聚丙烯纤维混凝土是60年代末国外开发的一种新型混凝土材料。它具有能防止或减少裂缝、改善长期工作性能、提高变形能力和耐久性等优点因而在军事、交通、房建、机场、水利等类工程上得到了广泛的应用。我国从90年代初首先在道路、桥梁和房建工程中应用此类材料，取得良好的技术经济效果。但水利工程部门对聚丙烯纤维混凝土还只停留在试验阶段，仅有的一点试验成果也很不系统完整，影响了这一新材料在水利工程上的开发应用。在新世纪到来之际，水利建设正面临着新的发展机遇和挑战。作为国家的一项基础产业，水利部门不仅要以更快的速度建设更多的水利工程，而且在工程质量上也要满足更高的建设标准，要求进一步采用新技术、新工艺和新材料。与其它工程相比，水利工程对混凝土有着自己特殊的要求。特别是近年来出现了许多技术难度高的新工程结构，带来了水工混凝土一系列的新问题。例如，我国近十几年来得到迅速发展的面板坝以及许多板式结构的防裂问题、许多挡水、隔水结构的混凝土提高防渗性能的问题以及高坝建设带来的高速水流冲刷磨损问题等等。这些都要求提高水工混凝土的抗渗、防裂、耐磨、抗冲击、韧性、耐久性等综合性能。为了适应我国水利工程快速发展的形势，提高工程质量和长期效益，开展聚丙烯纤维混凝土的有关性能及其在水利工程上应用的研究，具有重要的现实意义，是十分必要的，也是十分迫切的。
白溪水库总库容1.684亿m3，属国家大（2）型水库，是以供水、防洪为主、兼顾发电、灌溉等效益的综合利用水利枢纽。水库大坝采用钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高124.4 m，在我国面板堆石坝中高度居第四位。大坝上游坝坡1:1.4，下游平均坝坡1:1.52，坝顶高程177.4m，面板厚度由坝顶至坝底为30~66cm，在面板厚度的中部布置20、22、25mm、间距2020cm的钢筋网。混凝土面板坝工程中，防止面板的裂缝和提高混凝土变形能力一直是主要技术问题之一。裂缝的产生不仅加大了大坝渗漏损失，降低了工程效益，而且使混凝土的耐久性降低，钢筋锈蚀，影响工程寿命。白溪水库大坝二期面板位于水位变动区，冬季经常受到寒流、大风等环境因素的作用，工作条件比较恶劣。防止或减少裂缝和提高面板抗变形能力，对延长面板工作寿命，保证大坝安全运行，十分必要。同时，白溪水库溢洪道末端流速达到35~37m/s，需要采取措施有效的防止混凝土的冲刷
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磨蚀。根据有关专家建议，经工程建设单位白溪水库建设指挥部、工程设计单位华东勘测设计研究院、施工单位水电十二局以及施工监理等共同研究，为了提高白溪水库工程混凝土的质量和耐久性，决定结合工程建设开展对聚丙烯纤维混凝土在水利工程上的应用研究。这个想法在2000年4月得到了水利部和两院院士、中国工程院副院长潘家铮等国内有关知名专家的关注和支持。经宁波市水利局同意申报，《聚丙烯纤维混凝土在水利工程上的应用研究》课题已列入水利部和宁波市2000年度科技创新项目计划（项目编号SCX2000-32）。
本项研究首先进行了国内外聚丙烯纤维混凝土的应用和研究情况的调研。在此基础上，开展了对聚丙烯纤维混凝土力学性能、防裂性能、变形、韧性、抗渗、抗冻、耐磨、抗冲击、耐久性、聚丙烯纤维砂浆防裂以及增韧细观结构等性能的室内试验研究。室内试验主要由南京水利科学研究院、浙江省水利水电河口海岸研究设计院及中科院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室等单位承担。在开展室内试验的同时，由工程指挥部、设计院、施工工程局、施工监理等共同在溢洪道进口及二期面板1#、3#和9#试验块开展了施工工艺的试验研究。在对聚丙烯纤维混凝土主要性能和施工工艺试验研究的基础上，于2000年邀请以中国工程院院士谭靖夷为首的专家组对白溪水库二期面板聚丙烯纤维混凝土试验研究进行了评审，专家组一致认为，试验技术路线正确、方法合理，所得结果可信。试验成果表明，掺加聚丙烯纤维可以明显减少混凝土收缩和开裂，改善混凝土的变形性能和提高耐久性，在自然条件下，紫外线长期辐射不会造成聚丙烯纤维混凝土性能的退化。聚丙烯纤维混凝土技术性能明显优于普通混凝土，增加的少量工程费用与取得的质量效益相比，经济上是可以接受的，建议在二期面板上应用。经过设计部门同意，2000年10月至12月，完成了二期面板（128.5m以上）聚丙烯纤维混凝土的施工，混凝土方量达11000m3。2001年3月下旬，又在溢洪道陡槽末端，进行了C40聚丙烯纤维混凝土和外掺硅粉抗磨蚀剂聚丙烯纤维混凝土的工程试验。此外，还对喷射聚丙烯纤维混凝土技术进行了现场试验。通过上述工作，已完成了水利部和宁波市2000年科技创新计划项目《聚丙烯纤维混凝土在水利工程上的应用研究》计划任务书规定的各项试验研究任务。现对试验研究的主要成果叙述如下。
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第二节 国内外聚丙烯纤维混凝土研究和应用现状和发展方向
聚丙烯纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烃类纤维。根据其生产过程可以分为两种。聚丙烯在熔融状态下经过牵拉使纤维分子定向，再挤压成薄片（flat sheet）或形成长丝（filament）。前者经过破碎、裂膜成为纤化纤维（fibrillated fiber），其断面一般为不规则、近似矩形，纤维之间有横向连接成网状；后者在纵向切断后成为圆形断面的复丝或单丝纤维。聚丙烯纤维比重为0.91，强度高，抗拉强度可达200~300MPa，弹性模量3400~3500 MPa，完全不吸水，为中性材料，与酸碱不起作用，熔点 160～170 ℃，燃点590℃。掺加在混凝土中的聚丙烯纤维长度一般为12-30 mm，直径几十微米。当掺量仅为混凝土体积的0.1%时，在1 m3混凝土中可以有数百万根至数千万根纤维随机分布，使混凝土性能得到很大改善。根据国内外的试验研究和工程应用经验，与常规混凝土比较，聚丙烯纤维混凝土有以下几方面的特点。
1．防止或减少混凝土收缩裂缝的产生。混凝土因失水收缩产生的裂缝主要是在早期发生。聚丙烯的掺入，可以在混凝土塑性阶段、变形模量较低时，有效地减小收缩和裂缝的发生，在硬化后期也可使干缩裂缝得到一定程度的抑制，从而使裂缝细化，使之对工程无害或少害。上述特性使聚丙烯纤维在板式结构中作为次要加强筋而得到最广泛的应用。
2．改善混凝土的变形特性和韧性。混凝土是一种由多种成分形成的非均质脆性材料，在各组成成分的结合处很容易产生集中应力使其进一步变脆。而聚丙烯纤维的加入，使混凝土的这一弱点得到很大改善。一是提高了混凝土的极限拉伸率。有大量试验资料证明，一定掺量的聚丙烯纤维混凝土的极限拉伸率比素混凝土提高0.5~2倍。二是大大提高了混凝土的韧性。普通混凝土在受拉伸、弯折而破坏时，一般为脆性断裂，在混凝土发生裂缝后就基本不能再承受荷载。而聚丙烯纤维混凝土在初裂缝发生后，仍有一定的承载能力，实质上是对外荷能量吸收能力的提高以及混凝土变形性能的改善。按照美国ASTM标准进行的韧度试验结果表明，聚丙烯纤维混凝土的韧度指数比普通混凝土增加15~70%。三是抗破碎性。普通混凝土在受压破坏后，往往成断碎状，而聚丙烯纤维混凝土在受压破坏后，仍能保持一定程度的整体性。
3．对混凝土强度性能的影响。试验证明，加入聚丙烯纤维，并不能提高混
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凝土的静力强度。但国外的试验表明，由于韧性改善，抗冲击能力可以提高2倍以上，抗磨损能力也可提高20~105%。
4．提高了混凝土的耐久性。由于聚丙烯纤维混凝土能大大减少裂缝发生和使裂缝细化，从而使混凝土的抗渗能力得到较大提高。根据国内外试验，掺加纤维后，混凝土渗漏可减少25~79%，抗渗标号从W10提高到W14。抗渗性能的改善必然使混凝土的抗冻融能力得到提高。许多文献还报导了聚丙烯纤维混凝土能显著减少海水等侵蚀性环境对钢筋的锈蚀作用。关于聚丙烯纤维混凝土在紫外光幅射下的寿命问题，国外一般认为，对混凝土或水泥制品不存在紫外老化问题。加拿大国家科学研究院建筑研究所的詹姆斯•皮奥都恩在《纤维混凝土手册》一书中指出：虽然聚丙烯在紫外线照射下将发生老化，但聚丙烯纤维水泥复合物在受到相当于若干年自然阳光的紫外线照射下，没有强度损失。英国Surrey大学研究纤维混凝土的专家汉南博士在他的一项长期研究中，进行了聚丙烯纤维复合水泥薄板人工气候老化试验。采用的复合板材中聚丙烯纤维体积含量达到4~8%，该板材放置在室内和露天自然条件下，在龄期分别为1、6、12月和2、3、5、10年时，测定了材料的弯曲韧度和弯曲应力。结论是：在10年时间内，未觉察到材料的老化。应当说，这种复合材料由于聚丙烯含量很高，老化对其性能的影响远比含量仅为0.1%的一般纤维混凝土要大得多。因此可以认为气候老化对聚丙烯纤维混凝土性能的影响是很小的。
5．聚丙烯纤维混凝土的施工性能。国内外大量实践表明，聚丙烯纤维混凝土的施工与常规混凝土没有大的不同，一般的施工方法都适用于聚丙烯纤维混凝土。但聚丙烯纤维混凝土在相同配合比下，坍落度比普通混凝土要降低30%左右。有的文献指出，聚丙烯纤维混凝土泌水速度降低，收面作业应比普通混凝土晚一些进行。
由于聚丙烯纤维混凝土具有上述良好的技术经济指标，在国内外得到了迅速而广泛的应用。80年代初，美国出现了第一个用于水泥制品的聚丙烯纤维专利商标Fibermesh，目前已有美、英、韩等国的产品。工程应用最初是在美国的军事工程，但很快发展到民用工程，主要是在板式结构中采用，如房建中的地坪、地下室底板和墙、路面、桥梁铺装层、机场跑道、停机坪等。在水利工程中，美国已在坝工修补、灌溉渠道衬砌、边坡防护等工程中进行了应用。由于聚丙烯纤
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维混凝土比普通混凝土有较高的粘稠性，用在喷射混凝土中，不但可以提高性能，还可以减少回弹损失，应用也日益广泛。我国是从90年代初开始引进，最初用于公路、桥梁工程，以后在房建中也越来越多的得到应用。目前国内已有多家工厂生产聚丙烯纤维以满足各行业不同混凝土施工需要。在我国水利工程上，聚丙烯纤维混凝土还只停留在试验阶段。在试验研究方面，国外在聚丙烯纤维混凝土的力学性能、耐久性、施工工艺、纤维增强机理等方面做了大量的工作，并且已编制了这方面的有关试验规范和技术标准。而我国只有上海同济大学、大连理工大学等院校做了一些研究工作，远远不能满足我国发展这项技术的要求。
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第三节 聚丙烯纤维混凝土主要性能的试验研究
本项聚丙烯纤维混凝土的室内试验主要进行了以下内容： 一．配合比试验方案的拟定 1．试验用原材料
（1） 水泥：为海螺牌525号普通硅酸盐水泥。经检验，该水泥在稠度、安定性、凝结时间、强度指标上均满足国标要求。
（2）粉煤灰：为宁波北仑电厂粉煤灰，经检验，符合二级灰要求。 （3）改性聚丙烯纤维：为东华大学研制，方大纺织化纤有限公司产品。其性能见表1。
表1 改性聚丙烯纤维的性能
纤维丝品种 比重/ g/cm3 纤维长度/mm 燃点/℃ 熔点/℃ 抗拉强度/ MPa 极限拉伸/ % 直径/μm 1# 2# 0.91 0.91 151 151 590 590 160~170 167.2~168.8 119.2 382.9 484 59.9 62~69 51 改性聚丙烯纤维利用熔融聚丙烯在通过细小喷丝孔径时的“附壁”效应，使改性剂分子带羟基的亲水助剂附在了纤维表面，加强了纤维的亲水性，从而增强了它与水泥的结合力。2#纤维是在1#纤维中加入防老化剂，以下试验中除专门说明外，采用的均为1#聚丙烯纤维。
（4）外加剂：采用水电十二局科研所混凝土外加剂厂生产的BLY引气减水剂及NMR高效减水剂。
（5）集料： 砂，石料性能详见表2
表2 砂石料性能
集料名称 砂 卵石5~20mm 卵石20~40mm 吸水率% 饱和面干表观密度g/cm3 细度模数 3.9 2.5 2.67 1.87 2.6 一 1.42 2.6 一 含泥量% 2.36 0.73 0.25 2．二期面板聚丙烯纤维混凝土配合比方案的拟定
本次聚丙烯纤维混凝土的配合比试验研究按照使用部位不同，主要进行了两
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种配合比试验。即为二期面板混凝土进行的配合比试验和为溢洪道抗磨混凝土进行的配合比试验。
白溪水库设计单位华东勘测设计研究院对大坝二期面板混凝土的设计指标为混凝土强度等级C25，抗渗标号W8，抗冻标号D100，含气量4-5%。南京水利科学研究院在《白溪面板混凝土配合比优化设计试验报告》中推荐的不掺纤维的混凝土配合比见表3，表中，粉煤灰掺量为15%，超量系数1.3。
