摘 要: 本文分析了聚丙烯纤维混凝土的防水机理，并介绍了聚丙烯纤维在结构刚性自防水中的工程应用实例。

关键词: 聚丙烯纤维；聚丙烯纤维混凝土；结构刚性自防水


0 引言

随着建筑技术的不断进步，现代建筑越来越向大型化和复杂发展，结构强度越来越高，结构构件的长度、建筑立面的变化也有不断增大的趋势，随之，新的问题也相继出现。在我国，建筑物的渗、漏、裂问题已日益引起人们的关注，特别是大型地下室的渗漏，因其根治的难度较大，所花的费用不小，并且严重影响业主的正常使用。采用普通混凝土作为结构刚性自防水材料，其抗渗性差，渗漏水问题十分严重。而采用纤维混凝土则可以改善混凝土的抗渗性能，提高混凝土结构的防水能力。在混凝土中掺入一定比例的聚丙烯纤维的纤维混凝土，可以有效地解决混凝土渗裂问题的困扰。

聚丙烯纤维混凝土是在混凝土中掺入适量的聚丙烯微纤维，以改善混凝土的脆性破坏特性，减少混凝土塑性收缩裂缝，提高混凝土的韧性及抗冲击性能，其中少量聚丙烯纤维加入到混凝土后可以明显改善混凝土的早期塑性收缩及提高其抗渗性能的特性，已广泛应用于建筑防水工程中，并取得了良好的效果。

1 聚丙烯纤维混凝土的防水机理

聚丙烯纤维混凝土的防水属于刚性本体防水，通过改善混凝土的抗裂和抗渗两个途径来提高防水性能。其防水机理建立在对混凝土的固结、收缩的微观研究基础上。

从微观的角度来看，任何密实的混凝土都存在微裂缝。这些微裂缝存在于相与相之间（石、砂、水泥胶体三相）和水泥微颗粒之间，只不过正常的微裂缝肉眼看不到而已。混凝土在硬化形成强度的过程中，初期由于水和水泥的反应形成结晶体，这种晶体化合物的体积比原材料的体积要小，因而引起混凝土体积的收缩；在后期又由于混凝土内自由水分的蒸发而引起干缩。这些应力某个时期超出了水泥机体的抗拉强度，于是在混凝土内部引起微裂缝。这些微裂缝不可避免地存在于混凝土内的骨料和水泥凝胶体的局部接触面处以及凝胶体自身内部。混凝土在凝结和硬化过程中，微裂缝经历了出现和发展的过程。这一过程，宏观上认为是混凝土在固结收缩，一般混凝土的收缩率在8×10-4左右。混凝土的微裂缝在发展过程中，是从无到有，从小到大向最薄弱方向定向发展。微裂缝向细裂缝的发展大多数（约占70％）在3～7d凝胶期内完成，此时混凝土的抗拉强度小于1MPa，如果没有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂缝在内外应力的作用下将会发展为更大的裂缝以至最终形成贯通的毛细孔道及裂缝，从而导致防水失败，也造成结构设计强度远未能充分发挥，严重的甚至威胁到工程的安全及使用。


在混凝土内掺入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀；同时由于细微，故比表面积大，每公斤聚丙烯纤维连起来的总长度可绕地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，则可使每1m3的混凝土中有数千万条纤维丝，故能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。当微裂缝在向细裂缝发展的过程中，必然碰到多条不同向的微纤维，由于遭到纤维的阻挡，消耗了能量，难以进一步发展。因此，聚丙烯纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂及离析裂的产生和发展，极大地减少了混凝土收缩裂缝，尤其是有效地抑制了连通裂缝的产生。从宏观上解释，就是微纤维分散了混凝土的定向拉应力，从而达到抗裂的效果。试验表明，与普通混凝土相比，聚丙烯纤维体积掺量为0．05％（约0．05kg／m3）的混凝土抗裂能力提高了近70％。

另外，均匀分布在混凝土中彼此相粘连的大量纤维起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水与集料的离析，从而使混凝土中直径为50～100μm和大于100μm的孔隙含量大大降低，由此可以极大提高混凝土的抗渗能力。试验表明0．05％体积掺量的聚丙烯纤维比普通混凝土的抗渗能力提高了60％～70％。

