摘  要：本文簡要介紹了聚丙烯纖維及聚丙烯纖維混凝土的性能，以及在工程中的應(yīng)用情況和施工技術(shù)措施。


關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維混凝土；抗裂性能；強(qiáng)度；耐久性；應(yīng)用

 

為克服普通混凝土抗拉強(qiáng)度低且易開裂的狀況，將聚丙烯纖維摻入其中，以提高密實(shí)度和抗裂、抗沖擊等性能。適用于大體積、大跨度或形狀復(fù)雜的建筑構(gòu)件上的新型建筑材料。

本文以我司所承建的福建JVC電子有限公司新工廠車間工程成功應(yīng)用的聚丙烯纖維混凝土為例，介紹其性能和工程應(yīng)用情況。

1聚丙烯纖維的性能

聚丙烯纖維是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烴類纖維。

聚丙烯材料的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度較高，比重比一般聚合物低，完全不吸水，為中性材料，與酸堿不起化學(xué)作用，而且經(jīng)濟(jì)性好，使其較適用摻加于混凝土中。其物理性能見表1

表1聚丙烯纖維的物理性能  

2聚丙烯纖維混凝土的主要性能

聚丙烯纖維混凝土是把一定量的聚丙烯纖維加入到混凝土的原材料中，經(jīng)過充分?jǐn)嚢�，纖維受到水泥、砂石和水的沖擊混合，均勻分布在混凝土中形成的一種高性能混凝土。

2．1聚丙烯纖維混凝土的工作機(jī)理淺析

混凝土存在有微裂縫，這些微裂縫存在于相與相（水泥膠體、砂、石三相）之間和水泥微顆粒之間，砼在硬化形成結(jié)晶體，這種晶體化合物的體積比原材料的體積要小，因而引起砼的收縮，在后期又由于砼內(nèi)自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應(yīng)力某個(gè)時(shí)期超出了水泥機(jī)體的抗拉強(qiáng)度，于是在砼內(nèi)部引起微裂縫。這些微裂縫不可避免地存在于砼內(nèi)的骨料和水泥膠體的局部、交接處及凝膠體自身內(nèi)部。砼在凝結(jié)和硬化過程中，微裂縫經(jīng)歷了出現(xiàn)和發(fā)展過程。這一過程，為砼的固體收縮（一般砼的收縮率在8×10-4左右）。砼的微裂縫在發(fā)展過程中是從無到有，從小到大，向最薄弱方向交向發(fā)展，微裂縫向細(xì)裂縫發(fā)展，大多數(shù)（約占70％）在3～7d凝膠期內(nèi)完成，此時(shí)砼的抗拉強(qiáng)度極低，一般小于lMPa，如果沒有采取有效的抗裂措施，砼同有的微裂縫在內(nèi)外應(yīng)力的作用下將會(huì)發(fā)展為更大的裂縫，以至最終形成貫通的毛細(xì)孔道及裂縫，從而造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度遠(yuǎn)未能充分發(fā)揮，甚至影響到工程的安全與使用壽命。


在砼內(nèi)摻入聚丙烯纖維，聚丙烯纖維與水泥、集料有極強(qiáng)的結(jié)合力，可以迅速而輕易地混合，且經(jīng)攪拌能分布均勻。同時(shí)由于體積細(xì)微，所以比面積大。1kg的聚丙烯纖維摻入到lm3砼中，可產(chǎn)生的亂向分布數(shù)千萬根乃至數(shù)億根聚丙烯纖維絲，其在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系，起到物理加筋作用，加強(qiáng)骨料間的拉結(jié)和有效阻礙骨料的離析，保證砼組成原材料早期均勻性。此后砼的微裂縫向細(xì)裂縫發(fā)展過程中，必須碰到數(shù)量眾多纖維的拉力阻礙。因此聚丙烯纖維可以有效地抑制砼早期干縮微裂縫及離析裂縫、溫度裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，極大地減少收縮裂縫，尤其是有效地抑制連通裂縫的產(chǎn)生。此外，均勻分布在砼中彼此相粘連的大量微纖維起了“承托”骨料的作用，降低了砼表面的析水和骨料的離析，從而使砼中直徑為50～100um和大于100um的孔隙含量大大減少，從而極大地提高了砼的密實(shí)度和抗?jié)B能力。微纖維分散了砼的定向拉應(yīng)力，從而起到抗裂和增強(qiáng)密實(shí)度、提高整體強(qiáng)度的效果。

2．2聚丙烯纖維摻入量對混凝土性能的影響

實(shí)驗(yàn)表明，在砼中加入聚丙烯纖維對其抗壓強(qiáng)度影響不大，但其抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗塑性收縮、抗?jié)B性、抗凍性、抗沖擊性、抗腐蝕性等強(qiáng)度和耐久性均有明顯提高。表2是一組在C60砼中摻入數(shù)量不同的聚丙烯纖維的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中聚丙烯的指標(biāo)為：抗拉強(qiáng)度400MPa，長徑比750～900，斷裂伸長率8．2％。