表3 每立方米混凝土材料用量 kg/m3
水泥 254 粉煤灰 58 砂 627 卵石粒径 mm 5-20 20-40 638 638 BLY 2.99 NMR 2.24 水 123 聚丙烯纤维混凝土配合比试验方案的拟定中，为比较纤维的不同掺量以及粉煤灰掺量对混凝土性能的影响，纤维掺量分0、0.6、0.9、1.2 kg/m3 4个等级，粉煤灰的掺量分等量替代和超量替代（超量系数1.3）两种。由于纤维的掺入会减小坍落度, 粉煤灰掺量对坍落度也有一定影响。为保持未掺纤维前的坍落度，在不加纤维混凝土的配合比基础上，采取了两种措施。对粉煤灰等量替代的，砂率调整为0.37。对粉煤灰超量替代的，砂率调整为0.35，并通过适当加大水灰比来保持原坍落度，见表4。粉煤灰超量取代的还增加纤维含量为0.9、1.2及1.5 kg/m3的各一组，为维持水灰比和坍落度与不掺纤维的混凝土基本不变，每方混凝土增加10kg水泥用量，见表5。
表4 聚丙烯纤维混凝土配合比(一)
粉煤灰 水掺超量 胶砂率量 系数 比 % % 15 1 0.38 37 15 1 0.40 37 15 1 0.40 37 15 1 0.41 37 15 1.3 0.42 35 ∕ ∕ 0.41 38 坍落水粉煤度cm 泥 灰 6~8 6~8 6~8 6~8 6~8 6~8 254 254 254 253 254 300 45 45 45 45 58 ∕ 每立方混凝土材料用量 kg/m3 NMR 聚丙卵石卵石BLY (0.75烯纤砂 5~20 20~40 (1%) %) mm mm 维 0 695 617 617 2.99 2.24 0.6 689 613 613 2.99 2.24 0.9 688 612 612 2.99 2.24 1.2 686 610 610 2.98 2.24 0.9 643 621 621 2.98 2.24 0.9 710 605 605 3.00 2.25
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编号 A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 水 114 120 121 123 125 124 表5 聚丙烯纤维混凝土配合比(二)
粉煤灰 水 每立方混凝土材料用量 kg/m3 坍落NMR 超量 胶 砂率 聚丙卵石卵石编号 掺量 粉煤 度 BLY 系数 比 (%) 水泥 烯 砂 5~20 20~40 (0.75(1%) (cm) (%) 灰 mm mm %) 纤维 B-1 15 1.3 0.415 34 3.8 252 58 0 623 633 633 2.22 2.97 B-2 15 1.3 0.414 34 3.4 262 61 0.9 615 625 625 2.32 3.09 B-3 15 1.3 0.418 34 3.8 262 61 1.2 615 625 625 2.32 3.09 B-4 15 1.3 0.421 34 4.3 262 61 1.5 615 624 624 2.32 3.09 3．抗磨聚丙烯纤维混凝土配合比方案拟定
溢洪道陡槽底板为C40高强钢筋混凝土，（除最上游一块）。在第十二工程局施工科学研究所提供混凝土配合比基础上，保持混凝土水泥用量不变，坍落度基本不变，拟定了聚丙烯纤维掺量为0、0.6、0.9、1.2kg/m3及掺0.9kg/m3聚丙烯纤维加37kg/m3硅粉混凝土抗磨蚀剂共五种混凝土配合比方案。见下表。
表6 抗磨聚丙烯纤维混凝土试验配合比 编 号 C-1 C-2 C-3 C-4 C-5 C-6 水 胶 比 0.37 0.38 0.38 0.39 0.29 0.32 砂率 % 30 30 30 30 29 30 坍 落 度 5~7 5~7 5~7 5~7 5~7 5~7 水 泥 309 309 309 309 309 272 砂 596 596 593 593 575 607 每方混凝土材料用量kg/M3 卵石mm 聚丙烯 HLC-III NMR 水 20-40 40-80 纤维 426 714 114 0 2.31 — 426 711 117 0.6 2.31 — 426 711 118 0.9 2.31 — 423 708 121 1.2 2.31 — 433 723 102 0.9 37 — 435 724 100 0.9 37 — 水 123 128 129 130 5-20 284 284 284 284 287 291 注：大石：中石：小石=0.5：0.3：0.2
混凝土中掺入聚丙烯纤维，坍落度略有下降，通过适当增加用水量来调整。掺入硅粉抗磨蚀剂，坍落度增加，通过减少用水量使混凝土坍落度保持基本一致。试验的试件均由三级配混凝土拌和后，经孔径40mm筛湿筛后制作成型（除特殊注明）。
二．拌合物性能试验
拌合物性能试验主要试验纤维对拌合物的含气量、坍落度随时间变化特性、初凝和终凝时间以及对泌水速度的影响。其结果见表7及图1。
由表7可以看出，聚丙烯纤维的掺入对混凝土含气量无影响；掺入纤维后，混凝土初凝提前1~1.5h，终凝也略有提前，但凝结时间与纤维的掺量之间尚未发现规律性的变化；纤维掺量对坍落度随时间变化特性也没有明显变化规律。
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表7 聚丙烯纤维混凝土拌合物性能
粉煤灰 纤维掺量 含气量 编号 3% 掺量 超量系数 kg/m A-1 15 1 0 4.5 A-2 15 1 0.6 5.0 A-3 15 1 0.9 4.9 A-4 15 1 1.2 5.0 A-5 15 1.3 0.9 4.1 A-6 － 0.9 4.6 － 凝结时间 初凝 终凝 8:42 10:25 7:10 8:40 7:00 9:06 7:10 9:15 7:20 9:45 7:35 10:00 容重 kg/m3 2320 2300 2305 2320 2311 2300 坍落度 cm 0 0.5h 1.0h 7.0 3.1 1.5 8.1 一 1.9 8.1 4.5 2.3 6.6 3.7 2.4 7.1 4.8 2.2 6.1 5.9 0.7 50泌水总量Vw（克）4030201000200400600时间（分钟）泌水总量VB-1/g泌水总量VB-2/g图1 泌水总量随时间变化对照曲线
由图1可以看出，聚丙烯纤维的掺入明显减少塑性混凝土表面析水，表现为泌水率下降，泌水推迟20min开始，提早30min结束。
三．力学性能试验
力学性能试验主要进行了抗压、抗拉和抗折试验。 1．聚丙烯纤维混凝土试验结果见表8。
表8 聚丙烯纤维混凝土的力学性能
聚丙烯 编号 掺量 超量系掺量 % 数 A-1 15 1 0 A-2 15 1 0.6 A-3 15 1 0.9 A-4 15 1 1.2 A-5 15 1.3 0.9 A-6 0 0 0.9 B-1 15 1.3 0 B-2 15 1.3 0.9 B-3 15 1.3 1.2 B-4 15 1.3 1.5 粉煤灰 抗压强度 MPa 7d 28.3 25.6 23.1 23.2 25.7 25.6 29.5 28.2 27.8 28.1 28d 60d 90d 37.6 33.3 33.2 32.9 34.2 34.3 39.2 37.5 39.4 43.6 38.6 38.7 35.2 35.9 35.3 37.7 35.4 37.8 42.4 42.6 36.6 40.0 抗折强度 MPa 28d 3.89 3.63 3.89 3.98 3.96 4.23 3.89 4.08 4.13 4.25 抗拉强度MPa 7d 2.64 2.58 2.31 2.14 2.10 2.98 28d 3.16 3.11 3.20 3.11 2.87 3.07 由表8可以得出以下几点：
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（1）A-2~A-4各组因比不掺纤维的A-1组水灰比略大，抗压、早期抗拉均稍有下降，28天抗拉强度与不掺基本相同，除小掺量的纤维混凝土外，其余的抗折强度比不掺纤维的混凝土略有增加。强度指标超过了设计要求。
（2）B组掺纤维混凝土在增加用水量的同时，增加了水泥用量，因此，其强度指标一般均高于不掺纤维的混凝土。
（3）掺入粉煤灰对强度指标有一定影响。当纤维掺量相同，不掺粉煤灰的混凝土（A-6）早期抗压、抗拉、抗折强度均高于掺粉煤灰混凝土（A-3，A-5），但龄期为60天和90天，粉煤灰超掺组抗压强度最高。
2．抗磨聚丙烯纤维混凝土
抗磨聚丙烯纤维混凝土的力学性能见表9。
表9 抗冲磨聚丙烯纤维混凝土力学及变形性能
编 号 C-1 C-2 C-3 C-31 C-4 C-5 C-6 水泥 纤维 HLC-Ⅲ 用量 掺量 kg/m3 3kg/m kg/m3 309 0 - 309 0.6 - 309 0.9 - 309 0.9 - 309 1.2 - 309 0.9 37 272 0.9 37 抗压强度MPa 7d 48.1 44.7 44.2 44.6 43.6 60.2 49.7 28d 56.4 53.4 53.5 53.1 53.5 72.7 64.3 极限引伸抗拉强度 抗拉弹模 率 MPa 104MPa -6×10 28d 28d 28d 3.92 3.5 123 4.00 3.4 132 4.06 3.4 134 4.20 3.0 150 4.08 3.2 137 5.44 3.4 154 5.32 4.0 148 注：C-31混凝土配合比同C-3，用3#聚丙烯纤维。
试验表明，由于聚丙烯纤维混凝土的水灰比大于普通混凝土，因此抗压强度比普通混凝土有所降低，但随着龄期增加，抗压强度降低值减小；聚丙烯纤维混凝土的抗拉强度比普通混凝土提高2-4%，且提高值随纤维掺量的增加而增加。掺0.9kg/m3纤维和37kg/m3硅粉抗磨蚀剂使混凝土各项性能有较大幅度提高。
四．变形性能和韧性试验
主要进行了两种聚丙烯纤维混凝土的变形模量、极限拉伸率和二期面板聚丙烯纤维混凝土的弯曲韧性系数试验。二期面板聚丙烯纤维混凝土的试验结果见表10、抗磨聚丙烯纤维混凝土的试验结果见表9。
1．二期面板聚丙烯纤维混凝土的变形和韧性性能
表10中的弯曲韧性系数测定按照《钢纤维混凝土试验方法》（CECS 13：89）进行，该法与美国材料试验协会（ASTM）标准C1018相同。在评价韧性系数时，
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则按日本土木工程协会方法（JSCE-SF4）。有文献指出：日本JSCE-SF4法比美国ASTM C 1018可更好体现纤维混凝土韧性。弯曲韧性系数（FJSCE）的计算公式为：
FJSCE=TJSCEL/(BH2L/150) 式中：
FJSCE 一弯曲韧性系数，MPa；
TJSCE一 当挠度为0~L/150时，荷载~挠度曲线下所覆盖的面积（kN-mm）； L一 试验时的跨度（mm）；
B，H一 试验试件断面的宽和高（mm）。
表10 聚丙烯纤维混凝土变形特性及弯曲韧性系数 极限引伸 弹性模量弯曲韧性系粉煤灰 聚丙烯纤维 10-6 104MPa 数MPa 编号 超量系28d 7d 28d 28d 掺量 % 掺量kg/m3 7d 数 A-1 15 1 0 96 108 3.07 3.41 0.75 A-2 15 1 0.6 107 115 2.92 3.19 0.79 A-3 15 1 0.9 104 117 2.73 3.09 1.01 A-4 15 1 1.2 108 125 2.88 3.04 0.91 A-5 15 1.3 0.9 89 104 2.85 3.25 0.81 A-6 0 0 0.9 123 130 2.84 2.97 0.98 B-1 15 1.3 0 0.50 B-2 15 1.3 0.9 0.80 B-3 15 1.3 1.2 1.18 B-4 15 1.3 1.5 1.02 20荷载（kN）20151050050100150挠度(1/100mm)200250-50050100150200250挠度（1/100 mm）荷载(kN)151050-50图2聚丙烯纤维混凝土弯曲荷载─挠度曲线 图3 素混凝土弯曲荷载─挠度曲线
由表10可见以下各点：
（1）纤维混凝土的弹性模量约比不掺纤维混凝土低5-13%；
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（2）除A组中超量替代的A-5组外，纤维混凝土各组的极限引伸率均大于普通混凝土。 聚丙烯纤维掺量1.2kg/m3组的28天极限引伸值比普通混凝土提高16%。纤维混凝土的低弹模和高极限引伸率说明其变形能力优于普通混凝土，因而有利于面板混凝土抗裂。
