［摘要］本文主要闡述聚丙烯工程纖維在混凝土中的微觀工作機(jī)理及對(duì)混凝土物理性能的影響。并通過(guò)與不摻聚丙烯纖維的混凝土對(duì)比試驗(yàn)分析得出，聚丙烯纖維在混凝土中均勻分散，對(duì)混凝土的工作性和各齡期強(qiáng)度均無(wú)明顯影響，并能有效地改善混凝土抗拉強(qiáng)度低、脆性大、易開裂等缺點(diǎn)。
1 聚丙烯工程纖維概況及特點(diǎn)
1.1 常州市新北區(qū)人民法院工程：東西長(zhǎng)79.2m，南北寬46.5m，總建筑面積16000多m2。本工程地下一層，地上十二層，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，抗?jié)B標(biāo)號(hào)P8。
1.2 該工程地下室在平面尺度上按規(guī)范要求屬超長(zhǎng)超寬的框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)建在天然地基上，設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有預(yù)設(shè)后澆帶和伸縮縫，工程底板的施工質(zhì)量將影響到整個(gè)工程的質(zhì)量和后期使用。
1.3 地下室底板于2003年12月澆筑，當(dāng)月最低氣溫約零下5℃，且局部底板基礎(chǔ)為大體積混凝土，屬冬季大體積混凝土施工，水泥水化熱引起的溫度差不平衡應(yīng)力對(duì)底板混凝土質(zhì)量的影響比較大。
2 聚丙烯工程纖維在混凝土中的微觀工作機(jī)理及作用
2.1 有效提高混凝土的抗裂性能在混凝土中摻入聚丙烯纖維，由于其在混凝土內(nèi)部形成一種均勻的亂向支撐體系，從而產(chǎn)生有效的二級(jí)加強(qiáng)效果。纖維的亂向分布體系可削弱混凝土的塑性收縮，導(dǎo)致混凝土收縮的能量被分散到無(wú)數(shù)的纖維絲上，從而有效地增強(qiáng)混凝土的韌性，減少混凝土在初凝收縮時(shí)容易產(chǎn)生的裂紋和裂縫。同時(shí)，纖維絲在混凝土內(nèi)部形成的亂向支撐體系可以有效防止混凝土的離析，保證混凝土早期均勻的泌水性，阻礙了沉降裂縫的形成，從而增強(qiáng)了混凝土的抗裂性。
2.2 有效提高混凝土的抗?jié)B性能混凝土中摻入聚丙烯纖維，可有效抑制混凝土早期干縮微裂縫及離析裂紋的產(chǎn)生及發(fā)展，減少混凝土的收縮裂縫，尤其是有效地抑制了連通裂縫的產(chǎn)生；另外，均勻分布在混凝土中彼此相連的大量纖維起“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的泌水和集料的離析，從而大大降低了混凝土中空隙的含量。
由此可見(jiàn)，摻入聚丙烯纖維后由于有效地降低了混凝土的空隙率，避免了連通毛細(xì)孔的形成，因而提高了混凝土的抗?jié)B性能。
2.3 有效提高混凝土的抗凍性能在混凝土中摻入聚丙烯纖維可以緩解由溫度變化引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力的作用，阻止溫度裂縫的擴(kuò)展；同時(shí)，混凝土抗?jié)B能力的提高也有利于抗凍能力的提高。實(shí)踐及研究都表明，在混凝土中加入聚丙烯纖維可作為一種有效的混凝土溫差補(bǔ)償抗裂手段。
3 工程應(yīng)用實(shí)例
3.1 原材料選取及試配
水泥：選用嘉新某廠P·O42.5水泥，其物理性能見(jiàn)表1。
表1 水泥的物理性能
| 抗壓強(qiáng)度(MPA) |
細(xì)度(%) |
標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量(%) |
凝結(jié)時(shí)間(min) |
安定性 |
| 3d |
28d |
3d |
28d |
| 25.5 |
52.0 |
0.8 |
27.2 |
130 |
245 |
合格 |
聚丙烯纖維：選用江蘇某合成纖維廠生產(chǎn)的聚丙烯纖維。其性能指標(biāo)：彈性模量≥2923MPA；抗拉強(qiáng)度≥357MPA；極限延伸率≤45%。
粗骨料：花崗巖碎石，粒徑5～20mm連續(xù)級(jí)配，含泥量﹤ 0.7%。
