纖維、摻合料和外加劑材料在面板混凝土防裂抗凍作用中的研究綜述

徐海燕，戈雪良，2，3，4，劉偉寶，張政男，劉紫玫

(1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029；2.水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029；3.國(guó)家能源水電工程安全與環(huán)境技術(shù)研發(fā)中心，江蘇 南京 210029；4.水利部水工新材料工程研究中心，江蘇 南京 210029)

1 研究背景

中國(guó)混凝土面板堆石壩的發(fā)展距今已有近40年，在國(guó)家《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》深入推動(dòng)下，未來(lái)15年我國(guó)規(guī)劃建設(shè)550座大型抽水蓄能電站。面板堆石壩作為抽水蓄能電站建設(shè)的主要壩型之一，防裂是面板混凝土的首要技術(shù)要求，面板混凝土裂縫控制不好將嚴(yán)重威脅面板的防滲、抗凍等其他耐久性能。在抽蓄中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中，“十四五”期間僅新疆、西藏、東北等氣候環(huán)境高寒復(fù)雜地區(qū)規(guī)劃建設(shè)的抽水蓄能電站就達(dá)38座，高寒、高海拔等氣候復(fù)雜地區(qū)高溫差、高蒸發(fā)的惡劣自然環(huán)境對(duì)面板混凝土有著更高的抗裂、抗凍技術(shù)需求。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，高寒地區(qū)建成和在建的混凝土面板堆石壩已超過(guò)30座，高抗裂、抗?jié)B以及抗凍耐久性仍是高寒地區(qū)面板堆石壩急需解決的問(wèn)題。

面板混凝土是抽水蓄能電站上、下水庫(kù)的表面防滲結(jié)構(gòu)，具有面積大、厚度薄等特點(diǎn)。由于面板混凝土的板式結(jié)構(gòu)特征，相比較于其他水工混凝土結(jié)構(gòu)，有更大的概率會(huì)產(chǎn)生裂縫。面板混凝土表面的裂縫會(huì)降低混凝土的抗?jié)B性，水以及化學(xué)侵蝕物質(zhì)沿著裂縫滲入會(huì)加劇混凝土的凍融破壞，進(jìn)而產(chǎn)生更多的裂縫和孔洞等病害，從而形成混凝土耐久性劣化的惡性循環(huán)直至面板混凝土結(jié)構(gòu)功能失效[1-2]。因此，面板混凝土的防裂技術(shù)一直是水利水電工程研究的熱點(diǎn)與重點(diǎn)。大量工程實(shí)踐表明，纖維的摻入可以有效地抑制混凝土裂縫發(fā)展，纖維在面板混凝土阻裂增韌作用方面已有20余年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。目前，纖維技術(shù)在纖維品種以及混雜纖維摻用等方面較20多年前已有較大發(fā)展，本文從面板混凝土裂縫成因、已建水利水電工程面板混凝土纖維應(yīng)用情況以及纖維和其他混凝土原材料在面板混凝土中的防裂抗凍等方面進(jìn)行綜述研究，以期對(duì)未來(lái)我國(guó)抽水蓄能電站面板混凝土工程的建設(shè)提供一定理論和技術(shù)支撐。

2 面板混凝土裂縫成因分析及纖維應(yīng)用情況

2.1 面板混凝土裂縫成因

面板混凝土的裂縫可分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫，其中非結(jié)構(gòu)性裂縫主要包括溫度裂縫和收縮裂縫。結(jié)構(gòu)裂縫的成因主要有壩體沉降過(guò)大或不均勻沉降、壩體自重、庫(kù)水壓力，以及面板與墊層約束等外力作用。非結(jié)構(gòu)性裂縫的成因主要與混凝土本身材料特性以及環(huán)境溫度有關(guān)。在寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)，環(huán)境溫差大，面板混凝土在澆筑早期會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱而引發(fā)溫度變形，混凝土還會(huì)因?yàn)樗终舭l(fā)而產(chǎn)生收縮變形，各種因素帶來(lái)的變形應(yīng)力大于混凝土本身允許的抗拉強(qiáng)度，從而導(dǎo)致開(kāi)裂。在面板混凝土澆筑完成運(yùn)行期，表面裂縫導(dǎo)致水分及侵蝕物質(zhì)滲入，在低溫下內(nèi)部水結(jié)冰膨脹產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，進(jìn)而加劇裂縫的發(fā)展。面板混凝土產(chǎn)生的裂縫往往是多因素共同作用的結(jié)果。大量實(shí)踐表明，在水庫(kù)蓄水前溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力是混凝土面板早期微細(xì)裂縫產(chǎn)生的主要原因，面板混凝土的裂縫80%以上是非結(jié)構(gòu)性裂縫。溫度應(yīng)力引發(fā)的裂縫形態(tài)多近于水平，具有隨溫度變化擴(kuò)張或合攏的特征。干縮引發(fā)的收縮裂縫往往呈“龜裂”狀，這些微細(xì)裂縫在面板上形成薄弱區(qū)，遇外力因素極易發(fā)展成貫通裂縫。

