黃如卉，李艷萍，雷秀玲，李中田

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春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、造價低、安全性好正在被國內(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。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，從原材料優(yōu)選和混凝土配合比設(shè)計方面開展研究工作，通過混凝土大板裂縫試驗，論證混凝土原材料對混凝土抗裂性能的影響。

2 面板混凝土抗裂性能試驗研究

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)計指標(biāo)為二級配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 級中熱硅酸鹽水泥，該水泥各項指標(biāo)滿足國標(biāo)GB200-2003 要求。

2）粉煤灰：選用遼寧省撫順市能港實業(yè)有限公司生產(chǎn)的Ⅰ級、Ⅱ級粉煤灰。檢驗結(jié)果滿足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（纖維長度19 mm、摻量0.6 kg/m3），以綜合評價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

通過混凝土配合比參數(shù)設(shè)計和試拌試驗，確定了滿足面板混凝土技術(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、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)力超過混凝土抗拉應(yīng)力時便產(chǎn)生了宏觀塑性裂縫?；炷恋氖湛s主要產(chǎn)生在初期，前14 d 的收縮超過前90 d 的50%，所以控制混凝土初期收縮是控制裂縫的關(guān)鍵。

通過混凝土大板干縮試驗來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，栓釘長度分別為50 mm 和100 mm，間隔布置?；炷脸尚? h 時后，用電風(fēng)扇吹試件表面，風(fēng)速距試件中心點為5m/s，成型24 h 后，觀察裂縫數(shù)量、寬度和長度，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裂縫與宏觀裂縫兩種，混凝土微觀裂縫必須借助顯微鏡才可見。微觀裂縫寬度范圍一般以0.05 mm 為界：裂縫寬度不小于0.05 mm 的稱為宏觀裂縫；裂縫寬度小于0.05 mm 的，屬無害裂縫，對防水、防腐蝕與承重的影響均可忽略不計。

此次試驗的裂縫測試主要為宏觀可見裂縫，裂縫條數(shù)劃分以裂縫不連續(xù)為準(zhǔn)，逐條編序進(jìn)行測試。以折線長度之和代表裂縫長度，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。試驗結(jié)果見表2。

按下列公式計算裂縫總面積：

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

計算裂縫降低系數(shù)η：

表2 混凝土早期抗裂性能試驗結(jié)果

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

大板抗裂性能試驗結(jié)果表明：編號為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24 h 后搬到室外，再經(jīng)過28～60 d（室外溫度7～30 ℃）風(fēng)吹、日曬、雨淋，觀察裂縫的變化情況發(fā)現(xiàn)：

1）編號為FHW-0（摻纖維+膨脹劑）的混凝土不但沒有出現(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4.0 cm 的微小裂縫。

2）編號為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3.0～5.5 cm 的裂縫4條，寬0.05 mm、長2.5～6.0 cm 的裂縫4 條，寬0.11 mm、長5.0 cm 的裂縫1 條。

3）編號為FW-2(單摻纖維)的混凝土表面新增寬0.05 mm、長5.5～6.0 cm 的裂縫7 條，寬0.08 mm、長3.0～5.0 cm 的裂縫2 條，早期產(chǎn)生的裂縫無閉合現(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)生的裂縫無閉合現(xiàn)象。

4）編號為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

1）纖維對于塑性階段或硬化初期的混凝土具有良好的止裂作用；對于齡期稍長的混凝土，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裂過程，這種將膨脹劑及聚丙烯纖維的特點合二為一的復(fù)摻混凝土無疑是抵抗混凝土開裂的有效途徑之一。

［1］ 中國水科院材料結(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：中國水利水電出版社，2008.