聚丙烯纤维混凝土在水利水电工程中的应用探究

2012-12-29刘德艳

中国新技术新产品 2012年14期

刘德艳

（河北省沧州市盐山县水务局，河北盐山 061300）

聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维，被称为混凝土的“次要增强筋”，适用于路面桥面、衬里护壁、地坪等工程部位。由于其良好的性能价格比以及和常规混凝土相同的施工方法，近几年聚丙烯纤维混凝土在我国水利水电工程、公路和建筑、市政工程中得到广泛应用。

混凝土施工建筑物竣工之后的出现的渗漏以及裂缝现象严重影响着混凝土建筑物本身的质量，尤其是对对混凝土的防裂抗渗性能要求非常高的水利水电工程，渗漏以及裂缝现象更是坚决不能发生，因此选择一种防裂性、抗渗性等性能优良的混凝土和相应的施工工艺就显得十分必要。聚丙烯纤维混凝土非常强的耐久性、体积稳定性、防裂性、抗渗性等性能极好地满足了水利水电工程的施工要求，另外由于聚丙烯纤维混凝土又具有非常经济的施工成本和比较简易的施工工艺，所以在水利水电工程中取得了广泛的应用。

1 聚丙烯纤维混凝土的性能

聚丙烯纤维作为一种次要的混凝土加强系统(即不代替受力钢筋)，对混凝土的性能产生如下影响：聚丙烯纤维抑制了混凝土的塑性收缩微裂纹的产生，提高了建筑物的整体性、耐久性和使用寿命；强度和韧性是混凝土的两大主要性能；提高了混凝土的抗渗性；提高混凝土的抗冻融次数；提高海水环境下的耐腐蚀性；聚丙烯纤维混凝土的弯曲强度；提高了混凝土的耐磨损性能。

2 聚丙烯纤维混凝土的施工方法

在混凝土中掺入聚丙烯纤维极为方便，无须改变原设计混凝土的配比，也不取代原设计的受力钢筋。一般情况下每立方米现浇混凝土掺入量为0.6～1.2kg，纤维长度为15～19mm。聚丙烯纤维在加入干料(砂石、水泥等)之后，加水之前投入。搅拌时间视搅拌方法、搅拌机种类而异，可以与不加聚丙烯纤维搅拌时间基本相同或稍稍延长。此外，聚丙烯纤维总表面积很大，它的表面要吸附水，因此聚丙烯纤维的加入会增加拌合料的粘稠度，降低塌落度。如果发现施工浇注有困难时，一般不宜增加用水量，而应采用塑化剂或减水剂。由于聚丙烯纤维能保持水分，泌水速度减缓，因此收面工序宜适当推后，应比普通混凝土更接近终凝时再进行。

3 聚丙烯纤维混凝土在水利水电工程中的应用及其特性研究

3.1聚丙烯纤维的物理性能和聚丙烯纤维混凝土

聚丙烯纤维的物理性能如下。材料：聚丙烯；耐酸碱性：极高；相对密度：0.91：安全性：无毒材料：熔点：1650C：拉伸极限：15%；燃点593℃：抗拉强度：275Mpai含湿量：<0.1%；弹性模量：3793Mpa；吸水性：无；导热：低：细度：0.048mm。所谓的聚丙烯纤维混凝土其实就是把聚丙烯纤维添加到混凝土当中，提高混凝土本身的各项性能。因为聚丙烯纤维不代替受力钢筋，因此是一种次要的混凝土加强系统(受力钢筋为主要的混凝土加强系统)，虽然如此，它仍然具有非常独特的性能聚丙烯纤维添加到混凝土之后，塑性收缩微裂纹的出现得到了有效地抑制，提高了防裂抗渗性能和使用寿命；混凝土的耐磨性能、抗冻融次数、抗腐蚀性弯曲强度等一系列性能也得到了显著提升。