2.2 纖維在國(guó)內(nèi)面板堆石壩的應(yīng)用情況

呂興棟等[3]統(tǒng)計(jì)了部分面板堆石壩的裂縫發(fā)展以及面板原材料纖維使用情況，李遠(yuǎn)程等[4]對(duì)高寒地區(qū)部分面板壩環(huán)境的極端最低溫度、面板混凝土摻入纖維情況等技術(shù)參數(shù)做了總結(jié)，可以看出纖維在面板堆石壩中的使用從種類(lèi)上的發(fā)展到不同種類(lèi)纖維的混摻和纖維搭配摻合料復(fù)合使用，逐步形成了纖維在內(nèi)的多元阻裂增韌體系。面板混凝土表面裂縫多產(chǎn)生于施工或運(yùn)行初期，在部分寒冷以及嚴(yán)寒地區(qū)，聚丙烯纖維和聚丙烯醇纖維是早期混凝土面板最常用的纖維，隨后聚乙烯醇纖維、纖維素纖維以及纖維和膨脹劑復(fù)合使用逐步運(yùn)用到面板混凝土防裂中。

20世紀(jì)90年代初，纖維最早用于道路、橋梁和房建工程，在20世紀(jì)90年代末才開(kāi)始應(yīng)用在水工建筑物中。2000年白溪水庫(kù)二期工程首次將聚丙烯纖維應(yīng)用于面板堆石壩，與一期面板工程相比，二期面板裂縫寬、深、長(zhǎng)度和數(shù)量都較一期面板有較好的改善[5]。隨后鋼纖維、聚丙烯腈纖維也被用于各個(gè)面板堆石壩工程的抗裂研究中。2002年國(guó)內(nèi)開(kāi)始建立世界最高的水布埡面板堆石壩，聚丙烯腈纖維在纖維混凝土抗裂性試驗(yàn)中提高了混凝土面板的初裂強(qiáng)度和韌性，呈現(xiàn)了良好的抗裂作用，水布埡工程一二期面板便首次用到了聚丙烯腈纖維，在一期面板澆筑養(yǎng)護(hù)完畢后，僅發(fā)現(xiàn)了兩條裂縫[6-7]。三期面板處于水位變化區(qū)，要求更高的抗裂能力，后在工程中復(fù)摻了鋼纖維與聚丙烯腈纖維。水布埡工程面板混凝土摻聚丙烯腈纖維和鋼纖維的彎曲韌性試驗(yàn)結(jié)果如圖1。試驗(yàn)組編號(hào)C0為基準(zhǔn)組，PAN-0.7為摻量0.7 kg/m3的聚丙烯腈纖維，S-0.9為摻量0.9 kg/m3的鋼纖維。從圖1可知，混摻鋼纖維和聚丙烯腈纖維的混凝土早期(3 d)和后期(28 d)抗折強(qiáng)度都有明顯提高，初裂強(qiáng)度后期(28 d)提高幅度大，表現(xiàn)出良好的增韌作用。隨著纖維對(duì)混凝土阻裂增強(qiáng)作用研究的深入，越來(lái)越多性能優(yōu)異的纖維被用到面板堆石壩中，包括碳纖維、聚乙烯醇纖維和纖維素纖維等[8-11]。纖維在面板堆石壩中應(yīng)用的效果差異與纖維材料自身特性、施工環(huán)境和工藝有關(guān)。察汗烏蘇和柳樹(shù)溝兩座面板壩位于新疆同一高寒區(qū)，趙慶對(duì)兩面板壩運(yùn)行中裂縫發(fā)展情況做了對(duì)比[12]。察汗烏蘇面板壩摻入聚丙烯纖維，柳樹(shù)溝面板壩的建設(shè)中原材料復(fù)摻了羅塞纖維素纖維和鋼纖維，并選擇了恰當(dāng)?shù)闹谱鞴に?，在后期僅發(fā)現(xiàn)27條裂縫，與察汗烏蘇面板壩的711條裂縫形成了強(qiáng)烈對(duì)比。纖維在面板混凝土上防裂性能的研究除了纖維種類(lèi)上以及纖維混雜的發(fā)展，纖維也開(kāi)始和外加劑、摻合料等材料復(fù)合使用。