由以上分析可知，聚丙烯纤维可以大大增强混凝土的抗裂、抗渗能力，作为混凝土刚体自防水材料的效果显著，可以有效地解决混凝土渗裂问题的困扰。聚丙烯纤维加高效减水剂的防水方案目前已为国内外众多防水专家所肯定，是防水效果较为可靠、施工最为便易、机理较完整的防水方案，可广泛应用于地下室工程、屋面、贮水池、腐化池等工程中。

2 聚丙烯纤维混凝土的工程应用实例

福建JVC电子有限公司新工厂车间工程位于福州快安工业区，为现浇钢筋混凝土框架结构的单层厂房，建筑面积为14225m2，屋面面积138m×99m，屋盖采用混合配筋预应力梁板，屋面板厚为l30mm，屋面主梁截面为2m×0．5m，最大跨度长达24m，设计混凝土强度等级为C35P6。为满足设计要求，决定采用添加聚丙烯纤维的混凝土。实际情况表明，整个大面积的梁板未发现明显的裂缝，无渗漏，效果良好。

上海瑞安广场2层地下室面积约为1100m2，基础埋深-0．8m。因受地铁影响，地下室分两期施工，第1期外墙总长约250m，采用普通防水混凝土C50，数月后发现有数10条垂直细裂缝，渗水严重。第2期外墙总长约70m，混凝土设计强度等级C50。采用宁国42．5 R普通硅酸盐水泥、中砂、5～25mm连续级配碎石，掺加一定量的Ⅱ级粉煤灰和聚丙烯纤维及混凝土外加剂。实践证明，纤维混凝土对防止墙体细裂缝的出现是有效的。后来又在污水池、水箱等结构中应用，至今，这批纤维混凝土构筑物均未发现因干缩而引起的微细裂缝，无渗漏现象。


广州50层高的中水广场大厦，地下室每层面积4500m2，平均厚度800mm的4层地下室的底板、侧墙、楼板等大量采用C40聚丙烯纤维改性混凝土。地下室完工后极少发现明显裂缝及渗漏，取得了良好的效果。广州棠下安居工程8000m2的地下室底板厚300mm、C35混凝土）、西安市南大街地下商业街、重庆世界贸易中心地下停车场地坪工程和朝天门广场l7000m2观景台等工程中，聚丙烯纤维混凝土的使用都取得了成功。广州花园酒店保龄球馆屋面，深圳怡宝蒸馏水厂约7000m2厂房屋面防水，重庆嘉陵江黄花园大桥综合楼屋面，重庆环卫粪码头粪池底板、挡墙、池盖及重庆积嘉大厦水池，北京中华民族园蓝海洋工程的地下室楼板、坡道、水池、游泳池等工程中亦成功应用了聚丙烯纤维混凝土作为刚性自防水材料。

3 聚丙烯纤维混凝土的施工技术要点

聚丙烯纤维掺入混凝土中，除不适宜采用人工搅拌外，对搅拌及施工工艺无特别要求，只要适当保证搅拌时间即可。搅拌时间以纤维能在混凝土中均匀分布为度，一般为3～5min。搅拌时可先将砂、石、水泥与水在搅拌机内均匀拌合后再加入纤维，亦可先将纤维与砂石、水泥干拌后再加水湿拌，整个搅拌时间较拌制普通混凝土适当延长1～2min。为改善拌合物的和易性，可掺加适量的引气剂、减水剂或高效减水剂，也可掺掺量不超过l0％的粉煤灰.若混凝土由搅拌站运至工地，时间不超过30min，可在搅拌站内预先将纤维加入到混凝土中；否则聚丙烯纤维宜在混凝土运到工地后再加入。

4 结束语

在混凝土中添加适量的聚丙烯纤维是克服混凝土开裂的有效途径。纤维在混凝土中形成的乱向支撑体系，产生了一种有效的二级加强效果，能够有效地减少混凝土的早期泌水，降低混凝土中的孔隙率，并且减少混凝土的早期干缩、塑性裂缝，阻止混凝土发生沉降裂缝，因而能较大幅度地提高混凝土的抗渗性、抗裂性。从确保工程质量，施工便利，兼顾成本及长短期效益等诸方面考虑，采用聚丙烯纤维混凝土不失为一种较好的刚性本体防水方案。若在其中再掺用高效减水剂及粉煤灰，则可改善混凝土泵送性能的同时，大大提高混凝土的抗渗防水性能。若需要可配合其它防水材料及手段一同使用，以期达到最佳的防水效果。随着聚丙烯纤维逐步国产化和建筑技术的不断进步，在水利、工业与民用建筑、道桥等领域的应用必将越来越广泛。