聚丙烯纤维混凝土在巴家咀水库除险加固工程中的应用

　　［摘 要］通过对聚丙烯纤维混凝土拌和方法的改进，进行定点、定量、定时在粗骨料中投放聚丙烯纤维进行混凝土拌合，聚丙烯纤维混凝土中聚丙烯纤维分散性、混凝土和易性得到明显改善，解决了聚丙烯纤维混凝土不易搅拌均匀、易结块成团、浇筑平仓抹面困难的难题，提高了混凝土浇筑质量。

　　［关键词］聚丙烯纤维混凝土 分散性 抗裂 抗磨，巴家咀水库

　　1 工程概况

　　巴家咀水库位于黄河流域泾河支流蒲河，是一座集防洪保坝、供水、灌溉及发电于一体的水利枢纽工程，水库总库容5.11亿m3，属大（2）型工程。左岸新建溢洪道泄流堰为WES实用堰，进口高程1095.0m，堰顶高程1 106.0m，单孔宽13.0m，共两孔。溢洪道下游设挑流鼻坎将水流挑入下游河道。设计水位1124.95m，校核水位1125.94m，最大泄流流量6680m3/s，最大过流流速35m/s。

　　巴家咀水库入库泥沙年平均含量218kg/m3，汛期年平均含沙量337kg/m3，入库泥沙悬移质泥沙各年中值粒径变化于0.016～0.026mm间，多年平均中值粒径约0.022mm。入库推移质较少。

　　2 聚丙烯纤维混凝土简介

　　(1)聚丙烯纤维抗裂抗磨原理

　　普通混凝土在硬化过程初期,水和水泥反应形成结晶体,各微观体积缩小,引起混凝土宏观体积的收缩;硬化后期混凝土内自由水分蒸发引起干缩。这些变化产生应力，某个时期当应力超出了水泥机体的抗拉强度,在混凝土内部就出现微裂缝,这些微裂缝不可避免地普遍存在于混凝土内的骨料和水泥凝胶体的局部接触面处以及凝胶体自身内部。在混凝土内掺入聚丙烯纤维,聚丙烯纤维在混凝土材料中均匀分布,形成混凝土内部之乱向支撑体系,可以有效地控制水泥基体收缩及离析裂纹的形成,截断并防止微裂缝的发展,避免了贯通毛细孔道的形成,保证了集料的均匀级配,大大提高混凝土及砂浆的粘结力,增强其抗裂、抗磨效果;同时由于纤维丝极其细微,故有效长度较大,彼此相粘连的聚丙烯纤维在混凝土中表现出“承托”骨料的作用,降低了混凝土表面的析水与集料的离析,从而降低了混凝土中直径为50～100nm和直径大于100nm的孔隙含量,提高了混凝土的表面光滑度和表面密实度。当高速水流冲刷磨损混凝土时,必然碰到多条不同向的微纤维,这些纤维连接着混凝土内部的微颗粒,增加了微颗粒被水流冲走的难度,大大降低了磨损进一步发展的速度。
[Page]
　　（2）聚丙烯纤维混凝土的性能指标（建议增加设计或工程对聚丙烯纤维混凝土性能指标的要求和具体参数）

　　聚丙烯纤维混凝土主要优点有：可提高混凝土的抗拉强度约15%～30%，提高混凝土早期抗裂性、减少裂缝；减少混凝土的泌水，使表面混凝土的质量得以改善；抗冲击力大，增加混凝土抗冲蚀能力。

　　其主要缺点有：混凝土生产中不易搅拌均匀，易结团，和易性差，浇捣平仓抹面困难，造价高。
　　在水工结构中，聚丙烯纤维混凝土主要用于溢流坝面、溢洪闸溢流面、调流鼻坎及泄洪洞等高速过流部位。

