北方寒区纤维混凝土板护坡技术应用试验研究.pdf

2 0 1 6年第 1期 水利技术监督 理 论研 究 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 1 3 0 5 2 0 1 6 0 1 0 2 6 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 1 2 5 0 0 0 ) 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 中图分类号 ：T V 8 6 1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 8 1 3 0 5 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 7 4 0 3 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 。 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 5 0 m 以上 的孑 L 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 。 7 4 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 1 5 3 0 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 2 0 1 3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 b 匕 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 。 收 稿 日期 ：2 0 1 5 0 7 2 8 作者简介 ：杨林 ( 1 9 7 3年一 ) ，男 ，高级工程师。 理论 研究 水利技术监督 2 0 1 6年第 1 期 表1 原材料试验项目表 性) ，调整后的配合 比见表 3 。 原材料 试 验项 目 引气型减水剂 引气型减水剂 ( G R) 掺量 为水泥用量 的 O 7 ， ( G R) 沈阳东融外加 剂厂生产 。 聚丙烯纤维 聚丙烯纤维 ( C T A F ib e r ) 掺量 为 0 9 k g m ，长 ( C T A F i b e r ) 度选取 1 9 m m( 中国纺织科学研究 院生产 ) 。 水泥 3 2 5 MP a 普通硅酸盐水泥 砾石 砾径为 5 2 0 mm，2 04 0 ram 砂 细度模数 0 8 4 水 河 水 表 2配合比设计参数结果表 水灰比 坍落度( ram) 砂 率( ) 0 4 9 2 3 4 0 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 表 3 单位体积混凝土拌和物原材料用量表 水灰 比 水泥 水 石 砂 G R C T A F i b e r 0 49 3 3 6k g 1 6 5k g 1 2 4 7k g 6 4 2 k g 2 3 5 k g 0 9 k g 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 昆凝 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 2 rai n ，再加 水 湿拌 3 m i n ，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 。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 拌和物类别 拌和过程 拌和物和易性 1 ) 将水 泥、骨料 、G R及 C T A F i b e r 放人搅拌机 ，搅拌 2 mi n ( 此时 ，目测 C T A F i b e r 已分布 1 ) 流动性较好 比较均匀 ，如果不匀 ，可适 当延长拌 和时间) 。 掺加纤维 2 ) 粘聚性较好 2 ) 加 水后，继续搅拌 3 ra i n ，搅拌均匀后卸 出。 3 ) 保水性较好 3 ) 将卸出的混凝土拌和物 ，进行人工 翻到 23次 ，使之均匀 ，即可进行试验 。 1 ) 将水泥 、骨料和水依次放入搅拌 机，搅拌 3 m i n ，搅拌 均匀后卸 出。 1 ) 流动性较好 未掺加纤维 2 ) 粘聚性一般 2 ) 将卸出的混凝土拌和物 ，进行人 工翻到 23次 ，使之均匀 ，即可进行试 验。 3 ) 保水性 一 般 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 S D 1 0 5 8 2 ) ，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 。 