（3）聚丙烯纤维混凝土最主要的特点之一是具有较高的韧性。表中聚丙烯纤维混凝土的弯曲韧性系数比普通混凝土提高的幅度：A组为5-35%，B组为60-136%。掺与不掺纤维混凝土的弯曲试验的典型荷载~挠度曲线如图2和图3。从曲线中可以看到，当荷载达到峰值时，试件出现第一条裂缝，此时普通混凝土很快卸载，试件随即断裂而完全失去承载能力，荷载挠度曲线延伸较小。而纤维混凝土试件在发生初裂后，虽然承载能力也下降，但仍可在一段较长时间内继续承受一定荷载，它的峰后覆盖面积比不掺纤维的混凝土大，表明纤维混凝土有较高的对荷载能量的吸收能力，也表明了纤维混凝土对动荷载的较高抗力。纤维混凝土的较高韧性说明了混凝土的传统脆性弱点得到改善，这对支承在堆石坝体和反滤砂砾石层上的面板混凝土，适应沉陷和水荷载下的变形、防止裂缝的发生具有重要意义。
（4）A-3、A-6两组具有相同的纤维掺量和胶凝材料用量，而A-3粉煤灰为掺量为15%的等量取代，A-6则不掺粉煤灰。A-6的28天极限引伸率比A-3高11%，弹性模量低4%。
2．抗磨聚丙烯纤维混凝土的变形性能
由表9可以看出，掺2#聚丙烯纤维的混凝土极限引伸率提高7-11%，抗拉弹模下降，即混凝土刚度下降，变形能力提高。而掺3#聚丙烯纤维的混凝土比普通混凝土极限拉伸率提高22%，绝对值达到150μ，与其他配合比相同的掺2#
图4 2#丝电镜照片 图5 3#丝电镜照片 纤维的混凝土相比，极限引伸率提高12%，抗拉强度也有3%的提高。这主要因
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为3#纤维的表面经特殊处理，断面呈棱角状，因而加大了与水泥材料的握裹力，使聚丙烯纤维混凝土的极限拉伸率提高。见扫描电镜照片图4及图5。
五．干缩试验
1．二期面板聚丙烯纤维混凝土的干缩试验
聚丙烯纤维混凝土的干缩试验按规程进行。结果见表11。结果表明，掺与不掺聚丙烯纤维，在28天时，混凝土干缩率基本相同，粉煤灰超量系数为1.3一组的干缩比普通混凝土少8%，但在60天到90天时，聚丙烯纤维混凝土的干缩量普遍比素混凝土的小，其中仍以粉煤灰超量系数为1.3一组的干缩最小，比不掺纤维的混凝土少12%。 编号 A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 表11 各组混凝土干缩率试验结果 （单位：10-6） 3d 7d 14d 28d 60d 107 191 275 401 506 109 204 284 407 504 105 182 273 390 478 112 190 283 405 490 106 184 267 370 465 114 188 270 400 510 90d 554 540 513 528 495 554 2．抗磨聚丙烯纤维混凝土的干缩试验 成果见表12。
表12 聚丙烯纤维抗冲磨混凝土干缩性能 -6HLC-干缩率×10 纤维掺量编号 Ⅲkg/m3 kg/m3 3d 7d 14d 28d 60d C-1 0 58 101 235 347 487 — C-2 0.6 63 114 257 384 554 — C-3 0.9 69 117 248 377 528 — C-4 1.2 61 112 252 382 549 — C-5 0.9 37 68 148 278 390 509 90d 535 597 560 584 532 表12的结果与表11有所不同。聚丙烯纤维混凝土的干缩均比普通高强混凝土略大，纤维与硅粉抗磨蚀剂共掺组早期增加较多，但90天时其收缩已低于普通高强混凝土。总的看，掺入聚丙烯纤维对混凝土干缩量影响不大。
六．抗渗抗冻试验研究
聚丙烯纤维混凝土进行了抗渗和抗冻两项指标的试验。试验只对二期面板聚丙烯纤维混凝土进行。
1．抗渗性
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抗渗性试验结果列于表13。
表13 混凝土抗渗试验结果 编号 A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 粉煤灰 超 量 掺量/% 系 数 15 1 15 1 15 1 15 1 15 1.3 — — 纤维掺量/kg/m3 0 0.6 0.9 1.2 0.9 0.9 渗水高度/cm 逐级加压到逐级加压到0.9MPa 2.1MPa 2.6 6.9 3.1 3.5 2.3 5.8 3.3 5.0 2.0 — 3.3 — 结果表明：各组混凝土抗渗标号均大于W20，大大超过设计要求。掺纤维混凝土虽然水灰比比不掺纤维混凝土的大，在最终加压为2.1MPa时，其渗水高度比不掺纤维的混凝土减少16~49%，抗渗能力优于素混凝土。
2．抗冻性
抗冻试验是按快冻法进行。试验结果列于表14，在开始50次冻融循环，抗冻性差别不大。冻融循环次数增加后，粉煤灰等量取代水泥的A组混凝土中，不掺纤维的A-1混凝土的抗冻指标为100次；掺 0.6 kg/m3的 A-2混凝土抗冻指标为150次；而纤维掺量≥ 0.9 kg/m3的A组各组混凝土，抗冻指标都大于或等于200次。聚丙烯纤维的掺入可使混凝土抗冻标号从100次至少提高到200次，聚丙烯纤维在提高混凝土的抗冻性上作用十分显著。从表14可看出，冻融循环后，各组混凝土失重较小，而相对动弹性模数下降较多，说明混凝土冻融破坏主要是混凝土内部产生微裂缝造成，而掺入聚丙烯纤维有助于抑制和减少微裂缝的产生和发展，从而提高了混凝土的抗冻性。混凝土冻融循环后抗弯强
表14 混凝土的抗冻试验结果 50冻融循环 100冻融循环 150冻融循环 200冻融循环 冻融循重量 相对动重量 相对动重量 相对动重量 相对动环后抗编号 弹 损失率弹 损失率弹 损失率弹模数弯强度损失率MPa % % 模数% % 模数% % % 模数% A-1 0 99.4 0.50 84.6 0.92 <60 4.2 — — A-2 0 98.4 0.39 87.9 1.03 83.2 2.12 56.7 3.8 A-3 0 98.8 0 91.1 0 89.9 0.72 79.5 6.4 A-4 0 96.2 0.21 92.0 0.50 84.0 1.21 73.9 4.7 A-5 0 96.0 0 94.6 0 92.0 0.12 77.4 6.0 A-6 0 98.5 0 91.4 0 90.5 0.18 77.2 5.7 注：1 .冻后抗弯强度，A-1组冻融150次，其他均为冻融200次后测试。
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2.按“水工混凝土试验规程”SD105-82规定，当相对动弹性模数下降至60%或重量损失率达5%，认为试件已达破坏。
度的数据也充分证明了上述结论。
七．聚丙烯纤维阻裂作用试验
纤维对混凝土早期硬化阶段的阻裂作用试验，国内外都没有标准方法。本次试验采用了美国Paul P. Kraai在1982年建议的测定混凝土塑性收缩裂缝的方法。试件浇注于尺寸为610mm×915mm×19mm的木模中，木模底板与四侧边衬塑料薄膜，以防木模吸水，离木模周边约20mm处固定20×20mm钢丝网或Ф8钢筋，以形成对混凝土收缩变形的约束。浇注后不养护，立即以约5m/s的风速吹试件表面，加速试件表面水份蒸发，连续吹24 h后，测定试件表面的裂缝宽度和长度，用表15所示的权值加权计算其开裂指数以评定抗裂能力。 裂缝宽度d（mm） 权值 表15 计算开裂系数的权值 d≥3 3>d≥2 2>d≥1 3 2 1 1>d≥0.5 0.5 d<0.5 0.25 由于该法所用试样厚度很小，只能采用砂浆试件，其配合比见表16。表中，3-1和3-2两组试件水泥、粉煤灰、砂和水的比例分别按照表4中A-1和A-3的配合比数据，但去掉了石子。在约束方式上，1-1及1-2两组采用在周边设置钢筋，试验发现此种约束过强，造成裂缝集中发生在周边钢筋附近，与实际情况不符。因此后两组试验改用铁丝网约束，效果较好。试验结果见表17。
表16 阻裂试验砂浆配合比 纤维体积掺约束方BLYNMR试验组次 水泥 粉煤灰 砂 水 备注 % % 量 kg/m3 式 1-1 0.85 0.15 1.5 1 0.75 0.372 - 钢筋 河砂 1-2 0.85 0.15 1.5 1 0.75 0.372 0.9 2-1 1 - 1.5 - - 0.5 - 钢丝网 标准砂 2-2 1 - 1.5 - - 0.5 0.9 3-1 1 0.176 2.75 1.18 0.88 0.385 - A-1砂浆 钢丝网 3-2 1 0.176 2.71 1.18 0.88 0.405 0.9 A-3砂浆 试验中发现，第一组砂浆板，风吹6h后，裂缝出现在试件四周设置钢筋的部位及与木模四边，不掺纤维砂浆的裂缝长而粗，且在试件一角有一条长33.5cm、宽0.05~0.2mm的细缝；掺纤维砂浆的裂缝短而细，试件内没有裂缝。第二组砂浆板，由于改变了周边约束方式，裂缝主要出现在整个面板上，掺纤维砂浆的裂缝在长度和宽度上均少于不掺纤维的砂浆，裂缝系数减少58%。第三组砂浆板，
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只有不掺纤维的板上有6cm长，0.2mm宽的裂缝，纤维砂浆板上则无裂缝。由表17，纤维混凝土的开裂系数仅为普通混凝土的42-46%，阻裂作用明显。
表17 纤维砂浆阻裂试验结果 纤维掺不同裂缝宽度d的裂缝长度(cm) 开裂编号 对比值 量kg/m3 3>d≥2 2>d≥1 1>d≥0.5 d<0.5 指数 1-1 1-2 2-1 2-1 3-1 3-2 - 0.9 - 0.9 - 0.9 29.4 101.4 11.7 78.3 52.5 94.2 70.8 117 75.3 97.8 45.1 100 46 100 42.4 备注 室温27.5℃ 相对湿度82% 室温30℃ 相对湿度63% 室温30℃ 相对湿度75% 131.4 181.4 119.7 77.0 6 0 1.5 0 八．聚丙烯纤维及聚丙烯纤维砂浆在紫外线辐射下的老化试验
关于在紫外线作用下的纤维混凝土耐久性，国内外都没有试验标准，文献报导也很少。本次试验中采用氙灯人工气候老化箱来加速老化。参照国标《塑料氙灯光源曝露试验方法》（GB9344-88），用人工方法模拟和强化在自然气候中受到的光、热、氧、湿气、降雨等环境因素的作用。限于老化箱的尺寸限制，试件不能做得太大，因此，均采用砂浆试件。试验老化条件为：辐射强度1000±200w/m2，黑板温度65℃，每12h为一循环，每循环中，光照11.5h，降雨0.5h。老化总时间500小时。
老化试验内容为：
1）聚丙烯纤维丝在裸露条件下及在不同厚度砂浆板遮盖时，老化48h、125h及250h后的性能变化。
2）掺与不掺聚丙烯纤维砂浆试件老化对比：砂浆试件尺寸为：抗压试件444cm，抗折试件2212cm；抗拉试件为小8字，抗渗试件为上直径7cm，下直径8cm，高为3cm的截头圆锥。试件成型后标准养护28天，分别测试老化前、老化250h和老化500h的各项性能。
试验结果见表18、表19及图6和图7。在上述老化条件下，裸露的普通聚丙烯纤维丝（1#丝），在24h氙灯照射后，性能严重下降，断裂强度降到44%，伸长率已基本丧失。掺加了抗老化剂的2#丝断裂强度也降到只有54%，伸长率仅为原来的35%。但水泥砂浆板对紫外线辐射有很大的防护作用。2mm厚砂浆板遮盖下老化48h后，1#丝断裂强度保留率为85%，伸长率保留率23%；2#丝
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断裂强度和伸长率的保留率分别为91%和80%。2.4mm砂浆板保护下，老化125h后，1#丝断裂强度和伸长率的保留率分别为74%和9%，2#丝断裂强度保留率和伸长率保留率分别为75%，68%。加大砂浆板厚度后，效果十分明显。表18的结果表明，当砂浆板厚度从2.5mm加大到5mm时，1#丝断裂强度保留率和伸长率保留率分别提高1.15倍和2.8倍。而2#丝在5mm砂浆板保护下，老化250h后断裂强度保留率和伸长率保留率分别为98%，99%，也就是基本没有老化。以上成果完全说明，紫外线对混凝土包裹中的聚丙烯纤维的老化影响深度很小，在3、4mm的深度以内，即没有明显的影响，尤其是对采取了抗老化措施的纤维，老化的影响更小。可以得出结论，对于厚度在30cm以上的二期面板，无需担心聚丙烯纤维的老化问题。