圖1 水布埡工程面板混凝土彎曲韌性試驗(yàn)結(jié)果[7]

3 纖維等原材料對(duì)面板混凝土防裂抗凍的影響

面板混凝土開(kāi)裂和凍融破壞是高寒區(qū)混凝土壩的突出工程風(fēng)險(xiǎn)，提高混凝土的抗裂性是增強(qiáng)混凝土凍融耐久性的重要措施[2]。面板混凝土的防裂抗凍技術(shù)包括材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝三方面，本文主要從材料層面考慮面板混凝土的防裂抗凍性能，特別是纖維以及纖維同其他外加劑和摻合料的復(fù)合作用。

3.1 纖維材料的影響

3.1.1 纖維材料特性的影響

混凝土內(nèi)部均勻分散的纖維相互橋連，可以形成空間網(wǎng)狀支撐結(jié)構(gòu)，從而限制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，纖維增強(qiáng)混凝土的機(jī)理主要有復(fù)合材料和纖維間距理論。纖維在混凝土中發(fā)揮作用的效果與纖維自身材料性能、纖維摻量和纖維與基體界面結(jié)合力有關(guān)。在纖維類(lèi)型上，與聚合物纖維相比，金屬鋼纖維有更高的強(qiáng)度和彈性模量，能夠在裂紋發(fā)展區(qū)提供較高的應(yīng)力抑制裂紋發(fā)展，而較軟的聚合物纖維則能增加裂紋區(qū)的韌性和應(yīng)變能力。在纖維尺寸上，通常來(lái)講，較長(zhǎng)的纖維對(duì)宏觀裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展有明顯控制作用，短纖維則針對(duì)控制微裂紋的發(fā)展。纖維的作用效果還受到纖維摻量的影響，摻量過(guò)高會(huì)影響纖維的分散效果，不利于發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。Pakravan等在文獻(xiàn)[13]中對(duì)3種常用的聚合物纖維(聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、聚乙烯醇纖維)性質(zhì)做了分類(lèi)，其中聚乙烯纖維有比聚丙烯纖維和聚乙烯醇纖維更高的彈性模量和拉伸強(qiáng)度，同時(shí)聚乙烯纖維具有疏水性，在混凝土中主要表現(xiàn)為拔出型破壞，使得聚乙烯纖維在混凝土裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展中能量吸收能力更高，能更有效地增強(qiáng)混凝土延展性。Wang等[14]做了聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇纖維和聚丙烯纖維對(duì)面板混凝土抗裂性和耐久性的影響及對(duì)比，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在抑制開(kāi)裂和抗凍性能的比較上，聚乙烯醇纖維優(yōu)于聚丙烯腈纖維和聚丙烯纖維，同樣能用纖維自身機(jī)械性能和與水泥基材料粘附性差異解釋。而B(niǎo)ertelsen等[15]對(duì)關(guān)于水泥基材料中約束性收縮開(kāi)裂試驗(yàn)的文獻(xiàn)進(jìn)行回顧，通過(guò)將纖維阻裂效率的結(jié)果表示與纖維體積分?jǐn)?shù)、幾何形狀、尺寸和機(jī)械性能等信息構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)更細(xì)的纖維，較強(qiáng)的粘結(jié)性，體積單位纖維數(shù)量以及比纖維表面積增加對(duì)纖維阻裂有較為明顯的積極影響，但纖維彈性模量和長(zhǎng)度沒(méi)有顯示出明顯的相關(guān)性。

