纖維混凝土在水工建筑中的應用

李生勇

（內蒙古河套學院土木工程系，內蒙古 巴彥淖爾 015000）

1 鋼纖維混凝土在水工建筑中的應用

1.1 鋼纖維混凝土的特性

鋼纖維混凝土的物理和力學性能與普通混凝土相比具有很大優越性，比如具有較高的抗彎、抗拉、抗剪和抗扭強度。尤其是強度和重量比值增大，這是鋼纖維混凝土優越經濟性的重要標志（如表1所示）[1]。

表1

在普通混凝土中加入適當的鋼纖維，其抗剪強度提高50%～100%，抗拉強度提高25%～50%，抗彎強度提高40%～80%；其收縮性能也能得到明顯改善，收縮值一般會降低7%～9%；同時，具有優良的沖擊韌性（即抗沖擊性能材料抵抗沖擊或震動荷載作用的性能），一般可提高2～7倍；其耐久性能、耐凍融性、耐熱性、耐磨性、抗氣蝕性和抗腐蝕性都能得到顯著提高。但是在抗滲性能上與普通混凝土相比沒有明顯變化。

1.2 鋼纖維混凝土在水利水電工程中的應用

1.2.1 在支護工程中的應用

鋼纖維混凝土之所以在支護工程中得到應用，是由緣于其較高的抗拉、抗彎、抗剪強度，能圍巖和土體的較大變形作用下保持優良的整體性能。如若使用鋼纖維混凝土噴射襯砌，可使圍巖減少襯砌厚度。

1.2.2 在儲水、防滲、輸水管道工程中的應用

鋼纖維混凝土之所以可在在儲水、防滲、輸水管道工程中的應用是因為其具有良好的抗裂性能、較低的收縮率。一般鋼纖維混凝土運用在儲水和防滲結構中可用作防水層，必要時也可代替鋼筋混凝土用于結構層中。

1.2.3 在溢洪道等承受高速水流工程中的應用

因鋼纖維混凝土具有良好的抗沖磨、抗氣蝕能力，所以運用在高速水流沖刷磨損部位，比如溢洪道、消力池、閘底板等。

1.2.4 在水工構件的防蝕層或結構層中的應用

由于鋼纖維混凝土優越的耐腐蝕性能，可用在處于腐蝕環境中的水工構件，尤其是海水等腐蝕環境中的水工構件，比如閘門、輸水管道等的防蝕層或結構層。

1.2.5 在抗震結構節點和動力荷載作用部位中的應用

一般將鋼纖維混凝土運用于動力荷載的機墩或抗震結構的框架節點等部位，是由于鋼纖維混凝土較高的抗拉強度、斷裂韌性和抗疲勞等性能，能夠承受巨大的動力荷載。

1.2.6 在水工結構復雜的應力區中的應用

通常來說，鋼纖維混凝土還可以應用到大壩內廊道、泄水孔等孔口復雜應力區和牛腿等受彎構件的抗剪以及板的抗沖切部位等水工結構復雜的應力部位，是因為其在鋼纖維混凝土中的獨特形態分布，一般呈三維亂向分布，可起到向每個方向增強和增韌的作用。也正因此特性，使得其更能適應各種復雜的構造形式，也比較容易澆筑成型。同時，因為鋼纖維具有限制混凝土裂縫的性能。

2 聚丙烯纖維混凝土在水工建筑中的應用

2.1 聚丙烯纖維的性能特點

聚丙烯纖維與其他纖維相比具有眾多良好的優越性。比如，加入適量聚丙烯纖維可提高混凝土的抗滲性，抑制混凝土裂縫的產生和發展，也可增強混凝土的韌性、抗疲勞性、抗沖磨性和耐久性能，同時可提高混凝土抗御凍融破壞能力[2]。更重要的是，其性能穩定、安全無毒、抗輻射。當然，其施工簡單，經濟適用更吸引施工方的眼球，這體現在聚丙烯纖維的使用一般不需改變原設計的配合比，也不取代原設計的受力鋼筋等。

2.2 聚丙烯纖維混凝土在防水工程中的應用實例

聚丙烯纖維混凝土一般摻量為每立方米混凝土0.6～1.2kg。此種混凝土被廣泛應用于：水利水電、道路、橋梁、隧道、海港、碼頭、機場、泳池、人防工程和民用建筑工程等。