表18 聚丙烯纤维丝裸露及砂浆板遮盖条件下老化结果 1# 2# 老化时间 试验条件 测试项目 实测指标/保留率hr 实测指标/保留率(%) (%) 119.2 285.2 断裂强度/MPa 0 484 99 伸长率/% 裸露丝 53/44 154.2/54 断裂强度/MPa 24 <5/<0.01 35/35 伸长率/% 100.7/85 259.6/91 断裂强度/MPa 2mm砂浆48 遮盖 109.7/23 80/80 伸长率/% 88.6/74 214.2/75 断裂强度/MPa 2.4mm砂125 浆遮盖 44.2/9.1 66.9/68 伸长率/% 101.1/85 _ 断裂强度/MPa 2.5mm 250 砂浆遮盖 59.2/12 _ 伸长率/% 114/96 274.6/96 断裂强度/MPa 3.8mm 250 砂浆遮盖 89.8/19 81.4/82 伸长率/% 116.3/98 280.5/98 断裂强度/MPa 5.0mm 250 砂浆遮盖 163.6/34 98/99 伸长率/% 砂浆试件经过250h，500h老化，掺聚丙烯纤维砂浆的抗压、抗拉和抗折强度都比老化前高，且其增长幅度比不掺纤维的素砂浆高，见表19。说明经过紫100100外辐射后，砂浆整体强度没有变化。但是，素砂浆和掺纤维砂浆老化后的抗渗性9090806040200保留百分数(%)保留百分数(%)能均有下降，掺纤维砂浆在老化开始时的下降速度要比素砂浆快，但在250h老7070化后，其抗渗性能有不再下降的趋势，但素砂浆在初期虽抗渗性下降得少些，而5050后期还有下降的趋势。试验结果说明：氙灯老化对聚丙烯纤维混凝土力学性能无3030影响。对掺与不掺纤维混凝土抗渗性均有影响，其原因还有待进一步研讨。 1010020406080砂浆板厚度2.53.85砂浆板厚度3.85mm 强度伸长率强度mm伸长率17 图6 1#丝老化与砂浆板厚度关系 图7 2#丝老化与砂浆板厚度关系
表19 砂浆老化试验结果
项 目 聚丙烯纤维掺量/kg/m3 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 抗弯强度/MPa 透水压力/MPa 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 抗弯强度/MP 透水压力/MPa 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 抗弯强度/MPa 透水压力/MPa 不掺纤维砂浆 — 28.4 3.8 8.81 >1.5 46.1/162 4.22/111 9.75/111 1.2 34.2/120 4.74/125 8.63/98 0.9 掺纤维砂浆 0.9 30.3 4.0 9.38 >1.5 49.8/165 5.08/127 10.69/114 0.6 41.0/135 5.72/143 11.25/120 0.6 实测指标/保留率/% 实测指标/保留率/% 老化前 老化250h 老化500h 需要指出，由于对聚丙烯纤维混凝土的气候老化试验缺乏经验，为了达到加速老化、缩短试验周期的目的，本次试验采用了辐射强度为1000±200w/m2 的氙灯。而美国材料试验协会规程ASTM D 4355-92 对土工织物老化条件规定的氙灯辐射强度仅为0.35w/m2。我国纺织用纤维老化时间按规程只进行24小时。在0.35w/m2的强度下，聚丙烯土工织物经500h老化，断裂强度保留率为63%。冬天的太阳辐射强度约0.35w/m2，夏日的辐射水平约0.55w/m2。本试验采用的辐射强度约相当于地面上太阳辐射强度的2200倍。考虑到自然条件下，平均1天内太阳日照时间约10h，则老化箱内24h辐射总量相当于自然条件的5300天。人工老化箱加速老化与自然条件在时间上的对应关系与老化箱内条件和试验材料的种类有关，国内外尚未有关于聚丙烯纤维混凝土人工气候老化的报道，因此本试验中老化箱与自然条件在时间上的对应关系尚不清楚。尽管如此，从以上情况可以看到，本次试验老化条件是十分苛刻的。这更说明，在自然条件下，聚丙烯纤维混凝土老化不会存在问题。
上述结论与国外的工程实践经验相一致。国外聚丙烯纤维混凝土的广泛应用已有近20年的历史。加拿大国家施工研究协会90年出版“纤维混凝土手册”指出，在聚丙烯纤维中加入0.25%商售抗氧化剂后，估计水泥体系中的聚丙烯纤维在25℃环境下的寿命将超过30年。韦斯特混凝土桩制造公司，1969年就用聚
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丙烯纤维制桩。美国在1989~1995年使用聚丙烯纤维混凝土修复Sury Mountain坝、Palmer Pond坝、Webber坝及Croton坝，工程量约为26000立方码，至今完好。英国在1984年采用聚丙烯纤维兴建的工程，也完好无缺，故在聚丙烯纤维制造过程中，加入抗氧防老剂，在水泥混凝土保护下，可有足够长的使用寿命。
九．抗冲磨抗冲击试验
抗冲磨及抗冲击试验只对抗磨聚丙烯纤维混凝土进行。 1．抗冲磨试验
按照美国材料试验协会ASTM C1138-89方法进行。该方法模拟高速挟砂水流对过流面冲磨破坏而设计。由转速为1400转/min的叶轮带动水和70个大小不等的钢球磨擦试件表面72小时，根据冲磨后试件的失重来计算混凝土抗冲磨强度。试件尺寸为圆柱形ф285×100mm，抗冲磨装置如图8，试验结果见表20。
表20 抗磨蚀试验成果
编 号 C-1 C-2 C-3 C-4 C-5 聚丙烯纤维 掺量kg/m3 0 0.6 0.9 1.2 0.9 HLC-Ⅲ kg/m3 — — — — 37 抗冲磨强度 h/kg/m2 6.83 9.06 10.14 10.78 13.75 抗冲磨强度 相对倍数 1 1.33 1.49 1.58 2.02
图8 抗冲磨试验装置示意图
由表20可见，聚丙烯纤维的掺入，可提高混凝土抗冲耐磨性能。随着纤维掺量增加，混凝土抗冲耐磨性能随之提高的幅度越大。掺0.6、0.9、1.2kg/m3聚丙烯纤维的纤维混凝土，抗冲磨强度比C40普通高强混凝土分别提高33%、49%和58%，当硅粉抗磨蚀剂和聚丙烯纤维共掺时，其抗冲磨性能显著提高，与
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C40高强混凝土相比提高1.02倍。如果不考虑聚丙烯纤维和硅粉的互相作用效应，则单独硅粉提高抗磨蚀能力的贡献为0.36倍。
2．抗冲击试验
采用落锤法进行抗冲击试验，试验方法见图10。
1．按表6配合比拌合混凝土，用20mm筛湿筛后成型试件，试件尺寸为Φ150×64mm，标准养护28天后进行试验。
2．冲击锤2.0kg，下落高度h=900mm。
3．冲击锤中线与试件中心线对齐，测试时，冲击锤自由落下。 4．依据美国混凝土协会AC1544委员会推荐的方法计算冲击能量。 W = n·mgh 其中：w—冲击能量，N . m n—锤击次数；
h—冲击锤下落高度，m； m—冲击锤质量，kg；
g—重力加速度，m/s2。 图10 抗冲击试验示意图 试验时，将2kg重的落锤从900mm高度自由落下，当试件出现裂缝时，记录冲击次数，试验结果见表21。
编 号 C-1 C-2 C-3 C-4 C-5 表21 聚丙烯纤维抗冲磨混凝土抗冲击性能试验结果 锤击 锤击能量 纤维掺量 HLC-Ⅲ kg/m3 kg/m3 次数 N·m 0 10 176.4 — 0.6 18 317.5 — 0.9 44 776.2 — 1.2 48 846.7 — 0.9 37 61 1076.0 试验结果表明：
（1）聚丙烯纤维的掺入大大提高了混凝土的抗冲击性能，纤维掺量为0.6kg/m3时，抗冲击能力提高近一倍，纤维掺量为0.9、1.2kg/m3时，混凝土抗冲击能力分别提高3.4倍和3.8倍。掺12%硅粉抗磨蚀剂加0.9kg/m3纤维的混凝土，比素混凝土抗冲击能力提高5.1倍。
（2）聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3时，混凝土抗冲击能力提高幅度较大，比掺量为0. 6kg/m3的纤维混凝土增加抗冲击能力1.4倍。相比而言，纤维掺量为
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1.2kg/m3的纤维混凝土比掺量0.9 kg/m3的纤维混凝土只增加抗冲击能力10%。因此掺量为0.9 kg/m3时纤维的对抗冲击的增强作用最为明显。
十．聚丙烯纤维混凝土配合比的确定 1．二期面板聚丙烯纤维混凝土配合比的确定
通过上述试验，对不同纤维含量的混凝土性能综合比较见表22。从表中看出： （1）A-2至A-4各组由于要保持纤维混凝土坍落度不变而增加了水灰比，使抗压强度指标稍有降低，但仍超出设计要求。掺量为0.9 kg/m3的A-3组抗折和抗拉强度分别等于或超过素混凝土，纤维掺量0.6 kg/m3的A-2组比掺量0.9 kg/m3的A-3组各项强度指标都低。总的看，纤维的掺入和掺量的不同对强度指标影响不明显。
（2）A-2至A-4各组中，A-3的干缩率、弯曲韧度系数和抗冻融性能的指标较好；A-4组的极限引伸率和弹模指标较好，但指标改善不多，而费用相对增加较多。
（3）粉煤灰超量取代的A-5组早期极限引伸和弯曲韧度都较差，不掺粉煤灰的A-6组水泥用量较多，干缩较大，对抗裂不利。由表8及表10可见，纤维掺量为0.9 kg/m3粉煤灰超掺B-3组试件的弯曲韧度系数比等量取代相同纤维掺量的A3组有所减少，抗压及抗折强度指标虽然有所增加，但增加不多，与增加的费用相比，不够经济。
根据以上资料，综合比较性能和费用等因素，推荐采用抗老化性能2#纤维、掺量为0.9kg/m3、粉煤灰等量取代的配合比（A-3）作为白溪水库大坝二期面板混凝土的配合比。
表22 各组二期面板聚丙烯纤维混凝土性能综合比较
配合比编号 聚丙烯纤维掺量 kg/m3 粉煤灰掺量系数 28d 抗压强度 90d MPa 28d抗折强度 MPa 28d抗拉强度 MPa 28d干缩率 10-6 极限引伸率10-6
A-1 0 1 37.6 38.7 3.89 3.16 554 108 A-2 0.6 1 33.0 35.9 3.63 3.11 540 115 A-3 0.9 1 33.2 37.7 3.89 3.20 513 117 A-4 1.2 1 32.9 37.8 3.98 3.11 528 125 A-5 0.9 1.3 34.2 42.6 3.96 2.87 495 104 A-6 0.9 0 34.3 40.0 4.23 3.07 554 130 21
弹性模量104MPa 弯曲韧性系数MPa 冻融后相对100次 动弹模 % 200次 3.41 0.75 84.6 测不出 3.19 0.79 87.9 56.7 3.09 1.01 91.1 79.5 3.04 0.91 92.0 73.9 3.25 0.81 94.6 77.4 2.97 0.98 91.4 77.2 2．抗磨聚丙烯纤维混凝土配合比确定
根据表9、表12、表20及表21的数据，各种配合比的抗磨聚丙烯纤维混凝土性能综合比较列于表23中。
表23 各种配合比抗磨聚丙烯纤维混凝土性能综合比较
配合比编号 聚丙烯纤维掺量 kg/m3 7d 抗压强度 28d MPa 28d抗拉强度 MPa 28d干缩率 10-6 极限引伸率10-6 弹性模量104MPa 抗磨蚀强度相对倍数 抗冲击强度相对倍数 C1 0 48.1 56.4 3.92 347 123 3.5 1 1 C2 0.6 44.7 53.4 4.0 384 132 3.4 1.33 1.8 C3 0.9 44.2 53.5 4.06 377 134 3.4 1.49 4.4 C13 0.9 44.6 53.1 4.2 150 3.0 C4 1.2 43.6 53.5 4.08 382 137 3.2 1.58 4.8 C5 0.9 60.2 72.7 5.44 390 154 3.4 2.02 6.1 C6 0.9 49.7 64.3 5.32 148 4.0 从表23，可以看出以下几点：
（1）加入纤维后，为保持坍落度不变，增加了水灰比，因而使聚丙烯纤维混凝土各组（未掺硅粉）的抗压强度指标比素混凝土有所降低，但其绝对值仍远高于设计指标，而抗拉强度则比素混凝土提高2~7%。再掺入硅粉后则使抗压和抗拉强度指标分别比普通混凝土提高14~29%和36~39%。
（2）掺入纤维使极限拉伸率提高7~11%，而采用3#纤维的混凝土极限拉伸率比素混凝土提高22%。在C-3组基础上掺入硅粉时（C-4、C-5组），比C-3提高拉伸率绝对值20及14。纤维或硅粉的掺入对提高极限拉伸率作用显著。
（3）掺入纤维或硅粉对提高混凝土的抗磨蚀及抗冲击能力作用十分显著。而不同掺量水平的作用有所不同。聚丙烯纤维掺量为0.9 kg/m3的组比0.6 kg/m3的组抗磨蚀和抗冲击分别提高12%和1.44倍；而掺量1.2 kg/m3的组比0.9 kg/m3的组两项指标分别提高6%和9%。说明掺量为0.9 kg/m3时效果高于掺量1.2 kg/m3的组。
（4）硅粉的掺入采用内掺方式的虽然比外掺方式可以减少水泥用量37 kg/m3，但强度指标及极限拉伸率均降低，弹性模量则增加。
综上所述，推荐在溢洪道高流速部位采用掺量为0.9 kg/m3的聚丙烯纤维C40
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混凝土和掺量0.9 kg/m3聚丙烯纤维并外掺37kg硅粉抗磨剂的高强混凝土进行现场试验。在二期面板及溢洪道聚丙烯纤维混凝土工艺性试验和施工应用时，尚未大量开发3#纤维，因此纤维仍采用2#丝。
