鮮凡凡，韓 斐，薛萍萍

（江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 洪澤 223100）

1 工程概況

本次研究的水利樞紐工程由泵站、節(jié)制閘、穿運地涵等組成。泵站主要是單向泵，為內(nèi)河排澇使用。泵站所處環(huán)境較為特殊，且外觀造型以及結(jié)構(gòu)較為復雜，對混凝土材料要求較高。一是泵站的主體結(jié)構(gòu)以及外觀造形比較復雜，因此在施工時需要保證混凝土拌和物具備施工簡易性，利于施工澆筑，并確保不泌水、不離析。二是由于泵站部分在水下，因此要求具備較低的滲透性，混凝土需要具備一定的密實性以及抗裂性。三是泵站所在環(huán)境較為潮濕，需要經(jīng)受干濕交替、風化、凍融、水中的污染，要求混凝土具備較高的耐久性。四是泵站的水池受到高速水流中流沙的沖擊，所以混凝土需要具備一定的抗沖耐磨性。

2 混凝土結(jié)構(gòu)的選擇

泵站對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要求較高，聚丙烯纖維混凝土具有經(jīng)濟節(jié)約、施工快等優(yōu)點，在國內(nèi)水利工程中應用廣泛，工程效果較好，符合工程的相關(guān)要求，在全面調(diào)研分析與綜合比較后，確定使用摻加聚丙烯纖維、粉煤灰、減水劑的聚丙烯纖維泵送混凝土。泵送混凝土具備較高的流動性，方便施工澆筑，可保證混凝土的密實性；添加減水劑能夠提高混凝土混合料的工作性，降低水泥的比例；利用粉煤灰可以減少水泥的使用量，降低水化反應的放熱速度；添加聚丙烯纖維可以提升混凝土的抗裂性、抗?jié)B性、耐腐性、耐磨性。

3 混凝土配比與性能測試

3.1 合理選擇原材料

泵站設計使用F 100 的C 25 等級混凝土，抗?jié)B標準為W 8。原材料選擇：水泥使用P.O32.5 水泥，中砂的細度模數(shù)2.8，骨料使用單粒級5～15 mm 以及20～40 mm 的石子，根據(jù)比例添加，減水劑則使用高效的泵送劑HLC-NAF3，粉煤灰使用1 級粉煤灰，聚丙烯纖維性能要求如表1。

表1 聚丙烯纖維的性能分析表

3.2 聚丙烯纖維混凝土板的配比分析

設計配比的目的是為了保證聚丙烯纖維混凝土符合以下要求：一是高強度與耐久性?；炷恋目箟?、抗拉等級必須達到設計標準，抗?jié)B性、抗凍性及抗沖性符合設計要求；二是具備和易性；三是經(jīng)濟性。確保項目使用前提下，盡量將聚丙烯纖維的效益最大化，通過科學合理地使用聚丙烯纖維以及水泥的用量，降低投入成本。

參考《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ 55-2000）的標準，依據(jù)抗壓、水灰比、水泥的等級，設計水灰比例；砂率、用水量則依據(jù)和易性來決定，得到初步的配比；參考國外的經(jīng)驗以及經(jīng)濟因素，明確聚丙烯纖維的用量。

通過調(diào)配、實驗得出配比：水泥300 kg/m3，粉煤灰59 kg/m3，水186 kg/m3，纖維0.7 kg/m3，砂749 kg/m3，石子1 079 kg/m3，減水劑5.41 kg/m3。

3.3 性能指標測試

普通混凝土和聚丙烯纖維混凝土的本比一致，添加聚丙烯纖維后，對兩者各項進行對比測試，實驗方法及結(jié)果為：

第一，性能實驗依據(jù)《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080-2016），凝結(jié)時間、坍落度、擴展度等指標，如表2。

表2 混凝土拌和物的性能對比

結(jié)果顯示，在同一條件內(nèi)，添加聚丙烯纖維混凝土拌和物的性能會有所下降，但下降程度都在可控范圍內(nèi)，都能達到當前施工的標準要求。

第二，根據(jù)《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002）對混凝土的抗壓性、抗折強度及劈裂強度進行實驗，結(jié)果如表3 所示。

表3 力學性能結(jié)果

根據(jù)上述的力學實驗結(jié)果可看出，當添加聚丙烯纖維后，混凝土的強度未發(fā)生較大的變化，但破壞過程特征存在較大的區(qū)別，具體表現(xiàn)為：

第一，抗壓實驗使用的普通混凝土試塊，在擠壓實驗開裂后，會出現(xiàn)大小不一的脫落碎片；聚丙烯纖維混凝土開裂后，未發(fā)生碎塊現(xiàn)象，只是增加了部分裂縫，未出現(xiàn)由內(nèi)向外的崩裂情況。

