竇立剛，施建梅

（水電四局有限公司勘測設(shè)計研究院,青海 西寧 810007）

0 引言

向家壩水電站是金沙江梯級開發(fā)中的最后一個梯級電站，位于四川省與云南省交界處的金沙江下游河段。 該工程為一等工程，以發(fā)電為主，同時可以改善航運(yùn)條件，兼顧防洪、灌溉，并具有攔沙和對溪洛渡水電站進(jìn)行反調(diào)節(jié)等綜合作用。 攔河大壩最大壩高為162 m，電站裝機(jī)為6 400 MW，二期工程分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ標(biāo)段，混凝土方量約900 萬m3。

因向家壩二期工程Ⅱ標(biāo)段大壩基巖面和壩基齒槽陸續(xù)澆筑混凝土，大壩甲塊高程為EL240 m，乙塊和丙塊高程在EL243 m～EL248 m 之間,所以進(jìn)行基礎(chǔ)固結(jié)灌漿。 工程指揮部在現(xiàn)場決定，在一個長間歇內(nèi)完成固結(jié)灌漿的施工，該混凝土面為長間歇面。

長間歇面長期暴露在大氣中，由于外界氣溫和環(huán)境的變化，混凝土表面散熱降溫速度較快。 這不僅會影響混凝土早期強(qiáng)度的發(fā)展，而且會使混凝土產(chǎn)生干縮變形，導(dǎo)致其抗裂能力降低。 同時，如果對混凝土表面沒有采取有效保溫措施，還會產(chǎn)生表面溫度應(yīng)力引起的裂縫。 為防止長間歇面發(fā)生裂縫的風(fēng)險， 除采用常規(guī)的溫控措施外， 在收倉前澆筑PVA（聚乙烯醇）纖維混凝土（常態(tài)混凝土，厚度為0.5m），RCC（碾壓混凝土，厚度0.6m），提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值。 為此，設(shè)計單位進(jìn)行了摻改性PVA 纖維常態(tài)試驗(yàn)和碾壓混凝土配合比試驗(yàn)研究工作，提出了可提高混凝土抗裂性能的纖維混凝土配合比。

1 原材料試驗(yàn)

1.1 水泥、粉煤灰、外加劑、拌和用水

試驗(yàn)選用強(qiáng)度等級為42.5 的中熱水泥，I 級粉煤灰，JM-ⅡC 緩凝高效減水劑，ZB-1G 引氣劑，拌和用水采用向家壩工地飲用水。 檢測結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

1.2 骨料

選用人工砂石骨料，巖性為灰?guī)r，不含云母，粗細(xì)骨料質(zhì)地堅硬、清潔，級配良好。 人工砂屬于中沙，細(xì)度模數(shù)檢測結(jié)果為2.74。 人工碎石表觀密度在2 650～2 700 kg/m3之間，試驗(yàn)檢測均滿足要求。

1.3 改性PVA 纖維

采用某公司生產(chǎn)的KS-1500(TX2-B)型混凝土工程專用改性PVA 纖維。 改性PVA 纖維是一種高強(qiáng)度、高彈性模量的合成纖維，與混凝土中的水泥漿黏結(jié)力強(qiáng)，可提高混凝土的極限拉伸值，是混凝土的增強(qiáng)體， 并且在混凝土中能夠均勻地分散，保水性好。 纖維斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、初始模量、耐堿性能等項檢測結(jié)果均滿足要求。 其中抗拉強(qiáng)度可達(dá)1 685MPa，初始模量可達(dá)41×103MPa。

2 混凝土配合比設(shè)計試驗(yàn)

2.1 改性PVA 纖維混凝土配合比設(shè)計指標(biāo)

本次設(shè)計，改性PVA 纖維混凝土配合比分為常態(tài)和碾壓兩種。 摻纖維混凝土配合比是在未摻纖維配合比的基礎(chǔ)上，外摻適量的PVA 纖維。 采用這種配合， 目的是提高混凝土抗拉強(qiáng)度及極限拉伸值，有效防止壩體的裂縫產(chǎn)生，并適當(dāng)?shù)恼{(diào)整混凝土單位用水量、減水劑摻量，以使坍落度（VC 值）滿足設(shè) 計要求，主要設(shè)計指標(biāo)見表1。