十一．采用CT技术对聚丙烯纤维增韧防裂机制的试验研究 1．试验原理与试验设计 1）试验原理
CT是英语中Computer Tomography 的简写，即计算机层析成象技术。Tomography （层析成象），是一种从观测数据反演物理模型的技术，在反演变换中要用到复杂的数学方法。这种变换只能采用计算机来完成。XCT扫描仪的原理是利用X射线穿透各种材料（包括人体）并被部分吸收后，到达检测器，所得到的射线信号，再经过光电转换、数模转换后，由计算机对数据进行处理、成象（即层析成象技术）。CT图是以不同灰阶度的象素按矩阵排列的图象。不同灰阶度反映了被探测物质对X射线的吸收程度，而此种吸收程度直接与物质密度有关，因此形成的照片可以表示物体内部物质密度的变化，从而在细观角度上得到被探测物体的内部结构。由于CT有着可对物体进行无扰动、多层面和动态探测的优点，因此在工业部门已广泛用于对物质结构细观变化过程的探测。近年来，已有许多学者把CT技术应用于岩土受荷和变形过程的研究。
聚丙烯纤维混凝土的主要优点是防裂增韧。对聚丙烯纤维混凝土防裂增韧的机制，国外有许多学者进行了研究。一种认识是，普通混凝土出现微裂缝后，裂缝两边承受拉伸的能力是由骨料的锁合而形成的架桥作用（crack bridging action） 提供的。而加入了聚丙烯纤维后，纤维在微裂缝之间先是起架桥作用，阻滞混凝土的开裂，以后随着外荷增加，纤维经历了与砂浆分离（debonding）和被拉出（pull out）的过程。在这过程中纤维混凝土经历交替的硬化和软化。这些模型尽管已得到一些数学模型和试验数据的支持，但还缺乏对混凝土内部结构上的研究验证。
本试验旨在利用CT技术对聚丙烯纤维对混凝土的防裂增韧作用进行细观结构层次上的研究，目的主要是探讨聚丙烯纤维混凝土构件弯曲破坏过程及收缩开裂过程中聚丙烯纤维的作用机制。
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2）试验设计：
仪器采用中科院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室的SOMATOM PLUS螺旋CT扫描仪及专门加工的用于CT仪的位移控制3轴加力设备。考虑CT扫描的特点和要求，弯曲试验采用环形压弯试件，施加径向对称荷载，在上下和左右断面形成弯矩，对加力到破坏的全过程进行测试和分阶段扫描。环形试件外径100mm，内径63mm，厚度4mm。收缩试件根据国外有关资料，也采用环形试件，并对混凝土环加径向约束。试件基本参数见表24。
表24 压弯试件试验参数表 试件尺寸 纤维掺量纤维直径 计算每cm3中纤mm （%） （μm） 维平均根数 0 外径110 0.2 100 17 内径63 0.4 100 34 厚度40 2 400 10.6 0 外径375 2 400 10.6 内径315 1 400 5.3 厚度140 试验类型 编号 YW-0 YW-1-1 YW-1-2 YW-1-3 SW-0 SW-1 SW-2 压弯试验 收缩试件 弯曲试验中对试件的荷载变形全过程进行量测，并分阶段进行CT扫描，对弯曲断面上拉压区（位于上下及左右断面）进行CT数统计。根据有纤维及无纤维试件的位移、荷载及CT统计数历时曲线的不同，对纤维的作用进行分析。收缩试验中对试件裂缝发生与裂缝宽度进行观测，裂缝宽度采用数码相机照片用计算机图形软件进行测量。
3．试验的主要结论 1）弯曲试验
①有纤维试件位移及荷载分别比无纤维试件大11~15%及18~35%：无纤维试件开裂突然发生，没有征兆；有纤维试件的荷载－位移曲线上和荷载、位移历时曲线上在临近破裂前表现出有小的起伏变化，这些说明了纤维在微裂隙两侧的“跨桥”作用：即当裂隙张开到一定距离后，裂隙两边的纤维被拉紧而受力，使混凝土得到一定程度增强；随着裂隙继续张大，纤维或被拉与骨架脱离，或被拉出，即反映在位移、荷载的时间过程曲线上的起伏变化。
②CT统计数值ME与被扫描物质密度成正比，ΔME则表示密度变化值，SD表示密度的均方根误差，SD的变化表示物质密度不均匀性的增加或减小。试件受拉和受压区是裂隙产生区，也应是ME和SD变化最大的区域。比较有纤维和
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无纤维试件的CT统计数，可以看到，试件受力后，ME值总的趋势是逐渐下降的。在开裂时ME值骤降，该下降值无纤维试件是有纤维试件的1.34~2.5倍。而开裂前后时段的ΔME比值，无纤维的是有纤维的1.7~5.3倍。对SD数的比较，也可以看到同样的规律。以上数据表明了存在聚丙烯纤维时，混凝土的裂缝发生过程变得较为平缓，证明纤维对混凝土骨架裂隙形成的阻滞作用。
③无纤维试件在发生初裂缝后，即不能承受进一步的荷载，如果让仪器继续发生位移时，试件即完全破碎。而有纤维试件在初裂后，可以继续承受径向位移而保持试件的完整。
2）收缩试验
①有纤维试件裂缝宽度（当有两条裂缝时为两条裂缝宽度之和）仅为无纤维试件的21~29%。其中体积含量2%的聚丙烯砂浆试件出现两条裂缝，但总宽度比无纤维试件小得多，证实了纤维防裂和使裂缝细化的作用。
②各试件在出现裂缝后，ME值即持续减少，而SD增大。ME及SD的变化量，无纤维试件为有纤维试件的2~5.9倍。ME的减少反映了由于裂缝（裂纹）的存在引起密度的减少。由此可以估计SW-0-1、SW-1-1及SW-1-23个试件的密度变化大致在11%、1.8%及5.3%。此密度变化值应与裂缝宽度成正比关系。
4．结论
1）聚丙烯纤维混凝土在纤维含量为0.2%及2%的条件下，可以明显增大抗弯曲荷载及在荷载下的变形，且能在初裂后继续承受一定量的荷载与变形而保持试件的整体性。
2．由反映物质密度的ME数值及其均方根误差SD值的变化，可以从细观结构的层次上证明聚丙烯纤维在混凝土受拉压过程中对混凝土的增强和阻裂作用。
3．同等成型及环境条件下，受径向约束的环形聚丙烯纤维混凝土试件比无纤维混凝土试件显著减少收缩裂缝，在CT统计数值中得到了反映。
4．本次试验使用的SOMATOM PLUS XCT螺旋扫描仪属于第3代医用CT扫描仪，但用于对聚丙烯纤维混凝土的结构研究，分辨率仍嫌不足，未能在CT成象中直观看到纤维形态，只能通过CT数的统计来研究纤维的作用。虽然如此，采用CT技术研究聚丙烯纤维混凝土的受弯曲及收缩过程，并通过试件受力敏感区中CT数值的统计分析，还是可以得到聚丙烯纤维在混凝土受力过程中所起作
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用的大量信息，对提高我们对聚丙烯纤维阻裂、增韧机制认识的形象化和理性化十分有益的，也是对混凝土动态无损伤研究途径的一个新的尝试。
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第四节 施工工艺试验研究
施工工艺性试验主要结合溢洪道进口底板浇筑开展了聚丙烯纤维混凝土施工的一般工艺试验、二期面板聚丙烯纤维混凝土滑模施工试验、溢洪道陡槽聚丙烯纤维混凝土及硅粉抗磨蚀聚丙烯纤维混凝土施工试验以及喷射聚丙烯纤维混凝土试验等。
一．
聚丙烯纤维混凝土的拌和工艺及纤维的分散均匀性
1．拌和工艺试验
聚丙烯纤维在混凝土中的掺入工艺有三种，其流程为：
干拌法[A] 砂+石+水泥+纤维 干拌 + 水 湿拌 混凝土 湿拌法[B] 砂+石+水泥+水 湿拌 + 纤维 搅拌 混凝土 干拌法[C] 砂+ 石+ 纤维 干拌 + 水泥 + 干拌 水 湿拌 混凝土 聚丙烯纤维不同掺入方式对混凝土强度影响见表25。
表25 聚丙烯纤维不同搅拌方式的混凝土强度
抗压强度MPa 搅拌工艺 干拌法[A] 湿拌法[B] 干拌法[A] 干拌法[C] 搅拌时间min 干拌1，湿拌4 湿拌5 干拌1，湿拌4 干拌1.5，湿拌4 坍落度cm 6~8 6~8 3.4 3.8 7d 27.3 29.1 28d 43.6 现场取样 40.9 36.6 室内试验 38.4 备注 从表中看出，同等条件下，干拌法[A]成型的试件强度比湿拌法[B]略高，干拌法[C]成型试件强度又比干拌法[A]略高。对新鲜混凝土取样用水洗法进行纤维分散均匀性试验，结果见表26。
由表可见，不同搅拌方式和拌和时间下，纤维实际含量与标准值的偏差都在容许范围内。搅拌工艺[C]的纤维含量较[A]更接近标准值，湿拌5min要比湿拌4min 使纤维分布更均匀些。
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表26 新鲜混凝土中纤维分布情况
搅拌工艺与搅拌时间min [A]法干拌1，湿拌4 [C]法干拌1.5，湿拌4 [B] 法湿拌4 [B] 法湿拌5 设计纤维 掺量kg/m3 0.9 0.85 0.9 0.9 纤维重量g 1 2 3 — — 4 — — 与标准值误差% 备注 试验室采1.76 1.41 -10~+13 样，每个1.36 1.34 -8~-9 样4kg 工地采0.328 0.340 0.365 0.396 -16~+1 样，每个0.361 0.377 0.371 0.380 -3~-8 样1kg 从以上试验可知，从成型试件强度及纤维分散均匀性看，以干拌法[C]较好，但该法工序较多。因此采用何种拌和方式，应结合施工情况来确定。
2．现场试验
在溢洪道进口底板和二期面板试验块浇筑过程中，起初曾采用干拌法[A]，以后发现先干拌、后湿拌的拌制方法存在以下问题：
（1）混凝土坍落度变化较大。因干拌时干料粘在搅拌机潮湿的筒壁上，拌制后的混凝土坍落度较大。而敲打筒壁后，粘在筒壁上的干料掉下，落入拌和料内，使拌制后的混凝土坍落度又变小，故混凝土坍落度难于控制，影响混凝土质量。
（2）环境污染严重。干拌时水泥、粉煤灰、聚丙烯飞扬，使工作环境受到严重污染，并造成材料损失。
（3）生产效率低。每拌一次料后就需用榔头敲打筒壁使粘附的料掉下，再进料拌制，延长了拌制时间。而且粘附在搅拌筒内刀片上的料很难敲干净，经过几次搅拌后，刀片上裹满了水泥砂浆，直接影响混凝土拌制质量。必须经常停机，用人工铲除刀片上的砂浆，影响了混凝土生产效率。
针对上述问题，提出了取消干拌程序，直接湿拌。为此，进行了干拌1min，湿拌4min与湿拌4min的对比试验，试验成果见表27。
表27 搅拌方式对比试验成果表
拌和方式 干拌1mim湿拌4min 湿拌4min 抗压强度（MPa） 纤维含量 坍落度（cm） kg/m3 3d 28d 第一次 第二次 第三次 24.2 24.1 39.5 42.7 0.905 0.89 6.9 6.4 5.3 6.1 3.2 6.5 并进一步进行了干拌法搅拌时间的对比试验，见表28。
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表28 湿拌时间对比试验成果表
拌和时间min 4 4 4 5 5 5 气温 ℃ 28 28 28 27 27 26 水温℃ 24 24 24 24 24 24 混凝土温℃ 25.5 25.5 25.5 26.5 26.5 26.5 坍落度cm 4.5 4.2 5.1 3 3.2 3.4 机口试样编号 1# 3# 5# 7# 纤维含量 g/kg 0.328 0.365 0.361 0.371 机尾试样编号 2# 4# 6# 8# 纤维含量g/kg 0.340 0.396 0.377 0.380 抗压强度MPa 41.4 43.4 表中纤维含量为每kg混凝土中的纤维重（g），按每m3混凝土0.91kg，混凝土容重2.35t/m3，标准纤维含量应为0.387g/kg。搅拌5min的纤维更接近于标准，因此拌和时间选择5min。
3．纤维分散均匀性检验
（1）在溢洪道进口施工试验时，对干拌1分钟，湿拌4分钟的拌和方式进行了纤维分散均匀性试验。目测纤维在混凝土中的分布基本均匀。在浇注块四角取样检测，纤维含量情况见表29。
表29 聚丙烯纤维含量试验结果
混凝土烘干骨料重(g) 样品湿石子石子砂 重(g) 5-20mm 20-40mm 1 997 237 260 287 2 1261 320 337 370 3 1000 240 260 290 4 1000 224 254 295 平均 变差系数 设计值 误差(%) 编号 聚丙烯纤维 实际砂5-20mm率 石子比重量 含量(g) kg/m3 (%) 例(%) 0.406 0.974 36.6 47.7 0.472 1.13 36 48.7 0.411 0.99 36.7 48 0.361 0.87 38.2 46.7 0.991 36.9 47.8 0.108 0.025 0.017 0.91 35.3 0.45 +8.9 +4.5 +6.2 由试验可知，在所采用的方法下，纤维平均含量与设计值比较，误差为+8.9%，基本是均匀的。存在误差的原因之一是实测砂率和小石子的含量比设计值大4.5 – 6.2%，所取样品级配偏细所致。
