摘  要：本文简要介绍了聚丙烯纤维及聚丙烯纤维混凝土的性能，以及在工程中的应用情况和施工技术措施。


关键词：聚丙烯纤维混凝土；抗裂性能；强度；耐久性；应用

 

为克服普通混凝土抗拉强度低且易开裂的状况，将聚丙烯纤维掺入其中，以提高密实度和抗裂、抗冲击等性能。适用于大体积、大跨度或形状复杂的建筑构件上的新型建筑材料。

本文以我司所承建的福建JVC电子有限公司新工厂车间工程成功应用的聚丙烯纤维混凝土为例，介绍其性能和工程应用情况。

1聚丙烯纤维的性能

聚丙烯纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烃类纤维。

聚丙烯材料的优点是强度较高，比重比一般聚合物低，完全不吸水，为中性材料，与酸碱不起化学作用，而且经济性好，使其较适用掺加于混凝土中。其物理性能见表1

表1聚丙烯纤维的物理性能  

2聚丙烯纤维混凝土的主要性能

聚丙烯纤维混凝土是把一定量的聚丙烯纤维加入到混凝土的原材料中，经过充分搅拌，纤维受到水泥、砂石和水的冲击混合，均匀分布在混凝土中形成的一种高性能混凝土。

2．1聚丙烯纤维混凝土的工作机理浅析

混凝土存在有微裂缝，这些微裂缝存在于相与相（水泥胶体、砂、石三相）之间和水泥微颗粒之间，砼在硬化形成结晶体，这种晶体化合物的体积比原材料的体积要小，因而引起砼的收缩，在后期又由于砼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，于是在砼内部引起微裂缝。这些微裂缝不可避免地存在于砼内的骨料和水泥胶体的局部、交接处及凝胶体自身内部。砼在凝结和硬化过程中，微裂缝经历了出现和发展过程。这一过程，为砼的固体收缩（一般砼的收缩率在8×10-4左右）。砼的微裂缝在发展过程中是从无到有，从小到大，向最薄弱方向交向发展，微裂缝向细裂缝发展，大多数（约占70％）在3～7d凝胶期内完成，此时砼的抗拉强度极低，一般小于lMPa，如果没有采取有效的抗裂措施，砼同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，从而造成结构设计强度远未能充分发挥，甚至影响到工程的安全与使用寿命。


在砼内掺入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥、集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地混合，且经搅拌能分布均匀。同时由于体积细微，所以比面积大。1kg的聚丙烯纤维掺入到lm3砼中，可产生的乱向分布数千万根乃至数亿根聚丙烯纤维丝，其在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，起到物理加筋作用，加强骨料间的拉结和有效阻碍骨料的离析，保证砼组成原材料早期均匀性。此后砼的微裂缝向细裂缝发展过程中，必须碰到数量众多纤维的拉力阻碍。因此聚丙烯纤维可以有效地抑制砼早期干缩微裂缝及离析裂缝、温度裂缝的产生和发展，极大地减少收缩裂缝，尤其是有效地抑制连通裂缝的产生。此外，均匀分布在砼中彼此相粘连的大量微纤维起了“承托”骨料的作用，降低了砼表面的析水和骨料的离析，从而使砼中直径为50～100um和大于100um的孔隙含量大大减少，从而极大地提高了砼的密实度和抗渗能力。微纤维分散了砼的定向拉应力，从而起到抗裂和增强密实度、提高整体强度的效果。

2．2聚丙烯纤维掺入量对混凝土性能的影响

实验表明，在砼中加入聚丙烯纤维对其抗压强度影响不大，但其抗拉强度、抗弯强度、抗塑性收缩、抗渗性、抗冻性、抗冲击性、抗腐蚀性等强度和耐久性均有明显提高。表2是一组在C60砼中掺入数量不同的聚丙烯纤维的试验数据。其中聚丙烯的指标为：抗拉强度400MPa，长径比750～900，断裂伸长率8．2％。

表2一组在C60砼中掺量不同的聚丙烯纤维的试验数据 

经济合理的聚丙烯纤维掺入量应结合工程实际和试验来确定，一般为0．5～1．5kg/m3，不宜超过2kg／m3，否则也将影响纤维的分散性和混凝土的抗压强度。

3聚丙烯纤维混凝土在工程中的应用

3．1工程概况

由我司承建的福建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，屋面面积为138m×99m，屋盖采用混合配筋预应力梁板，屋面板厚为130mm，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。

3．2砼原材料的选用及配合比

水泥：建福牌P．042．5水泥

砂：闽江河砂．Mx＝2．7，含泥量≤1％

石：为5～31．5mm连续级配的碎石，含泥量≤1％，针片状含量≤8％，压碎指标≤9％

粉煤灰：I级

泵送剂：TW－10

膨胀剂：AEA膨胀剂

纤维：聚丙烯纤维，由江苏省某纤维厂出品，密度为0．91％，抗拉强度≥300MPa，长度20mm。


3．3施工工艺

（1）搅拌：纤维在砂、水泥、石子投放之后，加水之前投入搅拌，搅拌时间以聚丙烯纤维在混凝土中均匀分布为度，本工程为3～5min。

（2）振捣：由于该梁高度大（2m），跨度长（24m），且钢筋密集，所以采用分段分层浇注。每层300～400mm，使用插入式振动棒进行振捣，振动频率和时间以能使拌合物中所含空气充分逸出为准。振捣时振动棒移动间距控制在300～400mm范围内，浇注上层时应插入下层50mm，与普通砼相比，聚丙烯纤维砼较稠，表现在插入式振动棒拔出时穴坑复平时间较长，收面要适当加强。在聚丙烯纤维混凝土浇注1～2h后，必须进行二次振捣，并对其表面拍打振实。收浆是聚丙烯纤维在混凝土很关键的施工工艺，在施工过程中，应根据当时气温、风力大小等具体情况进行收浆，收浆过早或过迟，都有可能出现龟裂。最后一次抹面应在初凝前完成。

（3）养护：聚丙烯纤维混凝土在其压光抹面后，应立即覆盖塑料薄膜养护，待其强度达到1 2MPa后，再加盖麻袋，浇水养护至14天。浇水次数以能保持混凝土始终处于湿润状态为准。

3．4效果

（1）混凝土强度：成型试块44组，标准养护，28d抗压强度mfcu＝55．4MPa，fcu，min＝44．1 MPa，Sfc  u＝3．1MPa。满足设计和验收规范要求。

（2）混凝土收缩：收缩试件21组，标准养护，28d收缩率均在3．0×10-4之内，满足设计和验收规范要求。

（3）混凝土抗渗：抗渗试块20组，自然养护和标准养护，28d后的抗渗等级均能满足设计和验收规范要求。

（4）屋面梁板质量情况：屋面梁板施工完毕至今未出现不良裂缝。

4结束语

在砼中掺入适量的聚丙烯纤维是克服砼开裂的有效途径，也是一种有效的温差补偿抗裂手段。聚丙烯纤维在砼中形成的乱向支撑体系，产生了有效的二级加强效果。能够有效地减少砼早期泌水，降低孔隙率，减小早期干缩和塑性裂缝，阻止砼发生沉降裂缝，从而能较大幅度地提高砼的密实度、抗裂性和抗渗性。由我司承建的福建JVC电子有限公司新工厂车间工程的混凝土屋面板是我省首座大面积预应力抗收缩混凝土屋面梁板工程，应用聚丙烯纤维混凝土浇注的24m跨度预应力梁目前也为我省之最，其成功的应用经验可为今后同类工程施工提供参考。