3.2目前，聚丙烯纤维混凝土主要应用于水利水电工程中的主厂房水下部位和高速流水部位。聚丙烯纤维混凝土在这两个部位的应用主要是考验的它的防裂抗渗性能和耐磨蚀性能。主厂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渗性能，因为水利水电站的机电设备都在其中，一旦发生裂缝或者渗漏则可能增加主厂房的潮湿度，严重影响机电设备的正常运行和使用寿命：高速流水部位主要包括水利水电工程的泄洪洞、溢流面、溢洪道的泄洪槽、消力池、排沙孔道与闸门槽等等，这些部位会经常性地受到高速流水的冲刷和气蚀，尤其在水中有泥沙的情况之下，这种现象更加严重，因此高速流水部位对混凝土的耐磨损性能要求十分高。

3.3主厂房水下部分

在水电站主厂房的水下结构中，普通混凝土通常因微裂纹或开裂而降低了防渗能力，使主厂房下层十分潮湿，影响机电设备正常运行。而聚丙烯纤维混凝土因其抗渗能力强，目前在上海等地高层建筑的地下室有大量成功应用经验，可借鉴用以解决水电站主厂房下层潮湿问题。国外已经在许多诸如水池、水利工程及海岸工程等对抗裂防渗有较高要求的混凝土构筑物中，采用了聚丙烯纤维混凝土，既抑制了混凝土的塑性龟裂，又提高了抗渗性能，对薄壁结构尤为适宜。

3.4板式混凝土结构

聚丙烯纤维混凝土目前得到最广泛应用的场合主要是面支承平板结构，水电站的消力池、护坦、船闸底板等都属于面支承平板结构一类的底板混凝土。厚度大多较小，常和基岩直接接触，混凝土浇筑后因基岩约束，容易发生裂缝。聚丙烯纤维混凝土因其干缩量小，初凝时的塑性收缩微裂纹得到抑制，因此可以减轻这类底板混凝土开裂问题。在常规设计中，为了防止表面收缩裂缝，往往设置了表层分布钢筋网。由于钢筋网中间距一般为15～20cm，因各种原因，有时实际起不到防止混凝土表面裂缝的目的。采用一定掺量的聚丙烯纤维混凝土来替代钢筋网可能是一个经济有效的措施，也大大简化了施工，加快了进度，很值得进行试验研究。

3.5喷射混凝土工程的应用

聚丙烯混凝土有较高的粘稠性，很适宜用于喷射混凝土。喷射聚丙烯纤维混凝土与喷射普通混凝土比较，能显著减少回弹损失，增加一次喷射厚度，提高生产能力，降低总成本，并能防止产生裂纹。可用于隧道支护、护坡工程、建筑物穹顶和拱桥底部修补喷浆、水池及筒仓结构的预应力绕丝喷浆护面等。

喷射聚丙烯纤维混凝土施工时宜用湿喷法，可以较准确的控制水灰比，提高喷射混凝土质量和减少回弹损失，并使聚丙烯纤维在混凝土中得到充分分散。湿喷机械过去完全要靠进口，主要是有日本、美国研制的挤压泵型、英国的Compernass型和德国的BSM-903型湿喷机，价格十分昂贵。近年来，我国铁道科学研究院西南分院已研究出TK-961型湿喷混凝土喷射机，比进口产品便宜甚多，每小时可喷射混凝土5m3，最大水平和垂直输运距离分别达到40m和20m，但自动化程度低，操作人员需精心控制喷射参数。

3.6高速水流作用的部位

水利水电工程的溢流面、泄洪洞、消力池、溢洪道泄流槽、闸门门槽以及排沙孔道都有高速水流冲刷、磨损和气蚀问题，特别当水流中掺有泥沙时，问题更为突出。为提高这些部位的混凝土抗冲蚀磨损能力，以往的工程措施是采用高强度混凝土、硅粉混凝土和钢纤维混凝土等。不但工程造价高，而且高强度混凝土、钢纤维混凝土和硅粉混凝土施工都较困难。利用聚丙烯纤维混凝土良好的抗冲磨性能用于上述工程部位是合理的选择，还可以不必提高混凝土标号。