纖維混凝土在新疆高寒地區面板壩施工中的應用

劉婭妮

（中國水電建設集團十五工程局有限公司 陜西 西安 710016）

1 項目基本情況

新疆XX水電站位于新疆巴音郭楞蒙古自治州（簡稱巴州）境內，工程以發電為主，樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、左岸溢洪洞和泄洪洞、左岸引水發電洞及岸邊地面發電廠房等組成。設計正常蓄水位1494.50m，總庫容約7710萬m3，裝機容量180MW（2×90MW），工程規模屬三等中型。

混凝土面板堆石壩壩頂長度186.4m，壩頂寬度10m，最大壩高102m，上游壩坡1∶1.4，面板厚度采用漸變厚度，頂部（高程1496m）厚0.3m、自上而下以0.003H遞增，面板最長塊長度為163.35m，最大厚度為58.5cm。混凝土面板共19塊,面板設計寬度為6m、12m兩種，其中寬12m的11塊，寬6m的6塊，異型塊2塊，寬度分別為9.48m和4.55m。

2 面板混凝土配合比設計

混凝土作為脆性材料，主要存在抗拉強度低、抗裂性差和抗變形性能差的缺點，材料的脆性或準脆性明顯，其抗拉強度是抗壓強度的1/7～1/10，受拉的極限延伸率只有0.01%～0.06%，在較低的拉伸變形時極易發生開裂[2]，裂縫的出現不僅加快了混凝土的滲漏，影響到建筑物的使用功能，而且還加快了硫酸鹽、氯離子等的侵蝕，導致混凝土中鋼筋提前銹蝕，影響到結構的耐久性和使用壽命[3]，削弱面板的防滲性能，對大壩結構安全造成一定的隱患，因此在進行混凝土面板設計時必須采取有針對性的防裂抗裂措施，提高面板長期耐久性，進而減少后期修補費用、確保大壩壽命期內良好的服役性能。

影響混凝土早期塑性開裂的因素眾多，除了受時間、溫度、相對濕度及混凝土自身泌水特征的影響外，還與水泥、摻合料、骨料、外加劑等原材料品質密切相關。從材料角度看，目前預防混凝土的早期開裂主要方法有減小混凝土收縮、提高混凝土抗拉強度，采取的具體措施有摻加膨脹劑補償收縮、摻加纖維增強、摻加縮劑抑制收縮等[2][6]。

基于以上原因，新疆XX電站面板混凝土工程在前期混凝土配合比設計過程中，選用摻加一定比例的RS2000型羅賽纖維作為混凝土用纖維摻加物，通過試驗確定摻配比例，對摻纖維面板混凝土的抗裂性能進行研究。

2.1 RS2000纖維素纖維技術指標

纖維素纖維為新一代工程纖維，具有親水性能好、纖維根數多的特點，與混凝土間的握裹力較強，可限制混凝土裂縫的產生，提高混凝土的抗裂性能[4]。新疆XX水電站大壩面板混凝土采用羅賽RS2000纖維素纖維，其比對試驗結果詳見表1。

2.2 配合比設計原材料

（1）水泥：新疆和靜天山水泥有限責任公司P.MH42.5中熱硅酸鹽水泥。

（2）粉煤灰：國電紅雁池發電有限公司類Ⅰ級粉煤灰。

（3）細骨料：察汗烏蘇電站C3砂石料加工廠天然砂（中砂）。

（4）粗骨料：察汗烏蘇電站C3砂石料加工廠5mm～20mm、20mm～40mm碎石。

（5）外加劑：山西奧鑫建材有限公司AXN-型高效減水劑、AXSF型引氣劑。

表1 羅賽纖維RS2000的檢測結果

表2 混凝土配合比（kg/m3）

2.3 配合比

面板基準配合比及摻羅賽纖維RS2000配合比見表2。

3 RS2000混凝土性能檢測

3.1 性能檢測結果分析

混凝土采用額定量60L的強制式攪拌機進行拌制，振動臺振搗密實，檢測了兩種配合比下混凝土工作性能。在基準配合比下，測得混凝土塌落度為94mm、含氣量為5.8%，摻配羅賽纖維RS2000配合比時，混凝土塌落度為90mm、含氣量為6.2%。試驗結果表明，摻羅賽纖維RS2000對混凝土坍落度及含氣量基本沒有影響，羅賽纖維混凝土和易性良好，有利于現場施工。

