□ 孟維賓 袁龍波

隨著我國灌溉排水制度向節(jié)水、高效和環(huán)保方向的不斷發(fā)展，各種節(jié)水灌溉技術(shù)也正在不斷推廣和應用。近年來，雖然噴灌、滴灌等現(xiàn)代灌溉技術(shù)有了較大的發(fā)展，但當今灌溉的發(fā)展趨勢仍是以地面灌溉為主。因此作為提高灌溉水利用系數(shù)主要措施的渠道防滲，也必然在今后灌區(qū)建設(shè)或改造中得到普及，它是灌區(qū)實行節(jié)約用水，建立高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)基本農(nóng)田，提高經(jīng)濟效果的重要而有效的技術(shù)措施。

因受冰凍的影響，北方的渠道防滲工程主要采用混凝土襯砌的方法。這種方法的優(yōu)點是糙率小，抗沖能力強，防滲效果好，可減少水滲漏量達80%以上；但在使用年限上各地存在著較大的差異，特別是凍害嚴重地區(qū)，加上施工質(zhì)量控制不嚴，襯砌渠道使用1～2年后，混凝土表皮即發(fā)生剝落破壞。因此，如何提高渠道襯砌混凝土的使用壽命有著重大意義。

自從混凝土成為人類主要建筑材料的那一天起，工程技術(shù)人員對提高混凝土各項功能措施的研究就從來沒有中斷過，降低水灰比、采用外加劑、加強養(yǎng)護、減少施工缺陷等等。筆者認為，在寒冷的北方地區(qū)，混凝土中摻加專用的混凝土纖維，對渠道襯砌混凝土各項功能指標的提高有著更加顯著和特殊的作用。

一、改善混凝土的和易性

現(xiàn)澆混凝土渠道邊坡往往做到1：1.5或者1：1，因此護坡混凝土的澆筑往往對混凝土和易性要求較高，由于在坡上澆筑，由水灰比控制的混凝土坍落度往往很小，平倉困難，坍落度太大則不能滿足水灰比要求或者坡面發(fā)生沁水帶走灰漿等現(xiàn)象，在混凝土中添加低摻率的聚丙烯纖維后，能夠降低坍落度，并使和易性得到改善。由于纖維抑制了混凝土內(nèi)部的自由水蒸發(fā)，亂向均勻分布在混凝土中的大量纖維起到了所謂承托骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的沉降，大大增加混凝土的粘聚性和保水性，改善表面混凝土的質(zhì)量。

二、提高預制混凝土板的強度和質(zhì)量

我們知道，為了縮短渠道襯砌施工工期和提高渠道襯砌的質(zhì)量，大多數(shù)渠道的混凝土襯砌均采用加工廠預制混凝土板，然后再運送到現(xiàn)場進行安裝。由于混凝土板設(shè)計強度不高，沒有配置鋼筋，加上拆模堆放、運輸、二次倒運、安裝校正等過程，往往會造成預制板斷裂、邊角受損或缺失，影響防滲效果。雖然許多測試已經(jīng)表明，小試件混凝土中摻加纖維對混凝土的強度無顯著影響，但卻能夠使混凝土的抗沖擊能力和韌性顯著提高。聚丙烯纖維加入到混凝土原料中，在攪拌機的攪拌下，受到水泥、砂石料的沖擊混合，成束的纖維會被分散成大量的纖維，以三維的方式均勻分布于混凝土中，例如：每立方米0.9kg（纖維長度19mm）纖維摻量的混凝土中，每立方厘米體積內(nèi)將分布有7根纖維。試驗表明，均勻分布的纖維在混凝土中能夠起到牽扯約束的作用，增強介質(zhì)材料連續(xù)性，減少沖擊波被阻斷引起的局部應力集中，承擔了部分破裂能量，能夠使混凝土的韌性比普通混凝土提高約40%，抗沖擊能力提高1倍，這將對預制混凝土板保持整體性，保持邊角、表面的完成起到很大的作用。

三、提高噴射混凝土的疲勞強度，減少回彈損失

在渠槽地基基礎(chǔ)地質(zhì)條件較好的地區(qū)可以采用噴射混凝土襯砌的方式。

在噴射混凝土中摻入聚丙烯纖維，能大大提高其粘稠性，顯著減少回彈損失。對比試驗表明，摻加纖維的噴射混凝土比普通噴射混凝土抗壓強度提高34%，抗彎曲強度提高46%，回彈率僅為普通混凝土的20%。

四、提高襯砌混凝土的耐久性，延長使用壽命

由于渠道襯砌混凝土的特殊工作條件和環(huán)境決定著它對耐久性的要求要遠高于對強度的要求，特別是嚴寒地區(qū)，渠道防滲工程中混凝土最大水灰比主要由抗凍等級和防滲等級控制，而不是由強度等級控制。比如一般黑龍江省混凝土渠道襯砌基本要求：強度等級C15，抗凍等級F150，采用32.5水泥，C15混凝土要求水灰比小于0.65，而F150則要求水灰比小于0.52。而摻加聚丙烯纖維對混凝土耐久性的提高將起到非常關(guān)鍵的作用。我們知道，正常配制情況下，混凝土的密實度、孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)、裂縫等對混凝土的耐久性起著決定性的作用。將聚丙烯纖維摻入混凝土，由于纖維微細，比表面積大，分布密集，能在混凝土內(nèi)部形成一種亂向支撐體系，所以能夠極有效的控制混凝土的早期塑性收縮、干縮等非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，有效阻礙骨料的離析，阻礙沉降裂縫的形成，從而大大提高了混凝土的抗?jié)B性。在混凝土中加入聚丙烯纖維，可以緩解溫度變化引起的混凝土內(nèi)部應力，阻止溫度裂縫的擴展，提高混凝土的抗凍性。同時，混凝土抗?jié)B性的提高，也有利于混凝土抗凍性和抗侵蝕性的提高，據(jù)試驗研究表明，0.9kg/m3纖維摻量的混凝土其抗?jié)B能力比普通混凝土提高60%～70%，并大幅度提高混凝土的抗凍和抗侵蝕能力。

五、提高渠道襯砌混凝土抗磨能力

水滴石穿，由于混凝土襯砌渠道中長期流水作用，特別是含沙量較高、流速較大的渠道，混凝土的耐磨性能是不可忽視的，如果耐磨能力差，必然影響到渠道襯砌的使用壽命；根據(jù)國外公路實驗室的模擬抗磨試驗結(jié)果表明，加入聚丙烯纖維的混凝土抗磨能力提高52%，南京水科院采用不同的試驗方法也證實了聚丙烯纖維有較好的抗磨損性能，因此摻加纖維的混凝土能增加渠道襯砌的抗磨能力。

綜上所述，摻加纖維對增強混凝土的早期抗拉強度，防止早期由沉陷、水化熱、干縮而產(chǎn)生的裂紋，減少表面裂縫和開裂寬度，增強混凝土的抗?jié)B性能、抗磨損抗沖擊性能以及增強結(jié)構(gòu)整體性有顯著的作用。

同時，纖維混凝土是一種新型的建筑材料，它將合成化學纖維與傳統(tǒng)的混凝土有機結(jié)合在一起，進入我國時間尚短，還沒有形成明確的規(guī)范，對纖維本身的各項指標、生產(chǎn)工藝，各種應用條件下的纖維摻量、纖維摻加拌合方法、時間，以及相應摻量下對混凝土的耐久性能力提高的確切指標數(shù)據(jù)等進行明確規(guī)定，但是隨著纖維混凝土應用的不斷增多，各項試驗研究的不斷完善，不遠的將來聚丙烯纖維必將在各行各業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應用。