3.1.2 混雜纖維技術(shù)的影響

單一纖維由于自身性質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)于混凝土防裂性能的提升效果是有限的；另外在實(shí)際工程中，面板混凝土的裂縫是以不同尺寸形式在各種應(yīng)力階段出現(xiàn)，所以不難理解兩種或更多類(lèi)型的纖維混合可以在不同層次上性能互補(bǔ)，發(fā)揮更有利的阻裂增強(qiáng)作用，近年來(lái)混雜纖維增強(qiáng)混凝土也越發(fā)受到關(guān)注。Wang等[16]定量分析了鋼纖維和聚丙烯纖維混雜混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)以及氣孔結(jié)構(gòu)與混凝土滲透性和耐鹽凍融性的關(guān)系，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩種纖維單摻和混摻都可減少混凝土的氣孔含量，混雜纖維使180～500 μm的孔隙彎曲度變復(fù)雜，但混雜纖維對(duì)混凝土的滲透性有負(fù)面影響，對(duì)混凝土的抗凍性能有提升但效果不顯著?；炷恋目紫督Y(jié)構(gòu)常被研究用來(lái)描述抗?jié)B性和抗凍耐久性，然而很少有研究從孔隙結(jié)構(gòu)角度分析它對(duì)混凝土開(kāi)裂性能的影響。Li等[17]基于聲發(fā)射和低頻核磁共振數(shù)據(jù)，建立了混凝土開(kāi)裂和孔徑分布之間的關(guān)系模型，并用多元回歸方程定量描述了孔徑分布對(duì)混凝土開(kāi)裂的影響，發(fā)現(xiàn)孔徑在100～1 000 nm的毛細(xì)孔和孔徑大于1 000 nm的大孔對(duì)混凝土開(kāi)裂有明顯的影響。

3.1.3 纖維復(fù)合材料技術(shù)的影響

纖維一方面通過(guò)自身機(jī)械性能對(duì)混凝土起到阻裂增強(qiáng)作用，而另一方面纖維的引氣作用會(huì)增加混凝土內(nèi)部的截留空氣量，可能會(huì)使混凝土內(nèi)部薄弱界面增多從而對(duì)混凝土的機(jī)械性能和耐久性產(chǎn)生不利影響。外加劑和摻合料能有效降低孔隙率，鞏固纖維與漿體間的薄弱區(qū)，合適配比的纖維與外加劑，摻合料復(fù)合使用能得到更為高效的抗裂效果[18-19]。Wang等[20]研究發(fā)現(xiàn)摻粉煤灰、纖維、氧化鎂膨脹劑和減縮劑的防裂措施均能提高混凝土抗凍性，其中粉煤灰和PVA纖維復(fù)合作用明顯細(xì)化了混凝土孔結(jié)構(gòu)，混凝土抗凍性提高效果最好。Afroughsabet等[21]發(fā)現(xiàn)硅灰的存在可以改善纖維在混凝土中的分散性，另外硅灰和纖維的聯(lián)合使用能讓混凝土的吸水率變低。Fallah等[22]發(fā)現(xiàn)高百分比的納米二氧化硅和硅灰都會(huì)導(dǎo)致混凝土試件發(fā)生脆性斷裂，而纖維能補(bǔ)償韌性，這也是硅灰經(jīng)常會(huì)搭配纖維使用的原因。

3.2 其他混凝土原材料的影響

3.2.1 外加劑

在面板混凝土中常用的外加劑有膨脹劑、減水劑、減縮劑和引氣劑等。關(guān)于外加劑對(duì)面板混凝土防裂抗凍性能的影響主要分為減少混凝土收縮變形和水泥水化溫升兩方面。在混凝土中摻入膨脹劑制得補(bǔ)償性收縮混凝土是減少收縮裂縫的有效方法，膨脹劑使混凝土產(chǎn)生一定的體積膨脹來(lái)補(bǔ)償混凝土的收縮，從而減少收縮裂縫的生成，而減縮劑是通過(guò)降低毛細(xì)管中液相的界面張力來(lái)減少收縮。減水劑和引氣劑可以有效提升混凝土的和易性并改善混凝土的含氣量，其中引氣劑給混凝土內(nèi)部增加的獨(dú)立氣泡對(duì)混凝土抗凍性提升有益。