表1 PM·H42.5 水泥混凝土主要設(shè)計指標(biāo)Fig.1 PM·H42.5 cement concrete main design index

2.2 摻纖維混凝土配合比試拌

摻纖維混凝土配合比試拌是在已有的未摻纖維配合比的基礎(chǔ)上， 外摻0.9kg/m3的PVA 改性纖維，并適當(dāng)調(diào)整混凝土單位用水量、減水劑摻量，以使坍落度（VC 值）滿足設(shè)計要求的試驗(yàn)。 試拌采用的混凝土配合比見表2。在混凝土試拌過程中，為使纖維在混凝土中進(jìn)一步均勻分散，改善了纖維混凝土投料順序，拌和時間較素混凝土延長30s。 當(dāng)摻纖維常態(tài)混凝土拌和物單位用水量增加5kg/m3、 每方混凝土減水劑摻量增加0.2%時，混凝土拌和物工作性及和易性良好； 當(dāng)摻纖維碾壓混凝土在素碾壓混凝土配合比基礎(chǔ)上增加0.9kg/m3改性PVA 纖維時，測得的碾壓混凝土VC 值適中。

表2 PVA 纖維混凝土配合比參數(shù)比較Fig.2 PVA fiber concrete mix proportion parameter comparison

2.2.1 摻纖維混凝土拌和物性能及力學(xué)性能試驗(yàn)

根據(jù)表2 中的摻纖維混凝土配合比參數(shù)， 進(jìn)行了室內(nèi)混凝土拌和物性能試驗(yàn)。 混凝土配合比的計算采用絕對體積法。 拌和物性能主要包括新拌混凝土坍落度/VC 值、含氣量、溫度等。 試驗(yàn)按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的有關(guān)方法進(jìn)行，試驗(yàn)檢測結(jié)果見表3。

表3 摻纖維混凝土拌和物性能及強(qiáng)度檢測結(jié)果Fig.3 Performance and strength test result of fiber and concrete mixing

2.2.2 摻纖維混凝土變形性能及耐久性能試驗(yàn)

我們對摻PVA 纖維混凝土成型試件進(jìn)行了極限拉伸、 抗凍和抗?jié)B等變形性能及耐久性性能試驗(yàn)。 極限拉伸試驗(yàn)、抗?jié)B試驗(yàn)、抗凍試驗(yàn)按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》有關(guān)方法進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 混凝土變形性能及耐久性能檢測結(jié)果Fig.4 Concrete transformation performance and its endurance performance test result

2.2.3 摻纖維混凝土干縮試驗(yàn)、自生體積變形試驗(yàn)檢測

我們對摻纖維的不同種類混凝土進(jìn)行了干縮性能、自生體積變形性能委托試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測結(jié)果見表5、表6。

表5 混凝土干縮性能試驗(yàn)檢測結(jié)果Fig.5 Concrete air shrinkage performance test result

表6 混凝土自生體積變形性能試驗(yàn)檢測結(jié)果Fig.6 Concrete self-volume transformation performance test result

3 摻與不摻纖維混凝土性能檢測結(jié)果對比

在混凝土實(shí)際生產(chǎn)、施工過程中，我們對收集的摻與不摻PVA 纖維設(shè)計齡期混凝土的強(qiáng)度、 變形、干縮、自生體積變形性能檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。對比結(jié)果見表7～表9。

表7 混凝土強(qiáng)度及變形性能檢測結(jié)果對比Fig.7 Comparison of concrete strength and transformation performance test results

試驗(yàn)證明，摻與不摻改性PVA 纖維混凝土設(shè)計齡期抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果接近，常態(tài)混凝土劈拉強(qiáng)度檢測值平均增長7.6%，極限拉伸平均增長率10.4%；碾壓混凝土劈拉強(qiáng)度檢測值平均增長8.4%，極限拉伸增長率為10.3%。

