【分享】聚丙烯纤维混凝土在水利工程中的应用

水利工程中常用的普通砼在早期硬化阶段，常会因泌水和水分蒸发而产生塑性收缩，砼表面形成龟裂状细微裂缝，影响结构的整体外观。在砼硬化后期，还会形成干缩裂缝，影响结构的整体性。在温度与外力作用下，裂缝将进一步发展，从而影响砼的耐久性与抗磨性，并使钢筋锈蚀，影响结构安全。

　　 1工程特性
　　聚丙烯纤维砼是把一定量的聚丙烯纤维加入到普通砼的原材料中，在搅拌机的拌和下，使纤维受到水泥和骨料的冲击混和，然后均匀、随机的分布在砼中，使砼的性能得到较大改善，使其在实际工程中应用时具有如下性能。
　　1.1整体性和耐久性
　　聚丙烯材料的特点是强度高，比重低，加入砼后，对控制砼的龟裂效果比普通砼高出90%-100%。这是由于纤维的存在，降低了水分在砼中的迁移性，减少了泌水和体积变化，减少了砼的塑性收缩，从而减少或消除裂缝的产生。聚丙烯纤维不吸水，与酸碱不起作用，加入砼后，不会使原砼的水灰比及砼本身的性能发生变化，保证原砼的稳定性。
　　聚丙烯纤维砼能较大地增强砼的柔韧性和抗冲击性，从而增加砼的抗破碎性。试验表明，聚丙烯纤维砼比普通砼的抗冲击能力提高l倍；柔韧性提高40%；抗疲劳性能增强3倍。
　　聚丙烯纤维砼在一定程度上能提高砼的抗弯强度。纤维含量在l%-2%的聚丙烯纤维砼抗弯强度是普通砼的1.8-2.3倍。
　　1.2抗渗性能
　　加入聚丙烯纤维的砼抗渗性能大为加强，一般渗透性可降低33%-45%。纤维含量0.8kg/m3的砼抗渗标号可从素砼的S10提高到S14，抗渗压力可提高到25%。聚丙烯纤维砼良好的抗渗性能对延缓渗水、防止潮湿和有害介质对砼和钢筋的侵蚀起到良好作用，从而延长结构物的寿命。
　　1.3耐磨性
　　聚丙烯纤维的抗拉强度为200-300MPa，加入聚丙烯纤维的砼抗磨能力得到很大提高。经测试，聚丙烯纤维网砼的抗磨能力提高105%，寿命延长l倍。
　　1.4经济性
　　聚丙烯纤维的价格为148元/kg，按每m3加入0.9kg计，每m3纤维砼增加的费用为133.20元。聚丙烯纤维砼与钢纤维胭筋网比较的经济性可用65mm的耐磨、防寒、抗裂的铺装层为例，每㎡钢纤维、钢筋网、聚丙烯纤维砼的铺装层材料价格分别为29.30元、26元、9.60元，其中未计及安装和运输过程中的费用差额及施工中的工艺费用差额，聚丙烯纤维砼的经济性是显而易见的。
　　 2施工要点
　　鉴于聚丙烯纤维完全不吸水，中性，聚丙烯纤维在工程中的应用极为简便。普通砼中加入聚丙烯纤维后，无需改变砼的配合比和原配置的受力钢筋数量。施工工艺过程也相当简单，只需按确定的聚丙烯纤维比例数量（一般0.6-1.2kg/m3）和一定的长度（一般15～19mm），掺入拌和机的砼干料（砂、石子、水泥）中，然后加水拌和4-5min。市场上的聚丙烯纤维一般为0.9kg一袋，可成袋投入，不打开包装，经搅拌后，每m3砼中随机分布710万根纤维丝。应注意，聚丙烯纤维的加入会增加砼的粘稠度，若砼浇筑时因塌落度过小，施工困难，不应增加用水量，而应采用塑化剂或减水剂。在砼浇筑后的收面工作中，应采用光滑的钢质或镁质抹子，以免勾出纤维，影响收面质量。

　 　3在水利工程应用中的适用性
　　根据聚丙烯纤维砼以上的工程特性及施工特点，在水利工程中的应用前景十分广泛，根据目前的工程实际，可考虑在以下几个方面应用。
　　3.1作为面板堆石坝及砌石重力坝的防渗面板
　　聚丙烯纤维砼有很好的抑制砼塑性龟裂的性能，增加砼的抗渗性，应用于建筑物的防渗效果比普通砼更有效。
　　1999年上海市污水处理厂新建污水池，池高8m，周长200多m，不设沉降缝，采用C25S8聚丙烯纤维砼，浇捣3000多m3，三四个月整个污水池未发现一条裂缝，防渗效果良好。
　　浙江省广泛采用面板堆石坝及砌石重力坝作为挡水建筑物，防渗面板是关键结构。采用聚丙烯纤维砼浇筑防渗面板与普通砼相比，同样的水力坡降，采用聚丙烯纤维砼可减少防渗面板厚度。
　　3.2作为橡胶坝宽顶堰下游侧的耐磨面层
　　橡胶坝是低水头挡水过水建筑物，在浙江省比较常见。在橡胶坝运行中，橡胶坝宽顶堰下游侧的堰面，由于在运用过程中经常受到坝体泄流时砂石和坝袋塌落时坝袋的磨擦，下游侧的堰面极易损坏变糙，从而降低坝袋寿命。聚丙烯纤维砼具有良好的耐磨性能，可用于橡胶坝宽顶堰下游侧的堰面。
　　二滩水电站将聚丙烯纤维砼用于泄洪洞表面，抑制了砼龟裂，提高了砼的耐磨性能，取得良好效果。三峡大坝120栈桥铺垫层用聚丙烯纤维砼代替钢纤维砼，聚丙烯纤维掺入量为0.7kg/m3砼，砼标号C50，水灰比0.33，塌落度5-7cm，水泥用量485kg/m3，用水量160kg/m3，砂率45%，外加剂102%，满足工程要求。若橡胶坝下游堰面采用聚丙烯纤维砼，耐磨性也能大大提高，并延长了橡胶坝袋寿命。
　　3.3用于喷射砼工程
　　聚丙烯纤维砼有较高的粘稠性，由于纤维的润滑作用，喷射流初速度为其他砼的70%-80%，因而可大大减少喷射砼回弹量，一般只有4%～5%，比普通砼的25%回弹量减少5倍多，从而可形成更厚的喷射砼层。香港新隧道工程用聚丙烯纤维喷射砼厚度75mm，用于加固洞门仰坡和作洞内初期支护非常成功。由于纤维的润滑作用，泵送容易，不损设备。加上聚丙烯纤维砼的抗龟裂与抗渗透性，用于隧道的喷锚支护、护坡的喷锚支护、筒仓结构的预应力绕丝喷浆护面等将是十分有效的。

　　鉴于聚丙烯纤维砼的工程特性，作为非受力的次要增强筋，可广泛应用于水利工程结构的各种相应部位，且施工简单方便，经济性好，建议在水利工程中推广使用。