房水下部分

在水電站主廠房的水下結(jié)構(gòu)中，普通混凝土通常因微裂紋或開裂而降低了防滲能力，使主廠房下層十分潮濕，影響機(jī)電設(shè)備正常運(yùn)行。而聚丙烯纖維混凝土因其抗?jié)B能力強(qiáng)，目前在上海等地高層建筑的地下室有大量成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可借鑒用以解決水電站主廠房下層潮濕問題。國外已經(jīng)在許多諸如水池、水利工程及海岸工程等對抗裂防滲有較高要求的混凝土構(gòu)筑物中，采用了聚丙烯纖維混凝土，既抑制了混凝土的塑性龜裂，又提高了抗?jié)B性能，對薄壁結(jié)構(gòu)尤為適宜。

3.4板式混凝土結(jié)構(gòu)

聚丙烯纖維混凝土目前得到最廣泛應(yīng)用的場合主要是面支承平板結(jié)構(gòu)，水電站的消力池、護(hù)坦、船閘底板等都屬于面支承平板結(jié)構(gòu)一類的底板混凝土。厚度大多較小，常和基巖直接接觸，混凝土澆筑后因基巖約束，容易發(fā)生裂縫。聚丙烯纖維混凝土因其干縮量小，初凝時的塑性收縮微裂紋得到抑制，因此可以減輕這類底板混凝土開裂問題。在常規(guī)設(shè)計(jì)中，為了防止表面收縮裂縫，往往設(shè)置了表層分布鋼筋網(wǎng)。由于鋼筋網(wǎng)中間距一般為15～20cm，因各種原因，有時實(shí)際起不到防止混凝土表面裂縫的目的。采用一定摻量的聚丙烯纖維混凝土來替代鋼筋網(wǎng)可能是一個經(jīng)濟(jì)有效的措施，也大大簡化了施工，加快了進(jìn)度，很值得進(jìn)行試驗(yàn)研究。

3.5噴射混凝土工程的應(yīng)用

聚丙烯混凝土有較高的粘稠性，很適宜用于噴射混凝土。噴射聚丙烯纖維混凝土與噴射普通混凝土比較，能顯著減少回彈損失，增加一次噴射厚度，提高生產(chǎn)能力，降低總成本，并能防止產(chǎn)生裂紋。可用于隧道支護(hù)、護(hù)坡工程、建筑物穹頂和拱橋底部修補(bǔ)噴漿、水池及筒倉結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力繞絲噴漿護(hù)面等。

噴射聚丙烯纖維混凝土施工時宜用濕噴法，可以較準(zhǔn)確的控制水灰比，提高噴射混凝土質(zhì)量和減少回彈損失，并使聚丙烯纖維在混凝土中得到充分分散。濕噴機(jī)械過去完全要靠進(jìn)口，主要是有日本、美國研制的擠壓泵型、英國的Compernass型和德國的BSM-903型濕噴機(jī)，價格十分昂貴。近年來，我國鐵道科學(xué)研究院西南分院已研究出TK-961型濕噴混凝土噴射機(jī)，比進(jìn)口產(chǎn)品便宜甚多，每小時可噴射混凝土5m3，最大水平和垂直輸運(yùn)距離分別達(dá)到40m和20m，但自動化程度低，操作人員需精心控制噴射參數(shù)。

3.6高速水流作用的部位

水利水電工程的溢流面、泄洪洞、消力池、溢洪道泄流槽、閘門門槽以及排沙孔道都有高速水流沖刷、磨損和氣蝕問題，特別當(dāng)水流中摻有泥沙時，問題更為突出。為提高這些部位的混凝土抗沖蝕磨損能力，以往的工程措施是采用高強(qiáng)度混凝土、硅粉混凝土和鋼纖維混凝土等。不但工程造價高，而且高強(qiáng)度混凝土、鋼纖維混凝土和硅粉混凝土施工都較困難。利用聚丙烯纖維混凝土良好的抗沖磨性能用于上述工程部位是合理的選擇，還可以不必提高混凝土標(biāo)號。

結(jié)語

聚丙烯纖維混凝土具有非常經(jīng)濟(jì)的施工成本和比較簡易的施工工藝，更重要的是聚丙烯纖維混凝土非常強(qiáng)的耐久性、體積穩(wěn)定性、防裂性、抗?jié)B性等性能極好地滿足了水利水電工程的施工要求，值得推廣并加以創(chuàng)新使其得到更好的發(fā)展。

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