第二，抗折、劈拉實驗中，普通混凝土試塊實驗破壞后，便快速開裂，最終變成兩半；聚丙烯纖維混凝土試塊實驗破壞后，只是形成了開裂，且開裂速度十分緩慢，未出現(xiàn)斷成兩半的情況。

第三，24 h 收縮裂縫的實驗，依據(jù)《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 146-2003）（2007版），具體結(jié)果如表4。

表4 24 h 收縮實驗結(jié)果

從上表結(jié)果可以看出，在添加一定數(shù)量的聚丙烯纖維之后，抗裂性能得到了一定程度的提升。

第四，抗?jié)B以及抗凍融的實驗，依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能實驗方法》進行實驗，抗?jié)B實驗結(jié)果如表5。

表5 抗?jié)B實驗結(jié)果

實驗后試塊透水情況發(fā)現(xiàn)，普通混凝土的透水高度平均＞120 mm，添加聚丙烯纖維的透水高度則保持在60～90 mm 的范圍內(nèi)?？箖鰧嶒灲Y(jié)果如表6 所示。

表6 抗凍實驗結(jié)果 單位：%

實驗表明，普通混凝土與聚丙烯纖維混凝土的抗凍實驗等級，都達到F150 級別，兩者抗凍標號大致相同，兩者動彈的模量也相對持平；但在不同的循環(huán)次數(shù)中，質(zhì)量損失率存在很大差異，在90 次試驗以內(nèi)，添加含有聚丙烯纖維的混凝土的損失率低于普通混凝土，90 次以上則相反。

第五，混凝土在水流中的抗沖磨實驗，沒有統(tǒng)一的標準及實驗方法，為了確定混凝土的抗沖耐磨性能，本次運用圓環(huán)法與沖擊法進行抗沖磨和抗沖擊韌性實驗，實驗結(jié)果如表7。

表7 抗沖耐磨實驗結(jié)果

從上述結(jié)果可以清晰地看出，添加聚丙烯纖維的混凝土，抗沖擊和抗耐磨的性能遠遠高于普通混凝土。

4 聚丙烯纖維混凝土的施工分析

正式開工前，為保障聚丙烯纖維混凝土的質(zhì)量，充分發(fā)揮聚丙烯纖維混凝土優(yōu)點及利用其工程特性，制定了具體的施工方案。具體施工的關(guān)鍵點為：

第一，選擇合理的聚丙烯纖維添加工藝。添加工藝分為先摻法、后摻法兩種。先摻法是先把砂和石子以及聚丙烯纖維進行攪拌，再添加水與水泥，然后進行攪拌。后摻法則是先把砂、石子、水和水泥進行攪拌后，再添加聚丙烯纖維。先摻法中，聚丙烯纖維具有較高的分散性；采用后摻法，聚丙烯纖維比較容易成團，且不利于纖維的均勻分散。本工程采用先摻法進行混凝土加工。

第二，在加工攪拌混凝土時，為確保聚丙烯纖維添加量的準確無誤，攪拌前用秤進行稱重后，再以小袋進行包裝，攪拌時按量進行添加。

第三，經(jīng)過實驗確定，應當將聚丙烯纖維混凝土的攪拌時間，設定在80～100 s 之間。另外，澆筑前在施工現(xiàn)場，攪拌車應加大馬力攪拌5 s 左右，經(jīng)過實際坍落度檢查后，方可進行澆筑施工。

第四，合理確定收漿和壓光時間。由于聚丙烯纖維混凝土的初凝時間和終凝時間比普通混凝土長，因此適合在初凝前進行收漿并抹平，在終凝前壓光，避免纖維裸露在外；收光之后，需要快速地做好保濕等相關(guān)措施，避免水分過快蒸發(fā)。

第五，及時養(yǎng)護，在聚丙烯纖維混凝土終凝之后，立刻開展及時且具有針對性的養(yǎng)護工作；外露面應當使用土工布進行完全的覆蓋，并灑水保護；當側(cè)面和內(nèi)表面清除模板后，同樣使用土工布進行覆蓋，并進行灑水養(yǎng)護。

5 結(jié)語

本工程運用了大量的聚丙烯纖維混凝土，整體施工效果優(yōu)良。該混凝土表現(xiàn)了較高的阻裂效果，避免了混凝土塑性收縮裂縫的出現(xiàn)，有效地提升了抗裂性、抗?jié)B性、抗凍性、抗沖耐磨性。減少了成本投入，為工程節(jié)約了大量的資金。