細(xì)骨料：河砂，細(xì)度模數(shù)2.5，屬Ⅱ區(qū)中砂，含泥量﹤ 0.2%。
粉煤灰：選用鎮(zhèn)江某公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，其性能指標(biāo)：細(xì)度6.3%；燒失量0.5%；需水量91%。
高效減水劑：選用江蘇某廠生產(chǎn)的萘系JM－Ⅷ高效減水劑，減水率﹥ 20%。
我們?cè)谠嚺鋾r(shí)分別對(duì)強(qiáng)度等級(jí)C30、抗?jié)B標(biāo)號(hào)P8和C35、P8的混凝土進(jìn)行摻與不摻聚丙烯纖維的對(duì)比試驗(yàn)，配合比見(jiàn)表2。
表2 混凝土配合比
| 編號(hào) |
強(qiáng)度等級(jí) |
配合比(重量比) |
水泥(kg) |
粉煤灰(kg) |
外加劑JM－Ⅷ(kg) |
聚丙烯纖維(kg) |
| (mc+FA)：ms：mg：W/C |
| 1 |
C30，P8 |
1∶2.0∶3.2∶0.47 |
300 |
60 |
4.3 |
0.7 |
| 2 |
C30，P8 |
1∶2.0∶3.2∶0.47 |
300 |
60 |
4.3 |
0 |
| 3 |
C35，P8 |
1∶1.8∶2.9∶0.42 |
340 |
60 |
4.8 |
0.7 |
| 4 |
C35，P8 |
1∶1.8∶2.9∶0.42 |
340 |
60 |
4.8 |
0 |
3.2 比較分析
3.2.1 此次混凝土試配對(duì)拌合物工作性的測(cè)定主要以混凝土坍落度、擴(kuò)展度為主，同時(shí)觀察混凝土的保水性和粘聚性，并測(cè)定混凝土經(jīng)時(shí)損失；炷凉ぷ餍詼y(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 混凝土工作性測(cè)定結(jié)果
| 編號(hào) |
強(qiáng)度等級(jí) |
坍落度(mm) |
擴(kuò)展度(mm) |
坍落度1h經(jīng)時(shí)損失(mm) |
混凝土外觀 |
| 1 |
C30，P8 |
190 |
450 |
160 |
有輕微泌水，無(wú)沉淀，和易性良好 |
| 2 |
C30，P8 |
205 |
470 |
180 |
無(wú)泌水，無(wú)沉淀，和易性良好 |
| 3 |
C35，P8 |
200 |
440 |
170 |
無(wú)泌水，無(wú)沉淀，和易性一般 |
| 4 |
C35，P8 |
210 |
460 |
185 |
無(wú)泌水，無(wú)沉淀，和易性良好 |
3.2．2 從表4可以看出：摻入聚丙烯纖維的混凝土3天強(qiáng)度比普通混凝土3天強(qiáng)度有所提高，但7天、28天強(qiáng)度都有一定程度的降低，降幅在4%以內(nèi)。所以只要聚丙烯纖維的摻量適當(dāng)就不會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響。強(qiáng)度變化曲線見(jiàn)圖1。
表4 不同齡期混凝土抗壓強(qiáng)度
| 編號(hào) |
抗壓強(qiáng)度(MPa) |
| 3d |
7d |
28d |
45d |
| 1 |
26.3 |
29.1 |
35.2 |
36.3 |
| 2 |
25.2 |
30.2 |
36.2 |
37.7 |
| 3 |
31.2 |
33.9 |
39.9 |
42.8 |
| 4 |
30.1 |
35.1 |
41.3 |
43.9 |
圖1 混凝土強(qiáng)度曲線
3．2.3 每方混凝土摻入0.7kg聚丙烯纖維會(huì)明顯降低拌合物的工作性。通過(guò)適當(dāng)增加外加劑的摻量，混凝土坍落度和擴(kuò)展度都有明顯改善，基本能滿足施工要求。
3.2.4 進(jìn)行劈裂張拉測(cè)試試塊破壞比較：在相同條件下，纖維混凝土強(qiáng)度提高并不大，但試件的破壞形式卻不相同，普通混凝土完全斷裂為脆性破壞，而纖維混凝土僅有兩條不同方向的可見(jiàn)短裂縫，試件仍保持完整。從以上比較可以反映出聚丙烯纖維能大大提高混凝土的抗裂能力和韌性，對(duì)克服高強(qiáng)混凝土的脆性有較理想的效果。
