李鐘杰，王宇霆，董建偉

（1．吉林省和龍市水利局，吉林 和龍 133500；2.長春市綠園區(qū)財(cái)政局，吉林 長春 130012；3．吉林省水利科學(xué)研究院，吉林 長春 130022）

1 吉林省研究與應(yīng)用概況

1）研究狀況。吉林省在水利工程中應(yīng)用改性聚丙烯纖維混凝土技術(shù)始于1998年，當(dāng)時(shí)在梅河口市進(jìn)行了改性聚丙烯纖維混凝土-復(fù)合防滲膜渠道防滲工程試驗(yàn)，該渠道防滲工程也成為全國水利行業(yè)首個(gè)采用改性聚丙烯纖維混凝土技術(shù)工程，2001年通過了吉林省科技廳組織的科研成果鑒定。

2）存在問題。改性聚丙烯纖維混凝土渠道防滲技術(shù)在總體上獲得了較好效果，但在土壤持水性較強(qiáng)的梅河口地區(qū)，仍有多處依舊出現(xiàn)了凍脹破壞的現(xiàn)象，表現(xiàn)為預(yù)制安裝的混凝土板脫落，現(xiàn)澆混凝土板在水位上方一定高度（浸潤線受阻區(qū)域）脹開。表明在這種應(yīng)用條件下，改性聚丙烯纖維混凝土護(hù)砌并未達(dá)到渠道抗凍效果。

2 應(yīng)用誤區(qū)

1）單純采用改性聚丙烯纖維混凝土護(hù)砌，并不能提高渠道的抗凍融能力。經(jīng)特殊改性的聚丙烯纖維摻入到混凝土中后，可提高混凝土的抗凍融能力。但表面護(hù)砌材料抗凍融能力的提高，并不代表著被保護(hù)土體抗凍能力也提高。吉林省渠道防護(hù)材料均為非保溫型，渠道凍脹發(fā)生在邊坡土體內(nèi)，與采用的護(hù)砌材料關(guān)系不大。

也有人認(rèn)為：改性聚丙烯纖維混凝土護(hù)坡面下的土體凍脹后，在春季回暖期可以復(fù)位。事實(shí)上，土壤受凍融破壞后，自然坡比一般穩(wěn)定在1∶5～1∶10左右，而渠道邊坡一般在 1∶1.5～1∶2.5，故在春季回暖后，必將發(fā)生含水率較高的融化凍土向下流動現(xiàn)象，不會恢復(fù)到凍脹前的坡比，在邊坡較高時(shí)，常造成混凝土板塊在渠道邊坡浸潤線出漏點(diǎn)，附近上端因凍土的流動而掏空凹陷、下端被流土脹起乃至脫落的現(xiàn)象。

2）纖維選擇不當(dāng)。①改性與非改性纖維的混淆，這是由于一些單位不了解改性纖維技術(shù)特點(diǎn)的緣故。改性聚丙烯纖維主要有以下技術(shù)特點(diǎn)：增加了纖維韌性。改性纖維較非改性纖維挺直、無卷曲、宜分散；增加了纖維容重。改性前的纖維容重0.91 g/cm3，漂浮在水面；改性后容重不小于1.0 g/cm3左右，外觀光亮，在水中呈半懸浮狀，易分散到混凝土中；增加了纖維的物理力學(xué)性能。改性纖維抗拉強(qiáng)度、彈性模量均較非改性纖維增加。②纖維普遍較長，纖度較大，用量偏多，降低了應(yīng)用效果。

纖維在混凝土中應(yīng)當(dāng)有較好的亂向分布，因此以細(xì)、短為宜，用量一般在0.9～1.0 kg/m3。吉林省最初試制并選擇的纖維一般為纖度7-8dtex左右、長度10 mm。在混凝土中的分布密度達(dá)到12 500萬根/m3。但目前國內(nèi)廠家提供的纖維普遍較長、纖度較大、用量偏多，纖度9 dtex,長度普遍在19 mm，摻量往往達(dá)到 1.2～2.0 kg/m3。

較長的纖維可減少廠家切割纖維成本，但纖維在混凝土中的分布密度卻大大降低，若同按8 dtex計(jì)，19 mm纖維的分布密度只有6 579萬根/m3，較10 mm纖維減少了47%。計(jì)算比較如表1。

表1 不同長度纖維分布密度比較表

改性聚丙烯彈性模量小于混凝土，當(dāng)纖維量增加到一定程度，將導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度受損。相關(guān)材料的抗拉強(qiáng)度、彈性模量比較見表2。

