北方寒区纤维混凝土板护坡技术应用试验研究

2016-07-07杨林

水利技术监督 2016年1期

关键词：试验研究寒区护坡

杨林

（葫芦岛市青山水库工程建设管理局，辽宁葫芦岛125000）

北方寒区纤维混凝土板护坡技术应用试验研究

杨林

（葫芦岛市青山水库工程建设管理局，辽宁葫芦岛125000）

摘要：堤坝护坡的冰冻破坏是我国北方沿海寒冷沿海的河道、海防堤及大坝普遍存在的问题，也是急需解决的重大水利技术课题。在工程上，虽然采取了一些临时性的防冰冻的措施，但是冰冻破坏问题也没有从根本上得到解决。通过开展北方寒区纤维混凝土板护坡工程试验研究，旨在为该工程建设提供理论依据和为北方寒区护坡防治措施提供参考与借鉴。

关键词：寒区；纤维混凝土板；护坡；试验研究；应用

我国北方地区多数堤坝护坡存在受风浪、冻胀、冰压力作用破坏的问题。结合相关工程，有关单位开展了这方面持续的试验研究和工程实践探讨，尽管取得了许多研究成果，也积累了一些宝贵的工程经验，但选择一种经济安全的护坡型式仍然是很困难的。为此结合辽河干流红旗水库护坡工程，我们开展了北方寒区纤维混凝土板护坡技术试验研究工作［6］。

1　纤维混凝土基本性能

1.1抗裂抗磨原理

掺入聚丙烯纤维的混凝土，由于极其细微的纤维丝有较大有效长度，聚丙烯纤维相互粘连呈“支持”混凝土骨料的效果，混凝土集料的离析和表面的析水减少了，混凝土中直径为50μm以上的孔隙含量降低了，混凝土的表面平整度和密实度提高了。

同时在混凝土材料中均匀分布的聚丙烯纤维，乱向支撑系统在混凝土内部形成，水泥基体收缩裂缝可以得到有效地控制，不能形成贯通毛细孔道，保证了集料的均匀级配得到，混凝土及砂浆的粘结力得到了很大地提高，抗磨和抗裂的效果得到了增强。

由于混凝土内部的微颗粒被这些纤维连接着，当混凝土被高速水流冲刷损时，各种方向的微纤维必然被接触到，水流带走微颗粒的难度增加了，磨损速度大大降低了［1］。

1.2性能指标

在水工构造物中，在高速过流部位应用聚丙烯纤维混凝土较多。聚丙烯纤维混凝土具有以下优点。

（1）提早期高混凝土抗裂性能、减少裂缝的产生。

（2）增加抗冲击力，使混凝土抗冲能力得到了很大提高。

（3）可提高约15%～30%的混凝土抗拉强度，同时减少混凝土的泌水，混凝土的表面质量得以提高。

缺点是：聚丙烯纤维混凝土在生产过程中容易结团，不易均匀搅拌，和易性较差，浇捣和平仓抹面不容易，提高了工程造价［2］。

2　室内配合比试验

在试验段工程施工之前，首先进行室内试验，以测得相关试验参数，为实际施工提供参考可行的数据。

2.1原材料试验

2013年4月初，从施工现场取回原材料，进行室内试验。原材料标识及试验测得的原材料试验参数详见表1。

2.2混凝土配合比设计参数的选择

为增加试验的可比性，尽可能的使设计参数与施工采用的参数相一致。配合比设计参数见表2。

表1　原材料试验项目表

表2　配合比设计参数结果表

2.3室内配合比的确定

混凝土原材料的比例掺量在原配合比基础上，仅对单位用水量做相应调整（以增加试验的可对比性），调整后的配合比见表3。

表3　单位体积混凝土拌和物原材料用量表

2.4室内拌和物对比试验

采用表3中配比，进行室内拌和试验时，在不改变粗细骨料用量及配比，并保持同一施工坍落度的前提下，分别做了掺加外加剂、聚丙烯纤维和不掺加外加剂、聚丙烯纤维的混凝土拌和试验。

经现场试验可知：拌和时，按设计掺量掺入聚丙烯纤维的混凝土拌和物，要先干拌2min，再加水湿拌3 min，经机械拌和后，混凝土拌和物和易性较好，纤维在拌和物中的分布也较为均匀，达到预期效果［3］。在使用机械拌和方法时，掺加纤维与不掺加纤维混凝土拌过程和对比见表4。

表4　掺加纤维与不掺加纤维混凝土拌过程和对比表

经实验可见：掺加聚丙烯纤维与未掺加纤维的混凝土拌和物相比，流动性无差别，但粘聚性和保水性较好。

2.5混凝土抗压强度、抗冻、抗渗性能对比试验

对混凝土试块的抗压强度、抗冻性能与抗渗性能指标在试验室内进行试验测试（按照《水工混凝土试验规程》SD105-82），进一步分析纤维混凝土与素混凝土在物理力学指标上的差异程度［4］。

试验养护条件为：坍落度23mm，掺外加剂混凝土试样含气量3%，水中20±3℃养护。混凝土抗压强度、抗冻性能、抗渗性能对比试验测试结果见表5。

表5　混凝土抗压强度、抗冻性能、抗渗性能对比试验测试结果表

经过实验可见：纤维混凝土与素混凝土7天抗压强度由16.2MPa提高到了17.0MPa，28天抗压强度由24.8MPa提高到了25.0MPa，抗冻性能相对动弹模量由66%提高到76%，抗渗性能渗透高度平均值（恒压0.8MPa）由55mm减少到30mm，各项性能都得到了一定的提高［5］。

2.6 室内试验研究结论

通过室内试验的开展，可以得出如下结论：

（1）纤维混凝土拌和物与非纤维混凝土拌和物在施工工艺上只是加长2 min的干拌时间，延长拌和时间的主要目的是使纤维在混凝土拌和物中能够均匀分散。

（2）纤维混凝土抗裂能力较非纤维混凝土有所提高。

（3）纤维混凝土与非纤维混凝土在抗压强度上没有太大差异。

（4）纤维混凝土在抗冻性能上较非纤维混凝土有一定的提高。

（5）纤维混凝土在抗渗性能上较非纤维混凝土有明显改善［7］。

3　工程施工

在施工过程中，对投放聚丙烯纤维的粗骨料进行拌和，采取定点、定时、定量的方法。定点即进行湿拌时，按粗骨料、聚丙烯纤维、细骨料、水泥进行投料，在拌和机投料口将聚丙烯纤维由人工均匀地洒在粗骨料上面；定时即湿拌5min，取消干拌；定量即由电子秤严格计量骨料、水泥等材料［6］。

根据试验结果，建议聚丙烯纤维掺量在0.7～0.9kg/m3范围内，最终选用0.9g/m3。拌合聚丙烯纤维混凝土采用定点、定时、定量方法，在工程实际应用证明，充分保证了在骨料中分布均匀聚丙烯纤维，减少了混凝土成团结块的现象发生，能够确保混凝土的均一性、和易性。这些在工程实际中得到了建设单位和施工单及的全面认可［8］。