表8 混凝土干縮性能試驗(yàn)檢測結(jié)果對比Fig.8 Comparison of concrete air shrinkage performance test results

表9 混凝土自生體積變形性能試驗(yàn)檢測結(jié)果對比Fig.9 Comparison of concrete self-volume transformation performance test results

從已有的摻與不摻改性PVA 纖維混凝土干縮試驗(yàn)及自生體積變形試驗(yàn)的對比中可知，摻纖維混凝土干縮率降低，自生體積變形有減小的趨勢。

4 結(jié)論

4.1 摻改性PVA 纖維混凝土的主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）充分利用了改性PVA 纖維高強(qiáng)度、高彈性模量、在混凝土中分散性好、與水泥漿體黏接力強(qiáng)的特點(diǎn)，且纖維屬于惰性材料，對混凝土無害。

（2）試驗(yàn)結(jié)果顯示，改性PVA 纖維混凝土較不摻纖維的混凝土抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值均有所提高，并降低干縮率，而且不影響自生體積變形。 部分試驗(yàn)結(jié)果顯示，其自生體積變形有減小的趨勢。

（3） 從施工現(xiàn)場收集到的數(shù)據(jù)來看， 摻改性PVA 纖維混凝土較不摻纖維混凝土長間歇面的裂縫明顯減少，甚至基本沒有裂縫。

（4） 摻改性PVA 纖維混凝土能夠改善RCC 層面的結(jié)合質(zhì)量，提高壩體耐久性能。

（5）改性PVA 纖維能在早期及中后期幫助大壩混凝土抗裂。

（6） 在水工大體積混凝土中摻用改性PVA 纖維，為溫控防裂問題提供了較好的解決方法。

4.2 摻纖維混凝土施工配合比在工程中的實(shí)際應(yīng)用

目前，摻改性PVA 纖維的施工混凝土配合比已在向家壩工程中成功應(yīng)用，從出機(jī)口混凝土拌和物的和易性及現(xiàn)場施工情況來看，混凝土強(qiáng)度、變形性能、耐久性能和各項拌和物性能均能滿足技術(shù)要求。 雖然這項技術(shù)還不能從根本上徹底消除大體積混凝土裂縫，卻是減少和預(yù)防混凝土裂縫的有效措施之一，尤其是摻PVA 纖維的RCC，是首次應(yīng)用于水利水電工程，對今后的研究和應(yīng)用有重要的參考和借鑒的作用。

向家壩工程的實(shí)踐證明，無論是在常態(tài)混凝土中還是在碾壓混凝土中， 加入適量的改性PVA 纖維，只要正確掌握纖維混凝土生產(chǎn)工藝，使纖維在混凝土中均勻分布，充分發(fā)揮纖維在混凝土中的筋骨作用， 就能有效提高混凝土抗拉強(qiáng)度及極限拉伸值，改善混凝土抗裂性能，減少壩體裂縫。 PVA 纖維混凝土不僅能夠應(yīng)用在長間歇面，還能夠用于其他有抗裂要求的工程部位。 摻改性PVA 纖維混凝土，不但能夠有效防止混凝土長間歇面裂縫產(chǎn)生， 降低裂縫處理費(fèi)用，節(jié)約成本，而且摻改性PVA 纖維的混凝土提高壩體抗裂性能， 減少裂縫處理環(huán)節(jié)，既能保證工程施工進(jìn)度， 又能有效控制工程質(zhì)量安全。 因此，摻PVA 纖維混凝土有很好的推廣應(yīng)用前景。

[1] 吳中偉,廉慧珍. 高性能混凝土[M]. 北京:中國鐵道出版社,1999:6-20.

[2] 吳李國. PVA 纖維的應(yīng)用現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù),2001,9(4):52-54.

[3] 薛會青,鄧宗才,李建輝. PVA 纖維水泥基復(fù)合材料的抗拉性能及韌性研究[J]. 鄭州大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版,2009,30(1):92-95.