2.2.1 地下室外墻工程

下面以某地下室工程為例。本工程施工面積為1000m2，基礎埋深為-1m。因本工程地處于地鐵附近，方案制定為分兩期施工。工程第1期，外墻總長約260延米，使用普通的防水混凝土C50，幾個月后墻體出現滲入，發現垂直細裂縫數十條。工程第2期，外墻總長約60延米，混凝土設計強度等級C50。結合第1期工程的經驗教訓，本期使用42.5R普通硅酸鹽水泥、中砂、5～25mm連續級配碎石，并摻加一定量的Ⅱ級粉煤灰和聚丙烯纖維及混凝土外加劑制備生產纖維混凝土。幾個月后摻加纖維材料的混凝土墻體未出現裂縫，事實證明，纖維混凝土可以有效抑制墻體細裂縫的出現。纖維混凝土的抗裂性能得到證明后，又用在本工程的水箱、污水池等容易出現滲入的結構中，時至今日，這批纖維混凝土構筑物均未發現因干縮而引起的微細裂縫，無滲漏現象。

2.2.2 地下室基坑支護工程

下面以某地下室基坑工程為例。該地下室基坑支護臨江而建，對抗裂抗滲要求較高，故采用噴錨網工藝。施工方案中明確僅在臨江的一面的噴射混凝土材料中加入0.07%體積摻量的聚丙烯纖維，其他三面噴射普通混凝土。工程結束，盡管臨江的一面水壓較高，但未有裂紋出現，只是在兩邊錨頭處略有滲水；而其他未摻入聚丙烯纖維的三面墻體中卻呈現出程度不一的裂紋和裂縫，同時在多處錨點都有不同程度的滲漏且小部分滲漏較嚴重。故此說明聚丙烯纖維對抑制混凝土的塑性收縮裂縫、提高抗滲性有顯著功效。

3 異型塑鋼粗合成纖維混凝土在道橋工程中的應用

近年來，我國的粗合成纖維材料發展迅速，在混凝土的路橋面上，以及機場的跑道，都將其加以應用[3]。從實際應用來看，其分散性、耐腐蝕性，以及對于提高混凝土的柔韌性、耐疲勞和耐沖擊性、抗彎性等都表現良好，而且使用成本較低，易于采用和推廣，同時對環境要求也較低，即使在惡劣的環境下，也能加以應用（如表2和表3）。粗合成纖維可以在多個領域中加以應用，尤其在噴射混凝土中，其優勢非常明顯。因為粗合成纖維的根數較多，在混凝土中使用，分散迅速，可以明顯的提高混凝土的柔韌性和阻止裂縫的產生。

表2 異型塑鋼粗合成纖維混凝土抗彎性能試驗結果

表3 異型塑鋼粗合成纖維混凝土疲勞壽命試驗結果

根據粗合成纖維混凝土在我國近幾年的應用情況來看，在我國道橋面層的結構形式主要有兩種：一種是全摻式混凝土路面，此種路面施工起來非常方便，簡單易行，而且對于整體的面層來說，其綜合表現良好，且性能平穩，但是造價較高，適合用于重要的一級道橋工程。另一種是層布式纖維混凝土路面，此種路面對于施工來說具有較大的變異性，但是相對成本較低。

4 丙乳硅粉鋼纖維混凝土在水工混凝土缺陷處理工程中的應用

丙乳硅粉鋼纖維混凝土與以上各種纖維混凝土相比，似乎汲取了它們的全部優點，比如較高的抗拉強度、抗裂抗滲性、耐疲勞、耐老化等。某電廠水工建筑物的普通混凝土結構中摻入了丙乳硅粉鋼纖維，在汛期過后，進行了水下攝像檢測，檢測發現數道泄洪閘門槽下游側有不同程度的沖損，大約有十幾處，最大處為的破損為 2.6m×1.4m；而該電廠船閘右泄水廊道出水口，因長期被水流沖擊，底板、側墻、中墩沖刷、露筋非常嚴重，比如，有掏空或露筋的地方也有十幾處，近50m2，最大的掏空為2.3m×1.6m且鋼筋已被沖斷。在汲取經驗教訓后，對該電廠泄洪閘門槽、船閘下游泄水廊道出水口混凝土缺陷采用丙乳硅粉鋼纖維混凝土進行處理。歷經2a多的運行使用，修補部位經水下攝像檢查確認至今仍完好無損[4]。

5 結語

通過本文的淺析可見，纖維混凝土的優越性能及在水利水電工程中成功的應用表明纖維混凝土不但可以解決鋼筋混凝土難以解決的裂縫、耐久性等問題，而且用于水工建筑工程可以大幅度降低造價。因此纖維混凝土在水利水電工程中具有廣闊應用前景。

[1]鄭文忠，羅百福，王英.高溫下復摻纖維RPC立方體抗壓性能研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2012（11）.

[2]權莉，陶文祥.混雜鋼-聚丙烯纖維混凝土彎曲韌性試驗研究[J].混凝土，2011（10）.

[3]張存亮，弓銳，張存明.復合纖維混凝土的力學性能試驗研究[J].鐵道建筑，2011（10）.

[4]鄭捷.鋼纖維和聚丙烯粗纖維噴射混凝土性能研究[J].華東公路，2011（04）.