聚丙烯纤维在混凝土工程中的应用

1　工程概况及特点贵州聚丙烯纤维1.1　常州市新北区人民法院工程：东西长79.2m，南北宽46.5m，总建筑面积16000多m2。本工程地下一层，地上十二层，设计混凝土强度等级C35，抗渗标号P8。
1.2　该工程地下室在平面尺度上按规范要求属超长超宽的框架结构，基础建在天然地基上，设计时没有预设后浇带和伸缩缝，工程底板的施工质量将影响到整个工程的质量和后期使用。
1.3　地下室底板于2003年12月浇筑，当月最低气温约零下5℃，且局部底板基础为大体积混凝土，属冬季大体积混凝土施工，水泥水化热引起的温度差不平衡应力对底板混凝土质量的影响比较大。

2　聚丙烯纤维在混凝土中的微观工作机理及作用
2.1　有效提高混凝土的抗裂性能在混凝土中掺入聚丙烯纤维，由于其在混凝土内部形成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生有效的二级加强效果。纤维的乱向分布体系可削弱混凝土的塑性收缩，导致混凝土收缩的能量被分散到无数的纤维丝上，从而有效地增强混凝土的韧性，减少混凝土在初凝收缩时容易产生的裂纹和裂缝。同时，纤维丝在混凝土内部形成的乱向支撑体系可以有效防止混凝土的离析，保证混凝土早期均匀的泌水性，阻碍了沉降裂缝的形成，从而增强了混凝土的抗裂性。
2.2　有效提高混凝土的抗渗性能混凝土中掺入聚丙烯纤维，可有效抑制混凝土早期干缩微裂缝及离析裂纹的产生及发展，减少混凝土的收缩裂缝，尤其是有效地抑制了连通裂缝的产生；另外，均匀分布在混凝土中彼此相连的大量纤维起“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的泌水和集料的离析，从而大大降低了混凝土中空隙的含量。
由此可见，掺入聚丙烯纤维后由于有效地降低了混凝土的空隙率，避免了连通毛细孔的形成，因而提高了混凝土的抗渗性能。
2.3　有效提高混凝土的抗冻性能在混凝土中掺入聚丙烯纤维可以缓解由温度变化引起的混凝土内部应力的作用，阻止温度裂缝的扩展；同时，混凝土抗渗能力的提高也有利于抗冻能力的提高。实践及研究都表明，在混凝土中加入聚丙烯纤维可作为一种有效的混凝土温差补偿抗裂手段。

3　工程应用实例
3.1　原材料选取及试配
   水泥：选用嘉新某厂P·O42.5水泥，其物理性能见表1。

表1　水泥的物理性能

   聚丙烯纤维：选用江苏某合成纤维厂生产的聚丙烯纤维。其性能指标：弹性模量≥2923MPA；抗拉强度≥357MPA；极限延伸率≤45%贵州聚丙烯纤维。
   粗骨料：花岗岩碎石，粒径5～20mm连续级配，含泥量﹤ 0.7%。
   细骨料：河砂，细度模数2.5，属Ⅱ区中砂，含泥量﹤ 0.2%。
   粉煤灰：选用镇江某公司生产的Ⅰ级粉煤灰，其性能指标：细度6.3%；烧失量0.5%；需水量91%。
   高效减水剂：选用江苏某厂生产的萘系JM－Ⅷ高效减水剂，减水率﹥ 20%。
   我们在试配时分别对强度等级C30、抗渗标号P8和C35、P8的混凝土进行掺与不掺聚丙烯纤维的对比试验，配合比见表2。

表2　混凝土配合比

3.2　比较分析
   3.2.1　此次混凝土试配对拌合物工作性的测定主要以混凝土坍落度、扩展度为主，同时观察混凝土的保水性和粘聚性，并测定混凝土经时损失。混凝土工作性测定结果见表3。