试验养护条件为 ：坍落度 2 3 mm，掺外加剂混 凝土试样含气量 3 ，水 中 2 03 c C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 抗压强度( MP a ) 抗冻性能试验 抗渗性 能试验 抗压试验 渗透高度平均值 ( 恒压 7 d 2 8 d 快 速冻融试验次数 相对 动弹模量 ( ) 质量损失率( ) 0 8 MP a ) ( mm) 掺加外加剂 的混凝土试样 1 6 2 2 4 8 2 O O 6 6 2 2 5 5 掺加纤维 和外加剂 的混凝土试样 1 7 O 2 5 0 2 0 0 7 6 1 8 3 O 经过实验可见 ：纤维混凝土与素混凝土 7天抗 压强 度 由 1 6 2 MP a提 高 到 了 1 7 0 MP a ，2 8天 抗 压 强度 由 2 4 8 MP a提高 到 了 2 5 0 MP a ，抗 冻性 能相对 动弹模量 由 6 6 提高到 7 6 ，抗渗性能渗透高度 平 均值 ( 恒 压 0 8 MP a ) 由 5 5 ram减少 到 3 0 ra m，各 项 性 能都得 到 了一定 的提 高 。 75 2 0 1 6年第 1期 水利技术监督 理论 研 究 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 mi n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 昆 凝 土 在抗 渗 性能 上 较 非 纤 维混 凝 土 有 明显改善 。 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 5 m i n ，取 消 干 拌 ；定 量 即 由 电 子 秤 严 格 计 量 骨 料 、水 泥 等 材 料 。 根据试验结果 ，建议聚丙烯纤维掺量在 0 7 0 9 k g m 范 围内 ，最 终选用 0 9 g m 。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 。 4 结语 根据试验研究分析可以看出拌合聚丙烯纤维混 凝土采用定点、定时 、定量方法后 ，充分保证 了在 骨料 中分布 均匀 聚丙烯 纤维 。对 聚丙 烯纤 维 混凝 土 结 构表 面平 整度进 行 现场检 验 ，平整 度 完好 ，同 时 还有效地控制表面裂缝 的发生。 从工程 现场 实 际看 ，改 进后 的聚 丙烯 纤 维混 凝 土保水性得到了提高 ，没有泌水情况发生 ，砂浆充 足 ，振捣方 便 ，大大 减少 固结成 块 ，明显地 提 高 了 昆凝土浇 筑效 率 。 参考 文献 1 韩志刚 ，王长金 论模袋混凝 土护坡施工技术 J 水利技术监 督 ， 2 0 0 4 ( 0 2 )： 5 4 - 5 5 2 管枫年 ，张丽 ， 刘加海 模袋 混凝土护坡设 计 中几个 问题探讨 J 水利技术监督 ， 2 0 0 0 ( O 1 ) ： 2 2 2 6 3 钟秉章 ，朱强聚丙烯纤维混凝土在水 利水 电工程 上的应用探 讨 J 水利规划与设计 ， 2 0 0 2 ( O 1 ) ： 5 4 - 5 8 4 韩胜文 ，曹瑞峰机织模袋混凝土护坡施工方法研究 J 长春 工程学院学报 ， 2 0 1 1 ( 0 3 ) ： 4 5 4 7 5 果海威，姜延辉机织模袋混凝土在 大洼三 角洲 水库土 坝防护 工程中的应用 J 吉林水利 ， 2 0 0 8 ( 0 6 ) 6王广慧辽宁省平原水库护坡冻胀破坏分析 J 科技创新与应 用 ， 2 0 1 2 ( 0 5 ) ：1 0 7 1 0 8 7陈攀聚丙烯纤维混凝土在巴家咀水库除 险加 固工程 中的应用 J 水利水 电工程设计 ， 2 0 0 9 ( 0 8 ) ： 2 5 8 汪魁峰聚丙烯纤维混凝土性能试验研究 J 吉林水利 ，2 0 0 8 ( 0 4)：1 5 ( 上接第 5 9页 ) 进 行 维 护 ，保 证 和 延 长 使 用 寿命 ， 使 工程 发挥 最大 作用 。 6 结 语 通 过农村饮 水 安全工 程建设 ， 国家 把对 农 村群 众的关心和关怀送到了农 民家 ，体现了党和国家对 农 民的关爱。吃上了达标 、合格的自来水群众 的身 体健康状况得到提高 ，同时生活条件得到改善，生 活水平 得到 提高 ，更促 进 了社 会 的快速 发展 。 参 考文献 1 马宏娟农村饮水安全工程建设和管理措施分析 J 水利规划 与设计 ， 2 0 1 4( 0 9 ) ： 3 0 3 2 76 2 崔瑞 义县农村饮水安全工程建设 与管理浅析 J 水利规划与 设计 ， 2 0 1 5 ( 0 5 ) ： 2 4 - 2 5+5 5 3 袁耀辉 ， 柯俊瓯海 区农村饮水安全工程运行管理探讨 J 水 利规划与设计 ， 2 0 1 5 ( 0 2 ) ： 6 9 - 7 1 4 于永波朝 阳县二十家子镇农村饮水安全工程分析 J 水 利技 术监督 ， 2 0 1 5 ( 0 2 ) ： 2 6 - 2 7 5 石林 ，侯荣丽 ， 王琴 红辽 宁省加强农村 饮水安 全工程维修 养 护 的对策与建议 J 水利技术监督 ， 2 0 1 5 ( 0 3 ) ： 3 9 4 1 6 陈鑫浅谈农村饮水安全工 程建设与运行管理 J 科技 资讯 ， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ：1 7 5 7 刘方 文， 程新 景，于敬 新，朱兰侠浅谈农村饮水安全工程建设 与管理 J 河南水利 ， 2 0 0 6 ( 0 9 ) ： 1 9 8 朱少鹏贵池区农村饮水安全工程建设管理措施 分析 J 江淮 水利科技 ， 2 0 0 8 ( 0 3 ) ： 2 8 - 2 9