黃如卉，李艷萍，雷秀玲，李中田

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春130061）

1 概 述

混凝土面板堆石壩以其就地取材、施工方便、工期短、造價(jià)低、安全性好正在被國(guó)內(nèi)外壩工界普遍重視，而成為當(dāng)今筑壩技術(shù)的一大趨勢(shì)。但是,由于面板堆石壩的趾板是座落于基巖上的混凝土薄板結(jié)構(gòu)，混凝土面板也是澆筑在墊層斜坡的薄板，厚度小而不均勻，施工期裸露，對(duì)環(huán)境溫度和濕度的變化影響較敏感，特別是基巖凹凸約束作用、氣溫驟變和混凝土干縮將使趾板及面板較薄部位產(chǎn)生較大的拉應(yīng)變，容易產(chǎn)生裂縫而影響混凝土的防滲效果。因此，對(duì)于以擋水為主要目的的水工混凝土面板及趾板防裂就顯得尤為重要。

下面根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，結(jié)合蒲石河抽水蓄能電站面板混凝土配合比試驗(yàn)，從原材料優(yōu)選和混凝土配合比設(shè)計(jì)方面開(kāi)展研究工作，通過(guò)混凝土大板裂縫試驗(yàn)，論證混凝土原材料對(duì)混凝土抗裂性能的影響。

2 面板混凝土抗裂性能試驗(yàn)研究

2.1 性能指標(biāo)要求

蒲石河抽水蓄能電站地處東北寒冷地區(qū)，上庫(kù)擋水建筑物為面板堆石壩，極端最高氣溫35.0 ℃，極端最低氣溫-38.5 ℃，極端溫差近73 ℃?；炷撩姘逶O(shè)計(jì)指標(biāo)為二級(jí)配C30F300W8 混凝土。

2.2 原材料

1）水泥：采用撫順?biāo)嘤邢挢?zé)任公司生產(chǎn)的渾河牌P·MH42.5 級(jí)中熱硅酸鹽水泥，該水泥各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)GB200-2003 要求。

2）粉煤灰：選用遼寧省撫順市能港實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)粉煤灰。檢驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足DL/T5055-2007 要求。

3）骨料：細(xì)骨料為天然河砂、粗骨料為天然卵石。河砂細(xì)度模數(shù)為2.80，屬中砂，顆粒級(jí)配良好。天然砂及粗骨料品質(zhì)符合DL/T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》的規(guī)定。

4）膨脹劑：選用北京新中州建筑材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HEA-1 型膨脹劑。

5）聚丙烯纖維：采用深圳市維特耐工程材料有限公司生產(chǎn)的維克抗裂抗?jié)B聚丙烯纖維（纖維長(zhǎng)度19 mm、摻量0.6 kg/m3），以綜合評(píng)價(jià)膨脹劑與聚丙烯纖維在混凝土中復(fù)合應(yīng)用的可行性。

2.3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

通過(guò)混凝土配合比參數(shù)設(shè)計(jì)和試拌試驗(yàn)，確定了滿(mǎn)足面板混凝土技術(shù)要求的基準(zhǔn)配合比。水膠比為0.31，0.35，粉煤灰摻量為25%，砂率為35%，小石∶中石的比例為40∶60，用水量為109 kg/m3。采用與水泥適應(yīng)性良好的上海陶正產(chǎn)SR3 聚羧酸高效減水劑、河北省混凝土外加劑廠(chǎng)生產(chǎn)的DH9 高效引氣劑。

3 混凝土早期抗裂性能

當(dāng)混凝土處于半流態(tài)或塑性階段，由于沉降運(yùn)動(dòng)、毛細(xì)管壓力、早期化學(xué)收縮以及自收縮等引起的塑性收縮受到約束，且約束應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉應(yīng)力時(shí)便產(chǎn)生了宏觀(guān)塑性裂縫。混凝土的收縮主要產(chǎn)生在初期，前14 d 的收縮超過(guò)前90 d 的50%，所以控制混凝土初期收縮是控制裂縫的關(guān)鍵。

通過(guò)混凝土大板干縮試驗(yàn)來(lái)研究混凝土早期抗裂性能，比較膨脹劑、聚丙烯纖維、粉煤灰摻合料在一定條件下對(duì)混凝土早期收縮裂縫的抑制效果。此次研究的混凝土配合比列于表1。