表2 相關(guān)材料力學(xué)性能比較表

纖維的用量與纖維的長度、纖度有密切關(guān)系。如果在纖維長度同為10 mm的條件下，達(dá)到12 500萬根/m3的分布密度時(shí)，若采用5 dtex的纖維，需要0.625 kg；若采用3 dtex的纖維，則僅需要0.375 kg。

吉林省水利科學(xué)研究院曾進(jìn)行過在惡劣養(yǎng)護(hù)條件下的水泥凈漿板抗裂能力試驗(yàn)，表明采用纖度（最小為 3 dtex）、長度均較小（3～4 mm）的纖維，摻量在0.3 kg/m3時(shí)，仍獲得較好的阻裂效果，表面裂紋明顯少于不加纖維的水泥凈漿板。

3）改性聚纖維并不都能夠提高混凝土的抗凍融能力。美國有關(guān)企業(yè)在采用特定的纖維（杜拉纖維）進(jìn)行混凝土抗凍融實(shí)驗(yàn)時(shí)，曾達(dá)到F200-F300的效果，而國內(nèi)生產(chǎn)的纖維卻很難達(dá)到。其主要原因之一，是未按照混凝土抗凍融的基本原理選擇纖維。

事實(shí)上，并不是所有改性聚丙烯纖維都能改善混凝土的抗凍性能。纖維能否達(dá)到增強(qiáng)混凝土抗凍能力的效果，與纖維的長徑比、纖維表面處理的方式有關(guān)。當(dāng)纖度較小、長度較短時(shí)，纖維可產(chǎn)生與引入混凝土中的微小氣泡類似的作用；而杜拉纖維表面增加的硅烷偶聯(lián)劑，可使纖維周邊強(qiáng)度增加，相當(dāng)于增加了氣泡壁強(qiáng)度，因此改善了混凝土抗凍性能。

3 建議

1）開展抗凍融改性聚丙烯纖維混凝土的研究。據(jù)了解，目前國內(nèi)鮮有開展類似研究的報(bào)道，主要原因是：若基本弄清不同纖度、長度甚至不同組分、不同材質(zhì)的纖維對混凝土抗凍融能力的影響，需要大量的、長時(shí)間的試驗(yàn)分析，試驗(yàn)成本和費(fèi)用昂貴；纖維的表面改性材料價(jià)格不菲，使用條件相對復(fù)雜。但此項(xiàng)研究卻具有重要意義，目前采用的引氣劑在提高混凝土抗凍融能力的同時(shí)，損強(qiáng)作用也較明顯；而適量采用改性聚丙烯纖維時(shí)，則可在提高凍融循環(huán)能力的同時(shí)，避免損強(qiáng)現(xiàn)象，同時(shí)增加混凝土的綜合性能。

2）進(jìn)一步科學(xué)地開展凍脹型渠道防護(hù)技術(shù)研究。目前對高凍脹地區(qū)的渠道防護(hù)技術(shù)研究與應(yīng)用并不都是很成功的。其失敗之處在于單純期望憑借表面防護(hù)材料解決渠道的凍脹問題，忽略了渠道凍脹產(chǎn)生于邊坡土壤內(nèi)部含水率較高、土壤受凍產(chǎn)生體膨脹這一基本原理。因此，宜在研究技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、經(jīng)久耐用的渠道防護(hù)材料的同時(shí)，更應(yīng)當(dāng)結(jié)合凍脹型渠道邊坡土壤凍融機(jī)理，進(jìn)一步研究出科學(xué)、適用的防護(hù)技術(shù)方式。

3）開展改性聚丙烯纖維混凝土的應(yīng)用后評價(jià)工作。改性聚丙烯纖維混凝土在吉林省水利工程應(yīng)用領(lǐng)域包括渠道防滲護(hù)砌、堤防護(hù)砌、水庫溢洪道及舊涵閘補(bǔ)強(qiáng)等。在取得成功效果的同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)開展改性聚丙烯纖維混凝土的應(yīng)用后評價(jià)工作，總結(jié)失敗的教訓(xùn)，改善技術(shù)方法，使這項(xiàng)技術(shù)在水利工程中得到科學(xué)、合理的應(yīng)用。

［1］（英）內(nèi)維爾.亞當(dāng)編，楊順喜等譯.《國際材料與結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室聯(lián)合會一九七五年會議文集∶（纖維增強(qiáng)水泥與混凝土第1冊）［C］.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1980，12.

［2］董建偉，等.改性聚丙烯纖維混凝土及其應(yīng)用［J］.吉林水利，2000（9）.

［3］龔益，等.纖維混凝土與纖維砂漿施工應(yīng)用指南［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2005.

［4］白國慶，董建偉.改性聚丙烯纖維影響混凝土抗壓強(qiáng)度機(jī)理初探［J］.吉林水利，2005（6）.