膨脹劑類(lèi)型主要包括氧化鈣型、硫鋁酸鈣型和氧化鎂型，氧化鎂型膨脹劑是面板混凝土最常用的類(lèi)型。氧化鎂膨脹劑在面板混凝土中的膨脹性能受其活性和摻量的影響，不同活性的氧化鎂膨脹劑最大收縮補(bǔ)償效應(yīng)出現(xiàn)的時(shí)間有差異。面板混凝土的干燥和自收縮主要發(fā)生在早期，Wang等[23]建議面板混凝土使用10%以下的活性氧化鎂以消除早期收縮和提高早期抗裂性，但應(yīng)注意小心養(yǎng)護(hù)，以避免氧化鎂膨脹劑由于高活性在面板混凝土塑性收縮階段開(kāi)裂。膨脹劑在面板混凝土中提升抗凍性能的影響研究較少，但Chen等[24]對(duì)外摻氧化鎂膨脹劑的混凝土自生變形進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)6年的觀察研究，結(jié)果表明，在適當(dāng)摻量下，混凝土的孔結(jié)構(gòu)隨著齡期的增長(zhǎng)會(huì)越來(lái)越好，并且混凝土含有氧化鎂水化產(chǎn)物的周?chē)鷽](méi)有產(chǎn)生微裂紋。張迪等[25]通過(guò)平板法研究粉煤灰、減縮劑和氧化鎂膨脹劑對(duì)面板混凝土抗裂性的影響，發(fā)現(xiàn)三者都提高了混凝土早期抗裂性，而6%氧化鎂膨脹劑的效果最好。

適當(dāng)摻量的減縮劑能有效降低混凝土的早期收縮和開(kāi)裂，另外減縮劑與引氣劑、膨脹劑和纖維具有協(xié)同作用，減縮劑與膨脹劑的復(fù)合可以降低自收縮和干燥收縮，顯著抑制裂縫的產(chǎn)生，纖維與減縮劑復(fù)合可以補(bǔ)償由減縮劑引發(fā)的強(qiáng)度下降[26]。不過(guò)，李?lèi)偟萚27]在3種不同外加劑(減水劑、減縮劑和膨脹劑)對(duì)混凝土抗裂性能的研究中發(fā)現(xiàn)，只摻入萘系減水劑的混凝土早期塑性收縮會(huì)增大，適量的減縮劑和膨脹劑單摻都能發(fā)揮較好的抗裂效應(yīng)，膨脹劑和減縮劑的復(fù)合使用對(duì)混凝土的抗裂效果并沒(méi)有顯著的提升，這可能與材料配合比以及試驗(yàn)方法的差異有關(guān)。

3.2.2 摻合料

粉煤灰、礦渣、硅灰等摻合料對(duì)水泥的水化有復(fù)雜的化學(xué)和物理效應(yīng)，這些效應(yīng)在恰當(dāng)?shù)膿搅亢宛B(yǎng)護(hù)條件下可以使混凝土獲得更為優(yōu)異的耐久性。摻合料對(duì)水泥水化的物理效應(yīng)包括摻合料細(xì)顆粒的填充效應(yīng)，可以致密混凝土孔結(jié)構(gòu)；球形顆粒的承球效應(yīng)，改善新拌混凝土的流動(dòng)性；對(duì)水泥體系的稀釋效應(yīng)，能降低水化溫升還有對(duì)水化產(chǎn)物的異相成核效應(yīng)。化學(xué)效應(yīng)主要是摻合料的火山灰效應(yīng)和自水化效應(yīng)。這些效應(yīng)一方面能改善混凝土孔隙結(jié)構(gòu)、降低水化溫升從而減緩混凝土開(kāi)裂，另一方面隨著具體的摻合料摻入也可能給混凝土某些性能帶來(lái)不利影響。

如礦粉顆粒的形態(tài)多為多角形玻璃體，與水泥基材料不易形成良好的顆粒級(jí)配，會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部適合裂紋發(fā)展的孔隙結(jié)構(gòu)變多。馬永烔等[28]在對(duì)比單摻粉煤灰、礦粉和復(fù)摻情況下對(duì)混凝土開(kāi)裂的影響中發(fā)現(xiàn)，單摻粉煤灰的混凝土抗裂性效果最好，而單摻礦粉的效果最差，這與時(shí)宇等[29]人的研究一致。硅灰的高火山灰效應(yīng)會(huì)加速水泥早期水化，降低混凝土內(nèi)部濕度，增大混凝土的脆性。Wang等[18]在粉煤灰用量對(duì)面板混凝土收縮和抗裂性研究中指出，粉煤灰的摻量從0到40%的體積率增加均顯著提高混凝土的抗塑性收縮開(kāi)裂性能，但對(duì)約束條件下干燥收縮抗裂性能帶來(lái)不利影響。