（2）纤维分散均匀性的电镜检验
在二期面板施工中，对采用湿拌5min和干拌1min、湿拌4min两种拌和方式各成型6块试件。拌和机卸料时，分别在其首部、中部、尾部各取2块，用水洗法测试聚丙烯纤维含量，同时进行电镜分析。
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试件尺寸为15cm×15cm×15cm，养护28天后，切成150×150mm见方，8mm厚的薄片，将薄片分为九个观察区，每个区的面积为50×50mm，每个区以3.5×3.5mm为一统计单元进行观察统计。按统计单元，将观察区观察到的纤维根数绘到150×150mm混凝土的断面上，形成聚丙烯纤维的分布情况。以搅拌罐中部成型的混凝土试件的统计图为例，见附录图1、2。从图中看到，纤维分布在石子空隙中的水泥浆体内，虽有疏疏密密，从宏观上看纤维分布比较均匀。
各观察区上纤维的统计根数列于表30，由表可见，二种搅拌方法在观察区中平均根数较接近，湿拌[B]比干拌法[A]的极差和离差系数稍大些。
表30 罐中部试件50mm×50mm观察区聚丙烯纤维根数及其统计结果 拌和 方式 A法 B法 50×50mm混凝土观察区上聚丙烯纤维根数值 均方差(根) 每区根数 平均 362、474、294、249、382、422、353、335、348 276、381、355、489、248、280、439、339、266 极差 (根) 225 241 离差 系数 0.18 0.24 358 341 66 83 表31 罐中部试件出现不同纤维根数的统计单元数量
观搅拌 察方式 区1 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 25 35 39 34 29 30 22 32 27 34 34 18 32 13 35 20 23 33 在3.5×3.5mm统计单元上聚丙烯纤维出现的根数 2 20 20 20 33 30 22 27 33 27 24 19 23 22 19 21 21 18 17 3 15 19 16 14 14 18 24 28 18 15 20 10 20 15 15 17 18 21 4 11 12 9 13 17 20 15 14 13 6 6 20 15 15 13 20 17 11 5 10 8 12 3 15 14 8 3 5 7 12 7 11 5 5 10 5 7 6 5 11 4 2 7 10 6 4 6 4 9 3 8 3 5 8 5 3 7 11 5 4 6 6 2 8 3 5 6 7 5 3 7 4 3 8 1 3 3 4 4 4 2 3 1 3 2 3 9 3 1 2 3 1 2 4 1 3 4 3 2 10 2 2 1 1 3 2 2 2 1 11 4 1 1 1 3 1 2 12 2 13 1 1 14 1 1 15 16 17 18 19 A 法 B 法 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 为评估每个观察区内纤维详细分布情况，对两种方法9个统计区内所有3.5mm×3.5mm单元的纤维根数进行了统计，见表31。由表可知，绝大部分统计单元内含纤维为1~8根，占总数96%以上，在一个统计单元上纤维的数量超过8根的机率湿拌法[B]比干拌法[A]略多。
在搅拌机不同部位混凝土中纤维分布统计情况见表32。统计表明，二种搅拌
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方法，罐中不同部位观察区断面上聚丙烯纤维的平均根数较接近。但A法的极差和离差系数都比B法小。统计单元中含1~8根纤维的单元数占总单元数的比例A法和B法分别为98%和97%。说明纤维在混凝土搅拌罐中是均匀的。
聚丙烯纤维在混凝土中分布的典型情况见附录图5~10。其中如照片7中五根纤维并在一起是非常少见的。
表32 搅拌机各部位纤维混凝土纤维分布状况
拌和条件 取样部位 罐前 A法 罐中 罐后 罐前 B法 罐中 罐后 50×50mm观察区上聚丙烯纤维统计值 离差系根数 极差 数 393 356 382 415 341 383 74 0.098 37 0.05 统计单元中含1~8根纤维统计单元数 计算值 100% 97.4% 96.5% 97.1% 96.4% 97.5% 97% 98% 平均值 结论：干拌法和湿拌法的纤维分散均匀度都能满足施工要求。其中，从室内试验看，[A] 法的纤维分散均匀性比[B]法稍好，强度也较高。干拌法[C]又比干拌法[A]略好，但[C]法在工程实际操作中会增加搅拌步骤和时间。现场试验结果与室内试验不尽相同。根据两种方法纤维分散情况、试验强度、施工中工作环境、生产率等条件综合衡量，最终采用了湿拌5min的方式。
二．坍落度的控制
室内和现场试验都表明，掺入聚丙烯纤维后，混凝土坍落度有所下降，降低约30%左右。根据在溢洪道进口底板的工艺性试验，聚丙烯纤维混凝土对坍落度比较敏感。当仓面坍落度降到2cm以下时，振捣和收面将十分困难，甚至不能进行。而坍落度太大，则不仅影响混凝土的强度，而且泌水过多，可能使混凝土表面产生龟裂和微裂纹，影响混凝土的外观和耐久性。因此控制合适的坍落度对保证聚丙烯纤维混凝土的顺利施工和工程质量具有重要意义。
在室内和现场试验中都可以看到，在混凝土拌制以后，坍落度将随时间而损失。这种损失与混凝土所处环境温度、气候有关。应当指出，坍落度损失这一现象，在聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土中都存在，根据对比试验，纤维的掺入对
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坍落度的损失特性没有影响。在本项研究中对坍落度与出搅拌机后的时间关系作了大量试验，部分成果见表33。
表33 聚丙烯纤维混凝土坍落度变化与环境条件的关系
配合比 水灰比 砂纤维编号 率 掺量% kg 0.9 粉3-2 0.39 0.9 粉3-1 0.6 0.9 粉3-2 37 0.6 粉3-2 粉3-1调 0.45 设1 0.43 设2 0.9 0.45 设3 设4 0.40 36 南1 温度(OC) 气温 25 30 34 36 25.5 26.5 25 25 22 26 28 28.5 30 25.5 出机后不同时间(min)的坍落度(cm) 水温 混凝土 0 15 30 60 26 27 48min 2.4cm 28 28.5 11 11 7.7 2.5 27.5 31 3 0.5 28 32 6 6 3.5 25 26 11.5 7 6.5 26.5 28 5.2 4.2 3 1.5 24 25 4.7 3.5 2.2 25.5 26 10.5 9 8 6.5 23 23 7.7 6.7 5 4.5 22.5 28 4.4 4.1 23 28.5 8.3 5.8 23 28.5 8.5 5 25 30 8.1 2.9 25 26.5 7 2.5 凝结时间备注 (h) 初凝 终凝 室外晴 5.5 6.2 5.1 5.2 5 室内 室外晴 8.3 室外晴 11.0 室内 8.4 室外阴 O8.5 27C 7.2 室内 室外晴 室外 多云 在施工过程中可以明显看到坍落度随时间的损失。坍落度损失与环境温度及气候条件关系密切。天越晴，越近中午（太阳直射），温度越高，坍落度损失越大。表34表示坍落度损失与温度的关系。其中，编号越大，施工时间越近中午，坍落度损失也越大。而且，由于硬化作用，坍落度随时间的损失呈加速态势。
表34 聚丙烯纤维混凝土坍落度损失与气温关系
编号 气温（0C） 30min后坍落度损失(%) 注：表中编号见表33。
设1 26 7 设2 28 30 设3 28.5 41 设4 30 64 从上述成果可以看出，为了保证施工的顺利进行，必须根据气候条件，随时调整混凝土的坍落度。并尽量缩短混凝土出机后到仓面的时间，减少坍落度损失。从表12 强度试验的结果看，28天实测强度与设计指标相比，存在一定裕度，说明可以适当地调整水灰比来满足坍落度要求。在进行新鲜混凝土性能试验时，不仅应有静态坍落度数据，而且应当有坍落度的动态数据。
根据现场施工工艺性试验，坍落度大小直接影响混凝土的运输、振捣、强度
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及外观质量。坍落度过大混凝土运输过程中易分离，出模后混凝土易下塌，表面平整度差；坍落度过小混凝土在溜槽中易发生堵塞现象，滑行困难，入仓后振捣及收面困难，滑模时阻力大，易拉裂。根据在溢洪道进口底板及二期面板混凝土浇筑试验块的试验，搅拌机口坍落度控制在4~6cm范围内比较适宜，同时应注意做好各施工工序的协调配合，尽量缩短搅拌机出料到入仓的时间间隔，使仓面坍落度仍不低于3cm。只要掌握合适的坍落度，同时适当加强振捣和收面作业，就可以保证聚丙烯纤维混凝土的浇筑的顺利进行和质量。
三．二期面板聚丙烯纤维混凝土施工工艺试验
二期面板聚丙烯纤维混凝土试验主要在1#、3#、9#及28#块进行。其中28#块进行纤维掺量为1.2kg/m3聚丙烯纤维混凝土施工试验。1#块施工时间6h7min，平均浇注强度5.6m3/h，3#块施工时间32h，平均浇注强度4.3m3/h。
1．面板尺寸：1#面板宽度8.5m，斜长17.33m，平均厚度31.5cm；3#面板宽12m，斜长40.32m，平均厚度33.5cm；28#面板宽12m，长78.2m，平均厚度36.8cm。
2．聚丙烯纤维混凝土施工配合比
对推荐的A-3配合比进行试拌，测试的混凝土坍落度不能达到6~8cm的要求，据此，对原A-3级配进行调整，并经南京水利科学研究院复核，调整后的混凝土配比见表35。
表35 二期面板聚丙烯纤维混凝土调整配合比(A3’) 水 编号 灰 比 A-3’ 0.425 砂坍落度水粉煤率cm % 泥 灰 37 6～8 254 45 每m3砼材料用量(kg/m3) 聚丙卵石mm Bly-I NMR 砂 水 烯 5~20 20~40 1% 0.75% 0.9 670 595 595 2.99 2.24 127 3．施工布置
配置0.75m3拌和机3台、16m长皮带机2台、电子秤配料机4台、ZL30装载机1台。坝坡上布置两台钢筋运输台车，2台3t卷扬机，2套无轨滑动模板，均为14m，4台5t卷扬机。每套滑模采用2台卷扬机牵引，每台钢筋台与用1台卷扬机牵引，牵引系统由卷扬机、配重块和滑轮组成。坝面布置有混凝土卸料受料斗，后面连接溜槽，控制混凝土入仓，斜溜槽设置在钢筋网上，并用铁丝固定，每个仓面设置两条溜槽。
4．浇筑工艺
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（1）拌和：为便于计量，每拌混凝土按0.591m3配料（三袋水泥）。砂石料秤量由电子秤完成，粉煤灰和聚丙烯按配合比在出厂时秤量装袋，外加剂按用量制作容器，人工投放。拌和采用湿拌5min。
（2）坍落度控制：在施工过程中经常检测机口和仓面的混凝土坍落度，将机口坍落度控制在4~6cm范围内。并结合施工时气候、振捣、滑模、压面等情况及时进行调整，保证了施工的顺利进行。
（3）混凝土运送：仓面采用溜槽运输，为避免因日晒、雨淋而影响混凝土质量，也为了防止飞石伤人，溜槽顶面采用防雨布遮盖。
（4）混凝土平仓和振捣：采用人工移动溜槽端部，调整混凝土入仓部位，并辅以人工平仓，使混凝土面高度均匀。仓面设φ30mm和φ50mm两种振捣器，数量比普通混凝土振捣多1~2台。
（5）模板提升：模板滑升速度要根据入仓强度、振捣质量、坍落度大小，是否抬模及出模后是否存在塌坍现象等多种因素确定，1#和3#试验块平均滑升速度1.7m/h，3#块最大滑升速度1.898m/h，最小1.576m/h。
（6）压面：混凝土出模后立即进行一次压面，初凝结束前完成二次压面。聚丙烯纤维混凝土的收面工作比普通混凝土工作效率低，抹面工增加1倍（6~7人），且混凝土面不易做到十分光滑。
（7）28#面板采用纤维掺量1.2kg/ m3，施工方法与掺量为0.91 kg/ m3的聚丙烯纤维混凝土施工完全相同。
按上述施工工艺，施工基本顺利，混凝土质量得到保证，见本节第五小节。 5．温度检测：对3#面板混凝土内部温度检测结果，最高达到430C，出现在开浇后21h，在400C以上的时间延续26h。
6．试验结论
（1）聚丙烯纤维混凝土面板的滑模施工工艺，与普通混凝土基本相同。仅增加了搅拌时间，另外对振捣和收面工作需要适当加强。3#块宽度已达到二期面板混凝土浇注块的最大板宽，虽然长度尚未达到最大（70m），但根据试浇筑情况看，在板块增长后，仍能保证成功。
（2）混凝土坍落度对振捣和收面质量影响较大。在当时当地的气候条件下适宜的坍落度，出机口为5-7cm，仓面为3-4cm。
