鋼纖維噴射混凝土在大壩加固中的運用

摘要：鋼纖維混凝土良好的抗裂性、彎曲韌性和抗拉與抗彎強度等性能，廣泛地應用于工程領域。

關鍵詞：噴射混凝土 鋼纖維 工程應用

1 概述

鋼纖維混凝土的應用起始于20世紀60年代。由于纖維的形狀、施工技術的提高和改進，從70年代起，鋼纖維混凝土成為商品并得到應用，其使用范圍也在不斷擴展。

鋼纖維混凝土是用一定量亂向分布的鋼纖維增強的以水泥為粘結(jié)料的混凝土，屬于一種新型的復合材料。由于其抗裂性特強、韌性很大、抗沖擊與耐疲勞強度高、抗拉與抗彎強度高，廣泛應用于道路、機場、橋梁、水工、港口、鐵路、礦山、隧道、軍事及工民建等工程領域。

鋼纖維噴射混凝土是通過管道輸送裝置在高壓作用下將摻入鋼纖維的混凝土拌合物高速噴射到施工作業(yè)面的的一項技術。

鋼纖維噴射混凝土首次于1973年在美國愛華達州得到應用，其后，將其成功應用于隧道襯砌、斜坡穩(wěn)定、涵洞、水庫等其他結(jié)構工程。

70年代，鋼纖維作為一種新工藝是為了加固噴射混凝土襯砌，它最顯著的特點是大大降低了過去那種繁重耗時的鋼筋網(wǎng)制作，而代之以機械化的連續(xù)的噴射混凝土施工。70年代末，瑞典曾對鋼纖維噴射混凝土的加固作用進行了大規(guī)模的試驗研究，包括鋼纖維噴射混凝土加固與鋼筋網(wǎng)噴混凝土加固效果的比較。70年代后期和80年代初期，加拿大廣泛開展了鋼纖維噴混凝土工藝的應用和研究，并將干拌法鋼纖維噴射混凝土工藝成功應用于巖石加固措施中。

2 工程概況

水庫是我國50年代初期建造的第一個混凝土連拱壩。大壩由20個垛、21個拱及兩端的重力壩組成，壩高75.9m，壩長510m，厚度只有0.5~1.8m。建成蓄水后支墩基本沒有大的裂縫，但拱內(nèi)裂縫較多。后多次進行了裂縫修補，并進行了兩次加固，仍有裂縫發(fā)展和新的裂縫產(chǎn)生，有的裂縫滲水，個別壩垛沉降較大且仍在發(fā)展。2001年佛子嶺水庫評定為三類壩。需要對其進行加固。加固方案中，主要是對大壩拱、垛的裂縫進行修補，軟弱風化巖體的回填。經(jīng)論證大壩左右兩岸的邊拱和上、下游面均采用噴射鋼纖維混凝土，垛內(nèi)采用現(xiàn)澆鋼纖維混凝土，垛內(nèi)增設水平隔板。

3 鋼纖維混凝土技術指標

大壩對地質(zhì)要求較高，抗震能力較差，對溫度變化和地基變形反應敏感。為恢復大壩的整體性，改善其應力條件，抑制裂縫的發(fā)展，加固方案要求垛內(nèi)鋼纖維混凝土噴射厚度為40~70cm，兩端拱上下游面分別為10~15cm。鋼纖維噴射混凝土總方量15000多m³。

其主要的技術指標為：

容重：2.3t/m³；抗壓強度：4.0mpa；抗拉強度：3.5mpa；抗折強度：6mpa；彎曲韌度指數(shù)：η₁₀為6~8，η₃₀為18~24，η_30/10為60~80；大板韌度試驗變形能量900~1000j（歐洲標準）。

4 材料

鋼纖維混凝土的原材料包括鋼纖維、水泥、水、骨料、外加劑以及混合材料。

（1）水泥：選用產(chǎn)量大、質(zhì)量穩(wěn)定、早期強度較高的巢湖東關水泥廠生產(chǎn)的p.o 42.5級水泥。

（2）粉煤灰：選用淮南平圩電廠生產(chǎn)的i級粉煤灰。

（3）鋼纖維：鋼纖維的類型對加固效果有著很大的影響，為達到較好的加固效果，通過鋼纖維噴射

作者簡介：唐祥勝（1970-），男，碩士生，講師，從事水利工程專業(yè)教學與研究。

混凝土試驗，采用上海貝卡爾斯有限公司和產(chǎn)的rc-65/35-bn和zp305型銑削型鋼纖維，兩端彎曲。長度在25~40mm，直徑在0.53~0.57mm，長徑比分別為64和55，抗拉強度為

1145~1545mpa。所用鋼纖維符合美國標準astma820的要求。

（4）骨料：用于噴射混凝土的骨料應有良好顆粒級配。細骨料顆粒級配見表1，粗骨料顆粒級配見表2。

表1  細骨料顆粒級配表

表2 粗骨料顆粒級配表

（5）外加劑：由于佛子嶺大壩垛內(nèi)加固厚度為70 cm，遠遠超過一般鋼纖維噴射厚度15~20 cm，因此選用既可增厚，又可以增加鋼纖維混凝土噴射強度，并具有微膨脹效果的山西混凝土外加劑廠生產(chǎn)的xpm外加劑。

（6）速凝劑：選用河南鞏義生產(chǎn)的8604型速凝劑，減少回彈，防止砼脫落。

（7）膨脹劑和高效減水劑：選用蒙城生產(chǎn)的uea低堿型高效減水膨脹劑，減少收縮和回彈，降低水灰比。

（8）配合比：鋼纖維噴射混凝土配合比見表3。

表3   鋼纖維噴射混凝土配合比表

5 施工設備

強制式混凝土攪拌機，meyco麥斯特噴射機，其功效輸送容量0~14m³/h，輸送距離300m，輸送高度100 m。

衡陽市興凱鋼纖維有限公司，始創(chuàng)于1993年，公司是國內(nèi)較早生產(chǎn)各類鋼纖維的專業(yè)廠家之一，年生產(chǎn)能力6000噸以上。熱誠歡迎國內(nèi)及海外客戶來電，來公司洽談業(yè)務。