表2一組在C60砼中摻量不同的聚丙烯纖維的試驗(yàn)數(shù)據(jù) 

經(jīng)濟(jì)合理的聚丙烯纖維摻入量應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際和試驗(yàn)來確定，一般為0．5～1．5kg/m3，不宜超過2kg／m3，否則也將影響纖維的分散性和混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3聚丙烯纖維混凝土在工程中的應(yīng)用

3．1工程概況

由我司承建的福建JVC電子有限公司新工廠車間工程位于福州快安工業(yè)區(qū)，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的單層廠房．建筑面積為14225m2，屋面面積為138m×99m，屋蓋采用混合配筋預(yù)應(yīng)力梁板，屋面板厚為130mm，屋面主梁截面為2m×0．5m，最大跨度長達(dá)24m，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級為C35P6。為滿足設(shè)計(jì)要求，決定采用添加聚丙烯纖維的混凝土。

3．2砼原材料的選用及配合比

水泥：建福牌P．042．5水泥

砂：閩江河砂．Mx＝2．7，含泥量≤1％

石：為5～31．5mm連續(xù)級配的碎石，含泥量≤1％，針片狀含量≤8％，壓碎指標(biāo)≤9％

粉煤灰：I級

泵送劑：TW－10

膨脹劑：AEA膨脹劑

纖維：聚丙烯纖維，由江蘇省某纖維廠出品，密度為0．91％，抗拉強(qiáng)度≥300MPa，長度20mm。


3．3施工工藝

（1）攪拌：纖維在砂、水泥、石子投放之后，加水之前投入攪拌，攪拌時(shí)間以聚丙烯纖維在混凝土中均勻分布為度，本工程為3～5min。

（2）振搗：由于該梁高度大（2m），跨度長（24m），且鋼筋密集，所以采用分段分層澆注。每層300～400mm，使用插入式振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，振動(dòng)頻率和時(shí)間以能使拌合物中所含空氣充分逸出為準(zhǔn)。振搗時(shí)振動(dòng)棒移動(dòng)間距控制在300～400mm范圍內(nèi)，澆注上層時(shí)應(yīng)插入下層50mm，與普通砼相比，聚丙烯纖維砼較稠，表現(xiàn)在插入式振動(dòng)棒拔出時(shí)穴坑復(fù)平時(shí)間較長，收面要適當(dāng)加強(qiáng)。在聚丙烯纖維混凝土澆注1～2h后，必須進(jìn)行二次振搗，并對其表面拍打振實(shí)。收漿是聚丙烯纖維在混凝土很關(guān)鍵的施工工藝，在施工過程中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)氣溫、風(fēng)力大小等具體情況進(jìn)行收漿，收漿過早或過遲，都有可能出現(xiàn)龜裂。最后一次抹面應(yīng)在初凝前完成。

（3）養(yǎng)護(hù)：聚丙烯纖維混凝土在其壓光抹面后，應(yīng)立即覆蓋塑料薄膜養(yǎng)護(hù)，待其強(qiáng)度達(dá)到1 2MPa后，再加蓋麻袋，澆水養(yǎng)護(hù)至14天。澆水次數(shù)以能保持混凝土始終處于濕潤狀態(tài)為準(zhǔn)。

3．4效果

（1）混凝土強(qiáng)度：成型試塊44組，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，28d抗壓強(qiáng)度mfcu＝55．4MPa，fcu，min＝44．1 MPa，Sfc  u＝3．1MPa。滿足設(shè)計(jì)和驗(yàn)收規(guī)范要求。

（2）混凝土收縮：收縮試件21組，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，28d收縮率均在3．0×10-4之內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)和驗(yàn)收規(guī)范要求。

（3）混凝土抗?jié)B：抗?jié)B試塊20組，自然養(yǎng)護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，28d后的抗?jié)B等級均能滿足設(shè)計(jì)和驗(yàn)收規(guī)范要求。

（4）屋面梁板質(zhì)量情況：屋面梁板施工完畢至今未出現(xiàn)不良裂縫。

4結(jié)束語

在砼中摻入適量的聚丙烯纖維是克服砼開裂的有效途徑，也是一種有效的溫差補(bǔ)償抗裂手段。聚丙烯纖維在砼中形成的亂向支撐體系，產(chǎn)生了有效的二級加強(qiáng)效果。能夠有效地減少砼早期泌水，降低孔隙率，減小早期干縮和塑性裂縫，阻止砼發(fā)生沉降裂縫，從而能較大幅度地提高砼的密實(shí)度、抗裂性和抗?jié)B性。由我司承建的福建JVC電子有限公司新工廠車間工程的混凝土屋面板是我省首座大面積預(yù)應(yīng)力抗收縮混凝土屋面梁板工程，應(yīng)用聚丙烯纖維混凝土澆注的24m跨度預(yù)應(yīng)力梁目前也為我省之最，其成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可為今后同類工程施工提供參考。