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（3）滑模施工的聚丙烯纤维混凝土的各项指标均超过设计要求（见表36、37），3d、7d强度比普通混凝土有所提高，对面板早期防裂十分有利。
四．溢洪道抗磨蚀混凝土施工工艺试验
抗磨蚀聚丙烯纤维混凝土试验块位于溢洪道陡槽末端。地基为弱风化基岩，浇筑前按设计要求（不平整度<10cm）对超挖进行了回填。底板混凝土的设计强度指标C40，按规范要求水灰比应小于0.5。为防止产生气蚀，设计对表面不平整度亦提出了要求。
1．混凝土配合比
试验混凝土配合比见表36。
表36 抗磨蚀聚丙烯纤维混凝土试验配合比 每m3混凝土用量（kg/m3） NMR水灰卵石卵石卵石聚丙编号 备注 HLC-I高效减水泥 黄砂 5~2020~40 40~80烯纤水 比 II 水剂 mm mm mm 维 102 0.33 试验块1 1 309 575 289 433 723 0.9 37 2.31 118 0.38 试验块2 2 309 593 284 426 711 0.9 水泥为宁波海螺水泥有限公司生产的525#普通硅酸盐水泥，经检验合格。砂石料由白溪料场生产，黄砂细度模数为2.8~3.0，属中砂，砂石骨料的含泥量和超逊径情况检测均满足《水工混凝土施工规范》SDJ207-82的要求。聚丙烯纤维为东华大学研制、方大纺织化纤有限公司生产的东翔牌改性聚丙烯纤维。HLC-III硅粉抗磨蚀剂由南京水利科学研究院提供。 2．施工布置及施工方法
试验用的混凝土由电子自动计量系统配料，2台 0.75m3自落式搅拌机拌和，拌和时间300秒。混凝土运输采用自卸车背罐运输，运距约200m，由塔吊吊运入仓。实测混凝土自出机口至仓面的时间间隔约15~20min。
仓面采用滑模施工，滑模架长15m，宽1.2m，其刚度能满足施工中不发生变形的要求。振捣采用50~70mm插入式振捣器，边角部位人工铁锨布料，50mm 振捣器振压密实。沿滑模架长方向混凝土成型后，通知卷扬机牵引进行滑模，混凝土出模后即进行抹面和第一道压面，在混凝土初凝、表面泌水风干前进行第二道压面。然后即用塑料薄膜覆盖，终凝后，拆除塑料薄膜，改用双层草袋覆盖，并洒水养护至规定龄期。
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3、施工过程和质量
1#试验块浇筑历时25.5小时，共浇筑混凝土129.5m3，浇筑强度5.08m3/h。 入仓混凝土坍落度、粘稠性及和易性均较好。但浇筑过程中发现，该种混凝土出机到入仓约半小时后混凝土中骨料表面即开始开白，振捣不易出浆，出模混凝土表面有孔洞，压面困难。经过调整混凝土的布料宽度，减小滑模时间间隔（每10~15min）和减少滑模长度（约20cm），使这一问题基本上得到了解决。浇筑后第2天即发现混凝土表面有较多裂纹，呈不规则分布。在养护期间发现较多的不规则裂缝。成型混凝土表面平整度满足要求，但不够光洁。
2#试验块浇筑21.2小时，共浇筑混凝土116.9m3，浇筑强度5.5m3/h。机口坍落度6~6.8cm。入仓混凝土坍落度及和易性均较好，施工过程未发现异常情况。混凝土出模后压面正常。表面不平整度小，光洁度较掺硅粉混凝土好。经检查，发现有1条贯穿裂缝，宽度约0.1~0.2mm。
对比普通混凝土共施工3块，其中1块发现2条贯穿裂缝，缝宽0.1~0.2mm。 4．试验结论
聚丙烯纤维混凝土施工工艺与普通混凝土基本相同，比较顺利。聚丙烯纤维与硅粉抗磨蚀剂共掺混凝土施工存在一定难度，应注意缩短出机到入仓的时间，适当缩小混凝土布料宽度，并需进一步研究适宜的水灰比和坍落度。
五．质量检测 1．力学性质检测
表35 聚丙烯纤维混凝土溢洪道进口底板试块强度
配合比编号 粉3-2 S4 S5 S7 粉3-1-1 设计 标号 C25 F100 W12 南1-2 制作 日期 5.15 6.1 6.1 6.1 5.30 6.17 抗压强度(MPa) 7天 28天 44.2 27.9 38.1 26.6 39.2 37.8 43.4 43.6 29.2 42.1 劈裂抗拉(MPa) 28天抗7天 28天 渗标号 2.9 >12 2.9 1.4 3.1 备注 溢洪道 溢洪道 溢洪道 溢洪道 室内 溢洪道 在施工工艺性试验中曾多次对聚丙烯纤维混凝土各项指标进行检测。表35是溢洪道进口底板聚丙烯纤维混凝土的部分检测结果。从表中数据可以看出，聚丙烯纤维混凝土各项指标均超出设计要求。
表36是1#面板力学性质试验成果。
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表36 1#面板混凝土力学性能对比试验成果表
配合比 坍落度 抗压强度MPa cm 编 号 3d 7d 28d 3.0 24.2 30.6 39.5 A-3调级配 3.6 20.0 25.9 34 不掺纤维 劈拉强度MPa 7d 28d 1.62 2.64 1.41 1.70 抗冻 标号 ＞100 ＜100 抗渗 标号 S16 S16 表37是28#块聚丙烯纤维混凝土力学性质试验成果。
表37 28#面板混凝土力学性能试验成果表
级配编号 A-4 不同龄期抗压强度MPa 劈拉强度MPa 抗折 抗冻抗渗3d 7d 28d 60d 90d 7d 28d MPa 标号 标号 20.7 30.0 37.5 39.4 42.7 1.6 2.25 3.4 ＞100 ＞8 2．裂缝检查
（1）溢洪道进口底板：对2000年5月15日浇筑的不含纤维的混凝土和6月17日浇筑的聚丙烯纤维混凝土进行了观测对比。由于基底岩层起伏很大，对混凝土约束较强，同时养护时未加草袋，仅一日洒3次水，虽然在表层设置了分布钢筋网，不掺纤维的混凝土仍然发生3条较宽的裂缝，其中有一条贯通整个浇注块宽度的裂缝，缝宽在0.3 mm以上。其它两条与之连通，缝宽也较大。而掺体积含量0.1%聚丙烯纤维混凝土，在相同条件下，裂缝发生时间推迟，长度仅4 m，宽度很小，属于发丝裂缝。因此，聚丙烯纤维对防止和减少混凝土收缩裂缝的作用十分明显。
（2）1#、3#及9#面板聚丙烯纤维混凝土试验块在浇注后一个月内，仅观测到3#块上有长度为2~3cm的发丝裂纹。工程应用阶段二期面板产生的裂缝详见第五节。
从上述检测结果看，现场试验中，聚丙烯纤维混凝土的各项指标完全满足设计要求，而且有一定裕度。同时聚丙烯纤维防裂减裂作用明显。
六．喷射纤维混凝土施工工艺及性能试验
喷射聚丙烯纤维混凝土施工工艺试验在右坝肩灌浆洞内进行。主要进行干喷法和湿喷法、聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土和普通混凝土的对比，试验项目有纤维分布均匀性、回弹量、抗压强度、抗渗性能、抗弯曲冲击强度及喷层与基岩结合强度及施工工艺。干法混凝土喷射机为ZP-V-B型，1979年产。湿法混凝土喷射机为HTS-330叶轮式，安庆恒特工程机械研究所2000年制造。
1．原材料及配合比
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水泥为海螺牌525#普通硅酸盐水泥，砂为白溪水库工程施工用砂，系中砂，细度模数2.83，细石为5~15mm卵石。速凝剂：用于干喷为安徽巢湖速凝剂厂生产的粉剂，用于湿喷的为上海麦斯特建材有限公司生产无碱高性能速凝剂Meyco SA160。聚丙烯纤维为大坝二期面板用改性聚丙烯纤维，钢纤维为上海哈瑞克斯金属纤维厂产铣削型纤维。
配合比：要求喷射混凝土强度等级为C20，经室内试验比较确定配合比，见表38。
2．主要试验结果：
（1）纤维分散均匀性及喷射损失
喷射刚结束即在喷射层上取样，聚丙烯纤维混凝土及钢纤维混凝土各取3个样，聚丙烯纤维混凝土的纤维含量采用湿测法，钢纤维混凝土的纤维含量是抗压强度试样破碎采用干检法测定，然后对数据进行统计分析，比较标准含量来计算纤维损失。结果见表39。由表39看出，不论是干喷法或湿喷法，纤维分散都很均匀。对于聚丙烯纤维和钢纤维，干喷法纤维的损失比湿喷法分别大5.7倍和81.6%。特别是干喷法喷射聚丙烯纤维混凝土时，纤维损失40%。
表38 喷射纤维混凝土配合比
编号 干1 干2 干3 湿4 湿5 湿6 混凝土 强度等级 C25 C25 C25 C25 C25 C25 水灰砂率 坍落比 % 度cm 水泥 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 51 51 51 50 50 50 1-3 1-3 1-3 3-5 3-5 3-5 423 423 423 433 433 433 每立方混凝土材料用量(kg/ m3) 5-15(m聚丙钢纤速凝砂 m) 烯 维 剂 846 846 26 846 846 0.9 26 846 846 50 26 807 839 34.6 807 839 0.9 34.6 807 839 50 34.6 水 190 190 190 195 195 195 表39 喷射纤维混凝土纤维分散均匀性及喷射损失
纤维类型 聚丙烯 钢 喷射方法 干喷 湿喷 干喷 湿喷 标准含量kg/ m3 0.91 0.91 50 50 平均含量kg/ m3 0.543 0.847 20.3 36.7 离差系数 0.011 0.030 0.038 0.044 纤维损失% 39.6 5.9 48.3 26.6 （2）抗压强度对比
试件系从喷射层硬化7天后，钻取混凝土样，加工成Φ10×10cm 的试件进
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行试验，28天抗压强度见表40。
表40 喷射混凝土各项指标比较表
喷射方法及混凝土类型 抗压强度MPa 相对渗透系数 10-6cm/h 抗弯冲击强度(N.m/cm2) 粘结强度MPa 回弹率% 普通混凝土 32.2 0.53 0.23 1.21 26.2 干喷法 聚丙烯纤维混凝土 32.2 0.65 0.24 1.19 28.1 钢纤维混凝土 35.9 0.94 0.38 1.33 27.3 普通混凝土 33.3 0.28 0.25 1.26 22.4 湿喷法 聚丙烯纤维混凝土 32.6 0.6 0.26 1.38 22.5 钢纤维混凝土 36.7 0.73 0.41 1.36 23.5 由表中可以看出，喷射聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土的抗压强度相近，而喷射钢纤维混凝土强度提高11%左右。湿喷法强度稍高于干喷法。
（3）防渗性能
采用在现场喷层混凝土上钻取φ10×15cm的试件，再在室内加工成标准抗渗试件，按水工混凝土试验规程SD105-82一次加压法进行试验，求相对渗透系数，试验成果列入表40。成果表明：三种不同材料喷射混凝土的相对渗透系数都较小，其中湿喷法较相同材料干喷法相对渗透系数要小。
（4）抗弯冲击强度
试件采用向有底木模喷混凝土再切割成型的方法。试件尺寸为10×10×40cm，采用落球法进行抗弯冲击试验，试验支座跨距35cm，落球重5kg。以落球冲击折断小梁所消耗的总能量衡量相对抗弯冲击强度。从试验结果可见，不论是干式或湿式喷射法，喷射钢纤维混凝土的抗弯曲冲击性能比普通混凝土高65%左右，而喷射聚丙烯纤维混凝土由于掺量水平较低，比普通混凝土高出不多。湿喷法比干喷法提高8%左右。
（5）喷层混凝土与基岩粘结强度
试验方法采取在喷层内预埋十字筋，待喷层令期到28天后在十字筋周围钻孔至基岩，再采用锚杆拔出仪进行拉拔，求得拉拔力及粘结强度。成果说明喷射混凝土与基岩粘结强度较好，而湿喷法较干喷法粘结强度有一定提高。
（6）回弹试验
回弹试验采取在喷射前于喷射面下铺塑料布，喷后再对塑料布上的回弹物进行称量计算的方法。表40中的数字是隧洞侧墙喷射多次测量的平均结果。本次
39
回弹试验，回弹率普遍偏大。分析其原因主要是：原材料中石子超径（>15mm）较多；喷射施工中气压偏大且不稳定；干喷机型号ZP-V-B，为1979年出厂，设备已老化，湿喷机虽为新购置，但对其性能不够熟悉；以及喷射手操作不很熟练等。同时在较小的工作面上（一项试验一般用两盘混凝土，约0.46m3，喷射面约3~4m2），回弹量的测定数据一般讲是偏大的。但从试验成果可看出，湿喷法较干喷法回弹损失明显降低。
3．初步结论
（1）湿式喷射比干式喷射在减少纤维喷射损失（尤其对聚丙烯纤维）、提高喷射混凝土的性能及减少回弹损失等方面明显优于干喷法，在改善喷射作业的工作环境上优点特别显著。
（2）与国外喷射聚丙烯纤维混凝土相比，本次试验采用的聚丙烯纤维含量属低水平。根据国外文献，已报导的喷射聚丙烯纤维混凝土实例中，纤维含量达到4~11 kg/ m3。加上在喷射过程中纤维的损失（尤其是干喷法），使聚丙烯纤维含量水平过低，不能显示纤维的作用。因此对喷射聚丙烯纤维混凝土的适宜含量以及由此带来的经济性问题需要在今后进一步探讨。
因此，聚丙烯纤维的作用虽然没有在本此试验中明显显示，但通过试验得到的一些思考，对进一步探讨聚丙烯纤维混凝土的应用却是十分有益的。