3.2 纖維分散性能

通過水洗法可以快速測試羅賽纖維RS2000的分散性[7]：準備一個5L左右的容器，一根搗棒，一個40目的砂篩；將新拌的纖維混凝土進行取樣，取樣量為容器的1/3左右；然后在容器中加水約至3/4處；用搗棒攪拌加水后的纖維混凝土，使漿體充分稀釋；靜置10秒鐘左右，將上層漿體緩緩倒在砂篩上，勿將混凝土砂石倒出；用水沖洗砂篩上的殘留物，應能看到灰白色的絮狀纖維素纖維。如果沒有發現未分散開的片狀纖維，則纖維已經完全分散。

由試驗可看出，羅賽纖維RS2000在混凝土中已經完全分散，纖維形態已經由片狀變為單絲狀。經過后期檢測和計算，測得纖維實際含量與配合比規定的含量相差小于15%。

3.3 混凝土抗裂性能[5][6]

根據《混凝土結構耐久性設計與施工指南》[5]（CCES01-2004）附錄A2推薦的平板法對RS2000纖維混凝土進行了抗裂試驗。通過模擬惡劣自然環境中強日照及大風天氣，促使混凝土產生收縮及開裂，試驗完成后，測試裂縫寬度、長度、面積，從而評價混凝土的抗裂性能。

抗裂試驗結果表明：與基準混凝土相比，摻RS2000纖維使得混凝土開裂時間由48min延長到90min，平均裂縫寬度由1.1mm降低為0.35mm，裂縫面積降低了79%，抗裂等級達到Ⅰ級，顯著提高了混凝土抗裂性能。從工程應用角度來說，摻入RS2000纖維可以大幅減少裂縫修補費用，并降低由開裂引起的潛在質量與安全隱患。

3.4 混凝土力學性能及耐久性能

試驗測試了100mm×100mm×100mm立方體試件的7d、14d、28d的抗壓強度和14d、28d的劈裂抗拉強度、28d的抗滲性與抗凍性，通過檢測結果可以看出，7d與28d抗壓強度略有提高，14d抗壓強度略有下降，劈裂抗拉強度均有提高，抗滲性與抗凍性變化不明顯。

4 效果分析

新疆XX水電站面板混凝土于2012年8月30日開始，10月14日完成19塊面板混凝土澆筑，澆筑混凝土9652m3，總表面積約22400m2。

經過后期對面板裂縫普查，發現裂縫共計27條，總長度60.56m，寬度小于0.2mm共8條，0.2mm～0.5mm共19條。其中長度最大值6m，最小值0.25m；寬度最大值0.5mm，最小值0.1mm。面板平整度及外觀質量均達到了優良標準，19個單元工程質量全部優良。

5 結論

（1）新疆XX水電站面板堆石壩工程在面板混凝土配合比設計過程中，在每立方米混凝土中摻入1kg羅賽纖維（RS2000），在水灰比不變，且不增加膠凝材料用量的情況下，面板配合比混凝土原有工作性能無明顯變化，而抗裂性能顯著提高，其它力學性能指標及耐久性指標均滿足設計要求。

（2）RS2000羅賽纖維的分散性較好，不需要特殊工藝就可以均勻分散在混凝土拌合物中；羅賽纖維的摻加，增強了混凝土的黏聚性和保水性，對混凝土的塌落度及含氣量無影響，便于施工。

（3）在本文中所采用的纖維摻量下，羅賽纖維能大大減少了混凝土的早期塑性開裂面積和開裂數量，有利于北方高寒環境中混凝土結構的長期耐久性，正確的養護方法和延長攪拌時間可獲得更好的抗裂防滲效果。

（4）摻量為1kg/m3的RS2000型羅賽纖維混凝土，混凝土的流動性略有減小，7d和28d抗壓強度無明顯變化，可滿足施工和設計要求。陜西水利

[1]徐至鈞.纖維混凝土技術及應用[M].北京:中國建筑工業出版社，2003.

[2]張建峰，羅平，周世華.纖維對混凝土早期塑性開裂的影響 [J].混凝土，2010,7：85-89.

[3]張雄.混凝土結構裂縫防治技術[M].北京:化學工業出版社.2007:75-90

[4]沈榮熹,王璋水,崔玉忠.纖維增強水泥與纖維增強混凝土[M].北京:化學工業出版社，2006.

[5]陳肇源，廉慧珍.等.CCE S01-2004混凝土結構耐久性設計與施工指南[S].北京:中國建筑工業出版社，2005.

[6]張佚倫,錢曉倩.聚丙烯纖維混凝土早期收縮與抗裂性能試驗研究 [D].浙江大學，2006:1-2.

[7]大連理工大學主編，纖維混凝土結構技術規程（CEC S38-2004），第 1版，北京：中國計劃出版社，2004:95.