纤维混凝土在新疆高寒地区面板坝施工中的应用

刘娅妮

（中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西 西安 710016）

1 项目基本情况

新疆XX水电站位于新疆巴音郭楞蒙古自治州（简称巴州）境内，工程以发电为主，枢纽建筑物主要由混凝土面板堆石坝、左岸溢洪洞和泄洪洞、左岸引水发电洞及岸边地面发电厂房等组成。设计正常蓄水位1494.50m，总库容约7710万m3，装机容量180MW（2×90MW），工程规模属三等中型。

混凝土面板堆石坝坝顶长度186.4m，坝顶宽度10m，最大坝高102m，上游坝坡1∶1.4，面板厚度采用渐变厚度，顶部（高程1496m）厚0.3m、自上而下以0.003H递增，面板最长块长度为163.35m，最大厚度为58.5cm。混凝土面板共19块,面板设计宽度为6m、12m两种，其中宽12m的11块，宽6m的6块，异型块2块，宽度分别为9.48m和4.55m。

2 面板混凝土配合比设计

混凝土作为脆性材料，主要存在抗拉强度低、抗裂性差和抗变形性能差的缺点，材料的脆性或准脆性明显，其抗拉强度是抗压强度的1/7～1/10，受拉的极限延伸率只有0.01%～0.06%，在较低的拉伸变形时极易发生开裂[2]，裂缝的出现不仅加快了混凝土的渗漏，影响到建筑物的使用功能，而且还加快了硫酸盐、氯离子等的侵蚀，导致混凝土中钢筋提前锈蚀，影响到结构的耐久性和使用寿命[3]，削弱面板的防渗性能，对大坝结构安全造成一定的隐患，因此在进行混凝土面板设计时必须采取有针对性的防裂抗裂措施，提高面板长期耐久性，进而减少后期修补费用、确保大坝寿命期内良好的服役性能。

影响混凝土早期塑性开裂的因素众多，除了受时间、温度、相对湿度及混凝土自身泌水特征的影响外，还与水泥、掺合料、骨料、外加剂等原材料品质密切相关。从材料角度看，目前预防混凝土的早期开裂主要方法有减小混凝土收缩、提高混凝土抗拉强度，采取的具体措施有掺加膨胀剂补偿收缩、掺加纤维增强、掺加缩剂抑制收缩等[2][6]。

基于以上原因，新疆XX电站面板混凝土工程在前期混凝土配合比设计过程中，选用掺加一定比例的RS2000型罗赛纤维作为混凝土用纤维掺加物，通过试验确定掺配比例，对掺纤维面板混凝土的抗裂性能进行研究。

2.1 RS2000纤维素纤维技术指标

纤维素纤维为新一代工程纤维，具有亲水性能好、纤维根数多的特点，与混凝土间的握裹力较强，可限制混凝土裂缝的产生，提高混凝土的抗裂性能[4]。新疆XX水电站大坝面板混凝土采用罗赛RS2000纤维素纤维，其比对试验结果详见表1。

2.2 配合比设计原材料

（1）水泥：新疆和静天山水泥有限责任公司P.MH42.5中热硅酸盐水泥。

（2）粉煤灰：国电红雁池发电有限公司类Ⅰ级粉煤灰。

（3）细骨料：察汗乌苏电站C3砂石料加工厂天然砂（中砂）。

（4）粗骨料：察汗乌苏电站C3砂石料加工厂5mm～20mm、20mm～40mm碎石。

（5）外加剂：山西奥鑫建材有限公司AXN-型高效减水剂、AXSF型引气剂。

表1 罗赛纤维RS2000的检测结果

表2 混凝土配合比（kg/m3）

2.3 配合比

面板基准配合比及掺罗赛纤维RS2000配合比见表2。

3 RS2000混凝土性能检测

3.1 性能检测结果分析

混凝土采用额定量60L的强制式搅拌机进行拌制，振动台振捣密实，检测了两种配合比下混凝土工作性能。在基准配合比下，测得混凝土塌落度为94mm、含气量为5.8%，掺配罗赛纤维RS2000配合比时，混凝土塌落度为90mm、含气量为6.2%。试验结果表明，掺罗赛纤维RS2000对混凝土坍落度及含气量基本没有影响，罗赛纤维混凝土和易性良好，有利于现场施工。