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第五节 聚丙烯纤维混凝土水利工程应用及效益分析
一．工程应用 1．白溪水库工程应用 （1）二期面板工程应用
2000年9月邀请国内知名专家组成的专家组对聚丙烯纤维混凝土室内试验和二期面板试验块（1#、3#、9#块）试验成果进行评审，一致推荐在白溪水库大坝二期面板上采用聚丙烯纤维混凝土。经设计院同意，并经宁波市水利局批准，白溪水库大坝二期面板全部采用了本项研究成果。二期面板共33个条块，除1#、33#面板外，其余面板宽度均为12m，斜长17.33m～78.33m，总混凝土方量达到11000m3。浇筑自2000年9月20日开浇，至2000年12月5日结束，历时77天。施工中采用的聚丙烯纤维混凝土原材料、配合比、施工机具及布置、施工工艺完全按照面板聚丙烯纤维混凝土工艺性试验的成果进行，施工过程基本顺利。
对二期面板聚丙烯纤维混凝土的质量评定见下列各表。
表41 混凝土抗压强度（按SDJ207-82规程）
混凝土设计 抗压强度平均等级 值MPa C25 38.8 大坝二期面板 工程部位 均方差离差系数 组数 MPa % n 3.28 8.5 108 保证率 % 99.98 表42 混凝土抗渗等级（按SD105-82规程）
工程部位 大坝二期面板 设计抗渗实测抗渗标最大值W 最小值W 组数n 合格率% 标号W 号W 8 8 7 100 ＞8 ＞14 表43 混凝土抗冻标号（按SD105-82规程）
工程部位 大坝二期面板 设计抗冻标号D 100 实测抗冻 D 100 最大值 D 150 最小值 D 100 组数n 6 合格率% 100 表44 混凝土劈裂抗拉强度
工程部位 大坝二期面板 实测平均劈裂 抗拉强度(MPa) 2.47 最大值(MPa) 2.94 最小值(MPa) 2.1 组数n 15 抗压:抗拉 15.7:1 在大坝二期面板混凝土中取一组样测试抗折强度，28天强度为3.4MPa，抗压强度与抗折强度之比为8.8:1。
从以上检测数据，二期面板聚丙烯纤维混凝土各项指标完全满足设计要求。
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裂缝检测：采用读数显微镜对二期面板聚丙烯纤维混凝土的裂缝宽度、长度进行了观测，并用超声波检测仪对裂缝深度进行了观测，结果见表45。
表45 二期面板裂缝观测结果
面板块号 裂缝编号 P6-1 P6-2 P6-3 P6-4 P6-5 P7-1 P18-1 P24-1 高程 158.18 154.44 152.29 147.63 149.66 149.89 145.9 140.45 裂缝宽度(mm) 0.15 0.25 0.20 0.15 0.10 0.15 0.30 0.30 裂缝深度(cm) 8.9 7.2 裂缝长度(m) 12 12 12 8 8 10 12 12 备注 右→左 左→右 左→右 6# 7# 18# 24# 注：裂缝深度用超声波探测仪测得。
由上表可见，裂缝最大宽度达到和超过0.20mm的仅有4条，而且裂纹总数量、宽度、深度、长度都较一期常规混凝土面板有明显改善。根据介绍，某抽水抽水蓄能电站下池普通混凝土面板上发生裂缝达300多条。二期面板已经受了一个冬季的考验，而发生的裂缝比较有限，充分显示了聚丙烯纤维混凝土良好的抗裂性。聚丙烯纤维混凝土其他方面的优越性大大提高了面板工程的质量和耐久性，必将使白溪水库的效益得到更好的发挥。
（2）白溪水库工程溢洪道陡槽应用
由于抗磨蚀混凝土施工试验的滞后，设计单位已将溢洪道陡槽混凝土标号由C30提高到C40，以及工程后期资金困难的原因，白溪水库溢洪道工程未能全面采用聚丙烯混凝土。为了提高关键部位的抗冲磨能力并为今后的推广应用提供经验，白溪水库溢洪道流速最高的陡槽末端使用了掺量为 0.9kg/m3的聚丙烯纤维混凝土，面积16.5m×8.9m×0.7m。作为对比，分别浇筑了聚丙烯纤维与硅粉抗磨蚀剂共掺的混凝土和常态混凝土各1块。
室内试验表明，当掺量为1.2kg/m3时，聚丙烯纤维混凝土的抗冲磨能力较普通C40混凝土提高58%。每m3混凝土增加造价约60元，约为硅粉混凝土增加造价的20%、钢纤维混凝土的6~8%，钢纤维硅粉混凝土的6%。其技术经济优势远大于后面3种材料，具有很高的推广价值。由于各种类型高坝的泄洪建筑物均存在高流速冲磨问题，有着高度抗冲磨能力的聚丙烯纤维混凝土具有普遍的应用前景。
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2．国内水利工程的应用
白溪水库开展聚丙烯纤维混凝土应用研究1年多来，已经引起国内水利界的广泛关注，许多设计、科研和建设单位来到白溪水库考察研究。受其影响，一些水利水电项目，如天荒坪、三峡等工程已经开始了工程应用；新疆吉林台、江苏铜官山等工程已决定采用并拟列入招标文件；洪家渡、水布亚电站及永定河滞洪工程等正在研究采用该项技术。可以预期，由于聚丙烯纤维混凝土技术在提高防裂、抗变形、抗冲磨和耐久性能方面的显著优势和低廉的价格，将于不远的将来，在各类水利水电工程得到广泛的应用。
3．聚丙烯纤维混凝土在水利工程中的应用范围
根据聚丙烯纤维混凝土的性能特点，主要可适用于下列水利工程： （1） 大面积的板式结构，如堆石坝面板、船闸底板和侧墙、护坦、消力池及其它直接浇筑在基岩面上的底板；
（2） 防渗建筑物，如水电站厂房下层、地下室墙板、水池（供水池、游泳池、污水池）等；
（3） 有抗冲磨要求的建筑物，如水电站高速水流的溢流面、重载车流的路面和桥面抗磨层等；
（4） 要求混凝土抗冻融性能高的场合； （5） 喷射混凝土；
（6） 其他有抗渗防裂、抗冲击、抗磨损、抗冻融的场合。
二．效益分析
白溪水库大坝面板混凝土设计工程量22350m3，工程投资为447万元，约占大坝工程投资的9.5%，占水库工程投资比例更小。二期面板混凝土掺加聚丙烯纤维丝，施工方法与普通混凝土基本相同，每m3混凝土增加纤维材料及少量人工和机械台班费用约49元，增加工程投资约45万元，仅占大坝投资的0.96%。因此，采用聚丙烯纤维浇筑面板混凝土所增加投资占水库工程投资比例甚微。
白溪水库大坝二期面板浇筑高程自128.5m到173.38m，正处于发电死水位140.0m至正常蓄水位170.0m的水位变动区，经常受到寒流、大风、波浪等侵袭和夏季太阳暴晒，环境条件恶劣，而面板厚度为43.46cm至30cm，相对较薄。
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由于面板在水库工程中担负着最重要的防渗作用，面板的防裂、抗渗、抗变形能力以及耐久性直接关系到工程的质量、安全、寿命和效益。而本项试验研究成果和工程应用的实际情况表明，采用聚丙烯纤维混凝土后，面板的上述性能较普通混凝土有显著改善。
因此，白溪水库以聚丙烯纤维混凝土较小的工程投资换取面板主要性能的明显提高，从而使整个工程的质量、寿命和效益有很大的提高，经济上是完全可行的。
采用聚丙烯纤维混凝土增加的投资较少，而得益较大，对大多数水利工程，采用这一材料在技术上和经济上都是可行的。同时技术相对简易，不需要专门的施工设备，易于采用。因此本项研究成果对我国水利工程有较大的推广应用前景。对于在新世纪更快更好地推动我国水利建设，为国民经济的发展服务，有着重要的意义。
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第六节 研究结论
1．试验研究表明，聚丙烯纤维混凝土能有效地防止和减少塑性收缩裂缝。室内对比试验证明，开裂可减少54~58%。现场试验中，聚丙烯纤维混凝土也表现了明显的阻裂性能。在低掺量水平下（0.1%体积比），可以明显的提高混凝土的变形能力。表现在弹性模量降低，极限拉伸率提高6.5~22%，韧性系数提高8~136%。抗磨蚀能力提高33~58%，抗冲击性能力提高80~380%。聚丙烯纤维混凝土的长期性能也有大幅度提高。抗冻融标号从100次提高到200次，防渗性能也有所改善。所有以上性能的提高，对提高水利工程中面板等结构的混凝土质量、增强对溢洪道高流速水流的冲蚀作用、保证工程安全、延长工程寿命具有重要意义。
2．虽然在本项研究中，聚丙烯纤维的掺入量仅占混凝土体积的0.1%，但由于聚丙烯纤维直径仅40~50μm，在每m3混凝土中达到3400~5300万根，形成了大量、随机、三维分布的纤维丝网，包裹了混凝土骨架，从而在某种意义上改变了混凝土的结构。从本项研究揭示的混凝土变形性能的改善、韧性的增强、抗冻融性能的提高、对磨蚀和冲击荷载能量吸收能力的大幅度提高等等，以及从采用CT技术对聚丙烯纤维混凝土受弯曲全过程在细观层次上的试验研究所“感觉”到的混凝土结构特性的变化，都表明聚丙烯纤维正在使混凝土结构“变柔”， 传统的脆性性质得到了一定程度的改变（改变的程度取决于纤维的掺量水平）。这些可以引导我们对聚丙烯纤维在混凝土中的增强作用有更深刻、更理性的认识。 3．聚丙烯纤维混凝土配合比与原来采用的一期面板混凝土配合比基本相同，聚丙烯掺量仅占混凝土总体积的0.1%。由于掺入纤维引起的坍落度损失可以用简单措施，如适当增加水或同时增加水和水泥用量及改变砂率等来调整解决；混凝土的抗压、抗拉和抗折强度都可以基本维持不变，完全保证了设计要求。 4。聚丙烯纤维混凝土的施工工艺与普通混凝土的施工工艺基本相同。只要合理控制坍落度，注意缩短混凝土出机到入仓的时间，使仓面混凝土坍落度不低于3~5 cm，并适当加强振捣和收面作业，完全可以保证聚丙烯纤维混凝土施工的顺利进行和质量。
5．由于聚丙烯纤维混凝土有效地抑制了裂缝产生，使混凝土防渗、抗冻融能力得到改善，特别在试验中表现出聚丙烯纤维的掺加，能明显改善混凝土的抗冻
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融破坏性能，从而使混凝土耐久性大大提高。试验证明，气候老化对聚丙烯纤维混凝土的作用很小，纤维受到老化影响仅在表面深度3、4mm的范围内。浅表层几毫米范围内聚丙烯纤维性能的下降，对整体混凝土的强度特性没有影响。白溪水库条件下使用聚丙烯纤维混凝土耐久性是有充分保障的。这与国外的研究结论相一致。
6．国产聚丙烯纤维的研究和生产中，在纤维的搅拌分散性、抗老化、与混凝土结合力、细径化等方面做了大量的工作，已能生产出符合要求的改性聚丙烯纤维丝和纤维网，其价格大约为进口聚丙烯纤维的二分之一到三分之一，为在我国推广聚丙烯纤维混凝土创造了条件。当掺量水平为混凝土体积含量0.1%时，每方混凝土增加材料费用约45元。另外施工中搅拌、振捣和收面的台班和人工将有所增加，但增加的量不大。与所得到的效益：改善面板混凝土质量、减少裂缝产生，从而延长了寿命，减少了渗漏损失相比，是十分经济的。
7．聚丙烯纤维混凝土技术因其低廉的价格和常规施工工艺，在板式结构和高流速建筑物的混凝土中，与钢纤维和硅粉混凝土等材料比较具有很大经济、技术优势和推广价值。许多水利工程，因聚丙烯纤维混凝土可接受的价格，可以在避免采用钢纤维、硅粉等昂贵材料的条件下，合理提高混凝土的原设计标准，从而大大提高我国水工混凝土工程的质量和安全。
综上所述，我们认为，聚丙烯纤维混凝土在我国水利工程上有着广阔的应用前景。对于水利工程在新世纪更好的提高质量、延长寿命、发挥效益有着重要的作用。白溪水库二期面板和溢洪道陡槽末端采用聚丙烯纤维混凝土对提高工程质量将起十分重要的作用，在技术上和经济上都是可行的。我国水利部门目前对聚丙烯纤维混凝土的应用还刚开始。我们希望，通过本项目的研究成果和鉴定，将能推动在水利工程中对聚丙烯纤维混凝土技术的广泛应用和进一步的研究开发，为我国高性能的水工混凝土技术进步作出积极的贡献。
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参考文献
1．南京水利科学研究院，聚丙烯纤维混凝土试验研究，2001。 2．南京水利科学研究院，聚丙烯纤维抗磨蚀混凝土试验研究，2001。 3．南京水利科学研究院，国内外聚丙烯纤维混凝土研究与应用概况，2000。 4．水电十二局第一分局，掺改性聚丙烯纤维混凝土施工小结及施工指南，2001。 5．浙江水利水电河口海岸研究设计院，宁波市白溪水库喷射纤维混凝土试验研究报告，2001。
6．中国科学院兰州分院分析测试中心，聚丙烯纤维混凝土检测（分析测试）报告说明，2001。
7．聚丙烯纤维混凝土在水利工程中的应用研究课题组，采用CT技术对聚丙烯纤维混凝土增韧防裂机制研究报告，2001。
8．聚丙烯纤维混凝土在水利工程中的应用研究课题组，聚丙烯纤维混凝土技术调研报告，2000。
9．钟秉章，朱强，聚丙烯纤维增强混凝土在水利交通工程上的应用探讨，2000。
聚丙烯纤维混凝土在水利工程中的应用研究课题组，白溪水库二期面板聚丙烯纤维混凝土试验研究报告，2000。
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