3.3 聚丙烯纖維混凝土的生產(chǎn)
3.3.1 混凝土的攪拌
1)正式生產(chǎn)前，試驗(yàn)人員應(yīng)認(rèn)真復(fù)核配合比是否已正確輸入電腦；生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)所用砂、石的含水率及時(shí)調(diào)整用水量，確保出機(jī)混凝土坍落度與試配混凝土坍落度相近。
2)根據(jù)我站攪拌機(jī)投料的特點(diǎn)選用先摻法，配制程序?yàn)椋荷?石+纖維→攪拌(5秒)→水泥+水→攪拌(35秒)→出料；其優(yōu)點(diǎn)是纖維在與砂、石的干拌中被強(qiáng)制分散，使纖維在混凝土中均勻分布。
3)加強(qiáng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的管理，確保纖維投放準(zhǔn)確，并建立嚴(yán)格的交接班制度。
3.3.2 混凝土的澆筑
1)底板混凝土從東向西連續(xù)澆筑，對(duì)局部大體積混凝土基礎(chǔ)采取分層澆筑法，分層厚度為振搗棒有效長(zhǎng)度的0.8倍(約350mm)，基礎(chǔ)斜面縱坡約為1∶5。
2)在每臺(tái)輸送泵軟管出料口布置3臺(tái)插入式振搗棒，其中1臺(tái)置于卸料點(diǎn)，2臺(tái)布置在斜坡口以加強(qiáng)振搗質(zhì)量。
3)對(duì)分層澆筑混凝土進(jìn)行振搗時(shí)，插入式振搗棒應(yīng)快插慢拔，插點(diǎn)要均勻排列、逐點(diǎn)移動(dòng)，按順序振搗，不得漏振，要求做到均勻密實(shí)。一般每點(diǎn)振搗5～10ｓ，應(yīng)視混凝土表面不再有明顯下沉和氣泡為宜，但也不能過(guò)振。
3.3.3 混凝土的養(yǎng)護(hù)
混凝土澆筑2～3h后，用刮平尺將混凝土按標(biāo)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，閉合收水裂縫。終凝前，如局部出現(xiàn)較多的泌水，應(yīng)及時(shí)用草袋或其他材料將積水排除，確保在混凝土受凍前，達(dá)到規(guī)定的最低抗壓強(qiáng)度。最后用塑料薄膜將表面加以覆蓋后再加蓋草墊，進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天。
3.4 工程應(yīng)用結(jié)果
工程底板厚500mm，混凝土澆筑量為4200m3，經(jīng)觀察混凝土運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后纖維均勻分散，混凝土坍落度及和易性良好，易于泵送施工。雖然澆筑時(shí)最低氣溫零下5℃。但經(jīng)施工人員精心組織施工，聚丙烯纖維的使用取得了令人滿意的效果，大面積底板基礎(chǔ)未發(fā)現(xiàn)一條有害裂縫。
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4 聚丙烯工程纖維結(jié)論及注意事項(xiàng)
4.1 混凝土中摻入聚丙烯纖維能有效提高混凝土的抗裂、防滲、抗凍等性能。但混凝土強(qiáng)度略有下降。
4.2 聚丙烯纖維在混凝土中具有良好的分散性，對(duì)混凝土拌合物的工作性無(wú)顯著影響，但坍落度略有降低。對(duì)攪拌工藝無(wú)特殊要求，但攪拌時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)。
4.3 施工時(shí)應(yīng)準(zhǔn)備充分，保證混凝土連續(xù)澆筑，混凝土布料、振搗要按施工規(guī)范要求進(jìn)行。
4.4 必須重視養(yǎng)護(hù)工作，養(yǎng)護(hù)期不少于14d，冬季施工要及時(shí)覆蓋塑料膜和保溫材料，養(yǎng)護(hù)一定要保溫、保濕。
4.5 地下室施工、驗(yàn)收完畢后應(yīng)盡快回填土。
案例：聚丙烯工程纖維在混凝土中的應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)