3.2 纤维分散性能

通过水洗法可以快速测试罗赛纤维RS2000的分散性[7]：准备一个5L左右的容器，一根捣棒，一个40目的砂筛；将新拌的纤维混凝土进行取样，取样量为容器的1/3左右；然后在容器中加水约至3/4处；用捣棒搅拌加水后的纤维混凝土，使浆体充分稀释；静置10秒钟左右，将上层浆体缓缓倒在砂筛上，勿将混凝土砂石倒出；用水冲洗砂筛上的残留物，应能看到灰白色的絮状纤维素纤维。如果没有发现未分散开的片状纤维，则纤维已经完全分散。

由试验可看出，罗赛纤维RS2000在混凝土中已经完全分散，纤维形态已经由片状变为单丝状。经过后期检测和计算，测得纤维实际含量与配合比规定的含量相差小于15%。

3.3 混凝土抗裂性能[5][6]

根据《混凝土结构耐久性设计与施工指南》[5]（CCES01-2004）附录A2推荐的平板法对RS2000纤维混凝土进行了抗裂试验。通过模拟恶劣自然环境中强日照及大风天气，促使混凝土产生收缩及开裂，试验完成后，测试裂缝宽度、长度、面积，从而评价混凝土的抗裂性能。

抗裂试验结果表明：与基准混凝土相比，掺RS2000纤维使得混凝土开裂时间由48min延长到90min，平均裂缝宽度由1.1mm降低为0.35mm，裂缝面积降低了79%，抗裂等级达到Ⅰ级，显著提高了混凝土抗裂性能。从工程应用角度来说，掺入RS2000纤维可以大幅减少裂缝修补费用，并降低由开裂引起的潜在质量与安全隐患。

3.4 混凝土力学性能及耐久性能

试验测试了100mm×100mm×100mm立方体试件的7d、14d、28d的抗压强度和14d、28d的劈裂抗拉强度、28d的抗渗性与抗冻性，通过检测结果可以看出，7d与28d抗压强度略有提高，14d抗压强度略有下降，劈裂抗拉强度均有提高，抗渗性与抗冻性变化不明显。

4 效果分析

新疆XX水电站面板混凝土于2012年8月30日开始，10月14日完成19块面板混凝土浇筑，浇筑混凝土9652m3，总表面积约22400m2。

经过后期对面板裂缝普查，发现裂缝共计27条，总长度60.56m，宽度小于0.2mm共8条，0.2mm～0.5mm共19条。其中长度最大值6m，最小值0.25m；宽度最大值0.5mm，最小值0.1mm。面板平整度及外观质量均达到了优良标准，19个单元工程质量全部优良。

5 结论

（1）新疆XX水电站面板堆石坝工程在面板混凝土配合比设计过程中，在每立方米混凝土中掺入1kg罗赛纤维（RS2000），在水灰比不变，且不增加胶凝材料用量的情况下，面板配合比混凝土原有工作性能无明显变化，而抗裂性能显著提高，其它力学性能指标及耐久性指标均满足设计要求。

（2）RS2000罗赛纤维的分散性较好，不需要特殊工艺就可以均匀分散在混凝土拌合物中；罗赛纤维的掺加，增强了混凝土的黏聚性和保水性，对混凝土的塌落度及含气量无影响，便于施工。

（3）在本文中所采用的纤维掺量下，罗赛纤维能大大减少了混凝土的早期塑性开裂面积和开裂数量，有利于北方高寒环境中混凝土结构的长期耐久性，正确的养护方法和延长搅拌时间可获得更好的抗裂防渗效果。

（4）掺量为1kg/m3的RS2000型罗赛纤维混凝土，混凝土的流动性略有减小，7d和28d抗压强度无明显变化，可满足施工和设计要求。陕西水利

[1]徐至钧.纤维混凝土技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社，2003.

[2]张建峰，罗平，周世华.纤维对混凝土早期塑性开裂的影响 [J].混凝土，2010,7：85-89.

[3]张雄.混凝土结构裂缝防治技术[M].北京:化学工业出版社.2007:75-90

[4]沈荣熹,王璋水,崔玉忠.纤维增强水泥与纤维增强混凝土[M].北京:化学工业出版社，2006.

[5]陈肇源，廉慧珍.等.CCE S01-2004混凝土结构耐久性设计与施工指南[S].北京:中国建筑工业出版社，2005.

[6]张佚伦,钱晓倩.聚丙烯纤维混凝土早期收缩与抗裂性能试验研究 [D].浙江大学，2006:1-2.

[7]大连理工大学主编，纤维混凝土结构技术规程（CEC S38-2004），第 1版，北京：中国计划出版社，2004:95.