表1 此次研究混凝土配合比

3.1 試驗(yàn)方法

混凝土大板試件為600 mm×600 mm×63 mm 的平面薄板。試模邊框內(nèi)設(shè)φ6 mm 直徑，間距60 mm 的雙排栓釘，栓釘長(zhǎng)度分別為50 mm 和100 mm，間隔布置?；炷脸尚? h 時(shí)后，用電風(fēng)扇吹試件表面，風(fēng)速距試件中心點(diǎn)為5m/s，成型24 h 后，觀(guān)察裂縫數(shù)量、寬度和長(zhǎng)度，最終比較不同摻合料混凝土產(chǎn)生的裂縫情況。室內(nèi)氣溫為21～30 ℃。試驗(yàn)按照《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)方法進(jìn)行。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)工程結(jié)構(gòu)裂縫的基本概念，混凝土的裂縫分為微觀(guān)裂縫與宏觀(guān)裂縫兩種，混凝土微觀(guān)裂縫必須借助顯微鏡才可見(jiàn)。微觀(guān)裂縫寬度范圍一般以0.05 mm 為界：裂縫寬度不小于0.05 mm 的稱(chēng)為宏觀(guān)裂縫；裂縫寬度小于0.05 mm 的，屬無(wú)害裂縫，對(duì)防水、防腐蝕與承重的影響均可忽略不計(jì)。

此次試驗(yàn)的裂縫測(cè)試主要為宏觀(guān)可見(jiàn)裂縫，裂縫條數(shù)劃分以裂縫不連續(xù)為準(zhǔn)，逐條編序進(jìn)行測(cè)試。以折線(xiàn)長(zhǎng)度之和代表裂縫長(zhǎng)度，裂縫寬度是指該條裂縫寬度的最大值，使用讀數(shù)顯微鏡讀取裂縫寬度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

按下列公式計(jì)算裂縫總面積：

式中：Acr——試件裂縫名義總面積，mm2，對(duì)于纖維混凝土試件記作Afcr，對(duì)于對(duì)比用的基體試件記作Amcr；Wimax——第i 條裂縫名義最大裂縫寬度，取該裂縫中點(diǎn)附近裂縫寬度，mm；li——第i 條裂縫長(zhǎng)度，mm。

計(jì)算裂縫降低系數(shù)η：

表2 混凝土早期抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果

注：限裂等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：一級(jí)η≥0.7；二級(jí)0.55≤η＜0.7；三級(jí)0.40≤η＜0.55。

大板抗裂性能試驗(yàn)結(jié)果表明：編號(hào)為FH-0，F(xiàn)HW-0，F(xiàn)W-2 的3 塊混凝土大板使用風(fēng)扇吹過(guò)24 h 后搬到室外，再經(jīng)過(guò)28～60 d（室外溫度7～30 ℃）風(fēng)吹、日曬、雨淋，觀(guān)察裂縫的變化情況發(fā)現(xiàn)：

1）編號(hào)為FHW-0（摻纖維+膨脹劑）的混凝土不但沒(méi)有出現(xiàn)新的裂縫，而且早期產(chǎn)生的裂縫也基本全部閉合，僅存在1 條寬0.08 mm、長(zhǎng)4.0 cm 的微小裂縫。

2）編號(hào)為FH-0 單摻膨脹劑的混凝土在鋼筋部位增加少量的微裂隙，寬小于0.05 mm、長(zhǎng)3.0～5.5 cm 的裂縫4條，寬0.05 mm、長(zhǎng)2.5～6.0 cm 的裂縫4 條，寬0.11 mm、長(zhǎng)5.0 cm 的裂縫1 條。

3）編號(hào)為FW-2(單摻纖維)的混凝土表面新增寬0.05 mm、長(zhǎng)5.5～6.0 cm 的裂縫7 條，寬0.08 mm、長(zhǎng)3.0～5.0 cm 的裂縫2 條，早期產(chǎn)生的裂縫無(wú)閉合現(xiàn)象。分析認(rèn)為，新增裂縫同樣因混凝土體積收縮變形超過(guò)混凝土極限拉伸值所致。因混凝土中未摻膨脹劑，不能產(chǎn)生有效的膨脹能，故早期產(chǎn)生的裂縫無(wú)閉合現(xiàn)象。

4）編號(hào)為FHW-2-1 的混凝土(膨脹劑+摻纖維) 裂縫總面積39.55 mm2，裂縫降低系數(shù)為0.92。此配合比為施工推薦配合比。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）纖維對(duì)于塑性階段或硬化初期的混凝土具有良好的止裂作用；對(duì)于齡期稍長(zhǎng)的混凝土，纖維的功能則體現(xiàn)在阻止裂縫擴(kuò)展或使裂縫細(xì)化兩方面。

2）膨脹劑的效能則使一定寬度范圍內(nèi)的裂縫因混凝土的膨脹而閉合。

3）纖維和膨脹劑的共同作用抑制了混凝土的開(kāi)裂過(guò)程，這種將膨脹劑及聚丙烯纖維的特點(diǎn)合二為一的復(fù)摻混凝土無(wú)疑是抵抗混凝土開(kāi)裂的有效途徑之一。

［1］ 中國(guó)水科院材料結(jié)構(gòu)所.大體積混凝土[M].

［2］ 李東升，金正浩，等.混凝土冬季施工[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.