Sun等[30]對(duì)鋼渣、粉煤灰、礦渣和石灰石4種礦物摻合料兩兩搭配成6種復(fù)合摻合料，研究復(fù)合摻料對(duì)水泥基材料的水化和長(zhǎng)期性能影響，結(jié)果表明，混凝土中摻入與水泥細(xì)度相同的復(fù)合摻合料對(duì)早期水化沒(méi)有顯著延緩作用，但降低了累計(jì)水化熱，另外含有兩種活性摻合料的復(fù)合體系中有害孔的體積和孔隙率通常低于只含有一種活性摻合料和石灰石粉的復(fù)合體系，其中礦渣-粉煤灰復(fù)合摻合料孔隙結(jié)構(gòu)優(yōu)化最好，而粉煤灰-鋼渣復(fù)合摻合料的孔結(jié)構(gòu)發(fā)展最差。

3.3 表面涂層防護(hù)的影響

外加劑、摻合料和纖維等混凝土材料上的設(shè)計(jì)是面板混凝土防裂抗凍的基礎(chǔ)，混凝土面板表面防護(hù)則是加強(qiáng)措施。在混凝土表面涂覆涂層或薄膜可以阻止水分以及侵蝕物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部，提高混凝土耐久性。常用的混凝土表面防護(hù)材料包括硅烷、改性環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸酯涂料和水泥基聚合物砂漿等，這些防護(hù)材料可降低混凝土吸水性，提高混凝土抗凍性。但以上表面涂層防護(hù)材料均屬于傳統(tǒng)柔性外包防護(hù)材料范疇，且大部分均以有機(jī)材質(zhì)為主，存在一個(gè)長(zhǎng)期材料老化與耐久性問(wèn)題；另外，上述傳統(tǒng)柔性外包防護(hù)材料與混凝土基材之間存在“成層或成膜”結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期服役后會(huì)發(fā)生“剝離、脫殼”情況，這些問(wèn)題在我國(guó)西北、東北等地區(qū)水利水電混凝土工程已噴涂表面防護(hù)材料的工程實(shí)例已出現(xiàn)，噴涂聚脲提高混凝土抗凍性等，取得了一定效果，但會(huì)出現(xiàn)服役運(yùn)行若干年后表面防護(hù)材料層的脫落、損毀等現(xiàn)象，因此表面防護(hù)的長(zhǎng)期附著穩(wěn)定性是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。

4 結(jié)論與展望

混凝土面板開(kāi)裂和凍融破壞是高寒區(qū)混凝土面板壩急需解決的兩大技術(shù)問(wèn)題，從混凝土材料層面進(jìn)行防裂抗凍混凝土的設(shè)計(jì)是解決該技術(shù)問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)途徑，纖維材料以及纖維同其他材料復(fù)合在混凝土面板防裂抗凍上的應(yīng)用還存在以下幾方面的問(wèn)題有待進(jìn)一步研究：

(1)以往纖維應(yīng)用于混凝土的研究多聚焦于單一的抗裂問(wèn)題或單一的抗凍問(wèn)題，而在實(shí)際工程中面板混凝土開(kāi)裂和凍融破壞問(wèn)題往往同時(shí)發(fā)生，對(duì)于抗裂和抗凍兩問(wèn)題的耦合研究需進(jìn)一步加強(qiáng)。

(2)目前纖維混凝土抗裂性能試驗(yàn)主要針對(duì)的是溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力引發(fā)的早期裂縫，高寒區(qū)面板混凝土除了面對(duì)施工過(guò)程中體積收縮變化引發(fā)的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，還有混凝土受凍后內(nèi)部水結(jié)冰導(dǎo)致的凍脹開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，因此纖維對(duì)混凝土內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)應(yīng)力的影響需進(jìn)一步研究。

(3)混雜纖維體系中不同種類(lèi)纖維的最優(yōu)混雜比例和纖維總摻量的確立目前主要通過(guò)混凝土性能試驗(yàn)定性分析，試驗(yàn)工作量大，建立纖維特征值與纖維混雜效應(yīng)的定量聯(lián)系，開(kāi)發(fā)預(yù)測(cè)混雜纖維增強(qiáng)混凝土性能的力學(xué)模型是混雜纖維體系的重要研究方向。