表3　混凝土工作性测定结果

   3.2．2　从表4可以看出：掺入聚丙烯纤维的混凝土3天强度比普通混凝土3天强度有所提高，但7天、28天强度都有一定程度的降低，降幅在4%以内。所以只要聚丙烯纤维的掺量适当就不会对混凝土强度产生不良影响。强度变化曲线见图1。

表4　不同龄期混凝土抗压强度

图1　混凝土强度曲线

   3．2.3　每方混凝土掺入0.7kg聚丙烯纤维会明显降低拌合物的工作性。通过适当增加外加剂的掺量，混凝土坍落度和扩展度都有明显改善，基本能满足施工要求。
   3.2.4　进行劈裂张拉测试试块破坏比较：在相同条件下，纤维混凝土强度提高并不大，但试件的破坏形式却不相同，普通混凝土完全断裂为脆性破坏，而纤维混凝土仅有两条不同方向的可见短裂缝，试件仍保持完整。从以上比较可以反映出聚丙烯纤维能大大提高混凝土的抗裂能力和韧性，对克服高强混凝土的脆性有较理想的效果。
3.3　聚丙烯纤维混凝土的生产
   3.3.1　混凝土的搅拌
   1)正式生产前，试验人员应认真复核配合比是否已正确输入电脑；生产时，应根据所用砂、石的含水率及时调整用水量，确保出机混凝土坍落度与试配混凝土坍落度相近。
   2)根据我站搅拌机投料的特点选用先掺法，配制程序为：砂+石+纤维→搅拌(5秒)→水泥+水→搅拌(35秒)→出料；其优点是纤维在与砂、石的干拌中被强制分散，使纤维在混凝土中均匀分布。
   3)加强实际生产过程的管理，确保纤维投放准确，并建立严格的交接班制度。
   3.3.2　混凝土的浇筑
   1)底板混凝土从东向西连续浇筑，对局部大体积混凝土基础采取分层浇筑法，分层厚度为振捣棒有效长度的0.8倍(约350mm)，基础斜面纵坡约为1∶5。
   2)在每台输送泵软管出料口布置3台插入式振捣棒，其中1台置于卸料点，2台布置在斜坡口以加强振捣质量。
   3)对分层浇筑混凝土进行振捣时，插入式振捣棒应快插慢拔，插点要均匀排列、逐点移动，按顺序振捣，不得漏振，要求做到均匀密实。一般每点振捣5～10ｓ，应视混凝土表面不再有明显下沉和气泡为宜，但也不能过振。
   3.3.3　混凝土的养护
   混凝土浇筑2～3h后，用刮平尺将混凝土按标高初步刮平。初凝前用木抹搓平，待混凝土表面收水后再用抹子抹平，闭合收水裂缝。终凝前，如局部出现较多的泌水，应及时用草袋或其他材料将积水排除，确保在混凝土受冻前，达到规定的最低抗压强度。最后用塑料薄膜将表面加以覆盖后再加盖草垫，进行保温、保湿养护，养护时间不少于14天。
3.4　工程应用结果
   工程底板厚500mm，混凝土浇筑量为4200m3，经观察混凝土运至现场后纤维均匀分散，混凝土坍落度及和易性良好，易于泵送施工。虽然浇筑时最低气温零下5℃。但经施工人员精心组织施工，聚丙烯纤维的使用取得了令人满意的效果，大面积底板基础未发现一条有害裂缝贵州聚丙烯纤维。
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4　结论及注意事项
   4.1　混凝土中掺入聚丙烯纤维能有效提高混凝土的抗裂、防渗、抗冻等性能。但混凝土强度略有下降。
   4.2　聚丙烯纤维在混凝土中具有良好的分散性，对混凝土拌合物的工作性无显著影响，但坍落度略有降低。对搅拌工艺无特殊要求，但搅拌时间应适当延长。
   4.3　施工时应准备充分，保证混凝土连续浇筑，混凝土布料、振捣要按施工规范要求进行。
   4.4　必须重视养护工作，养护期不少于14d，冬季施工要及时覆盖塑料膜和保温材料，养护一定要保温、保湿。
   4.5　地下室施工、验收完毕后应尽快回填土。