　　3 工程应用

　　3.1 配合比确定

　　由于普通混凝土早期强度较低，容易产生裂缝，为了提高混凝土抗裂抗磨蚀能力，巴家咀溢洪道设计中将C3标闸室溢流堰面及C4标挑坎表面使用无毒单丝聚丙烯纤维混凝土。对聚丙烯纤维要求为：纤维抗拉强度不得低于250MPa，弹性模量不得低于3 500MPa，断裂拉伸率8%～20%，熔点160～180℃，燃点不低于580℃，含湿量不大于0.1%，纤维的规格应为进口3/4英寸（约19mm），国产20mm。聚丙烯纤维混凝土配比设计见表1，其中骨料为长庆桥骨料，水泥为平凉水泥厂产水泥，聚丙烯纤维采用山东产聚丙烯纤维。

　　3.2 施工方法

　　抗磨混凝土对混凝土施工性能要求很高,要求混凝土在宏观上比较均质,所选用的抗磨混凝土施工和易性要好,质量容易控制,以保证混凝土的强度均方差较小,在水流的冲刷和含沙水流的磨损作用下不致产生空蚀的、不均匀的不平整表面。

　　根据以往工程经验及巴家咀溢洪道工程最初应用情况，聚丙烯纤维混凝土拌和采取按粗骨料、细骨料、水泥、粉煤灰、聚丙烯纤维的顺序进行集中投料，干拌，然后加水及液体外加剂，再进行湿拌。该拌和后的聚丙烯纤维混凝土存在如下问题：

　　（1）混凝土拌和中易出现结团成块现象，塌落度变化较大，聚丙烯纤维在骨料中分散性不够均一。
[Page]
　　（2）混凝土浇筑中不易平仓抹面，混凝土流动性较差，混凝土浇筑效果不够理想。

　　根据分析，集中投放聚丙烯纤维，拌合过程中不易拌合均匀，拌制后容易出现成块结团现象，同时干拌时水泥、聚丙烯纤维、砂子、粉煤灰容易粘贴在搅拌机筒壁上，导致拌制后的混凝土坍落度较大。如敲击筒壁，使粘贴在筒壁上的砂浆掉下，再加入新的拌和料，而加水量不变，拌制后的混凝土坍落度又变小，故混凝土坍落度难以控制，不仅混凝土拌和效率不高，也影响混凝土质量、混凝土浇筑。

　　在巴家咀水库溢洪道工程聚丙烯纤维混凝土拌和设计中，对聚丙烯纤维混凝土拌合方法提出定点、定量、定时在粗骨料中投放聚丙烯纤维进行拌和。定点即按粗骨料、聚丙烯纤维、细骨料、水泥、粉煤灰进行投料，进行湿拌。聚丙烯纤维投料采取在拌和机投料口由人工将聚丙烯纤维均匀地抛洒在粗骨料(石子)上面；定量即骨料、水泥等材料严格由电子秤计量；定时即湿拌5min，取消干拌。设计建议聚丙烯纤维掺量在0.7～0.9kg/m3范围内，根据试验结果，最终选用聚丙烯纤维掺量0.7kg/m3。

　　根据工程实际应用，该定点、定量、定时拌合聚丙烯纤维混凝土方法，充分保证了聚丙烯纤维在在骨料中分布均匀，有效避免了聚丙烯纤维混凝土成团结块现象，同时保证了混凝土和易性、均一性。得到了施工单位及建设单位的一致认可。

　　3.3 聚丙烯纤维混凝土检验

　　根据试验，改进拌和方法后，聚丙烯纤维和骨料在混凝土中分布较均匀。从现场实际浇筑情况看，改进后的聚丙烯纤维混凝土几乎无泌水，保水性好，坍落度30min后损失近50%，砂浆富余，易振捣，结块成团现象较以往大大减少，混凝土浇筑效率明显提高。

　　根据现场检验，聚丙烯纤维混凝土结构表面平整度较好，表面裂缝得到了有效控制。

　　4 结语

　　甘肃巴家咀水库新建溢洪道工程设计中，运用定时、定量、定点在骨料中掺加聚丙烯纤维，进行聚丙烯纤维混凝土拌和，该拌合方法解决了聚丙烯纤维混凝土拌和中不易搅拌均匀，易结块成团，不易平仓抹面的困难，改善了混凝土的和易性，使混凝土浇筑质量得到保障。该聚丙烯纤维混凝土拌和方法在巴家咀水库溢洪道工程中的成功运用，为聚丙烯纤维混凝土在工程中的可靠应用提供了实践经验。