聚丙烯纤维混凝土的应用和研究

聚丙烯纤维混凝土的应用和研究

周刚

（山东电力建设第三工程公司山东青岛266100）

摘要：通过分析聚丙烯纤维混凝土的防水原理，说明在混凝土中掺加适量的聚丙烯纤维能有效地提高混凝土材料的抗裂防渗性能。

关键词：聚丙烯纤维纤维混凝土结构防水

1引言

在现今社会高速发展的混凝土工程施工中，混凝土应用向着高强度、大流动度、高性能方向发展。随着混凝土强度和和易性能的不断优化，水泥的搀合料用量、种类随着不同使用功能的混凝土要求在发生着改变。建筑构件向大体积、大面积、形状复杂多样的方向发展，向地下空间方向发展，混凝土的内应力大而复杂，裂缝的出现亦趋明显和常见。如何有效控制混凝土的内应力变化，减少混凝土裂纹的出现成了主要研究课题，为了在循环水和取水泵房项目水工混凝土中控制大体积混凝土的裂纹，我们现场拟采用混凝土中掺加抗裂纤维的技术方案，并进行了大量的试验积累。

2论文正文

项目开工之初，我们现场检验团队结合图纸设计要求参数，从网上查阅了国内外大量混凝土技术发展应用了微纤维混凝土进行抗裂防水的技术研究。美国于90年代初研制出微纤维混凝土，在随后的几年中得到迅速发展，其中应用最多的是聚丙烯纤维混凝土，其与混凝土的结合效果最佳。如今，在美国新建筑物中的地下室和屋面混凝土中大多采用了聚丙烯纤维混凝土，国内亦开始在防水工程中得到成功应用，我们在循环水和取水工程中因为要求满足和改善混凝土的性能，我们利用外掺法研究了聚丙烯纤维混凝土的使用和试验。

大体积混凝土结构，具有结构厚，体形大、钢筋密和混凝土方量大的特点，工程条件复杂和施工技术要求高的特点，由于受到外部荷载引起裂缝的可能性极少。而由于水泥水化热过程中引起的温度变化和混凝土收缩，产生的温度应力和收缩应力，是导致大体积混凝土产生裂缝的主要因素。另外混凝土成型后根据温度变化及时采取的混凝土表面养护措施是保证混凝土表面质量的关键。在选择优良的砂石骨料的前提下，保证水泥、外加剂和粉煤灰的适应性，才能配制出优良的施工混凝土。掺加高效缓凝减水剂，可以有效降低水泥用量，改善混凝土的和易性，减少用水量，推迟水化热的峰值，试验证明掺加减水剂后，7d水化热略有增大，但是水泥用量的减少足可降低水化热的总量值，可以明显的延迟水化热的释放速度，有充分的时间采取养护措施。

a、聚丙烯纤维混凝土的防水性及机理

a．1聚丙烯纤维的物理性能

聚丙烯纤维的物理性能如下：材料聚丙烯耐酸碱性极高、相对密度0.91，安全：无毒材料、熔点165℃拉伸极限15％、燃点593℃抗拉强度275MPa，含湿量＜0.1%弹性模量3793Mpa、吸水性无导热低、细度0.048mm。

a.2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混凝土的刚性本体防水，有起到防水混凝土的抗渗和抗裂两个途径作用，聚丙烯纤维主要是通过抗裂达到防水目的。聚丙烯纤维抗裂防水的机理是建立在对混凝土的固结、收缩的基础上，能充分与混凝土进行融合。

从微观的角度看，任何密实的混凝土都存在微裂缝。这些微裂缝存在于石、砂、水泥胶体和水泥微颗粒之间，正常的微裂缝我们肉眼很难看到。混凝土在硬化形成强度的过程中，初期由于水和水泥的化学作用形成结晶体，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，从小到大向混凝土最薄弱方向持续定向发展。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，严重威胁到工程的安全及正常使用。

b、聚丙烯纤维混凝土在防水工程中的应用：

b.1改善现场施工工艺，提高混凝土的抗裂能力

现场施工采用分层分段法逐级浇筑混凝土，有利于混凝土水化热的散失，减少内外温差。采用二次振捣法，增加混凝土的密实度，提高混凝土强度和抗裂性能。采用此法要时刻提醒现场施工的振捣工注意掌握混凝土的凝结时间，一定要在混凝土初凝前后振捣，这样经过二次振捣的混凝土强度可提高10～20％，二次振捣时要严禁过振，同时要注意保护养护用水管，严禁损坏，水无法正常流通。在混凝土浇筑结束12小时内进行表面毛毡覆盖和塑料薄膜双层养护，保证混凝土表面的水分。密切关注测温工作，控制混凝土的内外温差，以及近表面与外界环境温度之差不超过25℃。在混凝土终凝后即开始测温，在混凝土浇筑后三天内应设专人进行温度检测。充分体现出混凝土内外的温差，及时反映温度变化，以便指导混凝土养护工作，是保温还是降温。

b.2综合以上分析可知，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。聚丙烯纤维掺加高效减水剂的防水方案，在取水、循环水工程上进行了大量应用，我们利用迪拜采购的聚丙烯纤维研究对比了国产聚丙烯和进口聚丙烯的差别，实验表明迪拜聚丙烯价格较低，省去了清关等费用，现场掺加聚丙烯纤维后的混凝土无分散，易与水泥砂浆结合，想成性能良好的混凝土，适于现场泵送施工。在循环水工程中聚丙烯纤维混凝土占了10％，浇筑混凝土近1.5万M3，实践和大量实验证明掺加了聚丙烯后的混凝土在和易性、粘聚性和抗渗等级上都有突出的改善，C50混凝土的抗渗等级最高可达到P20，经分解后的混凝土试块，纤维分散错综复杂，完全符合设计要求。浇筑现场混凝土经过自然养护后无一发现表面龟裂，混凝土外观优良，强度检验结果符合设计规范要求，混凝土评定全部合格。

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不规则的乱向支撑体系，能够有效地减少混凝土的早期泌水，降低混凝土的孔隙率，减少混凝土的早期干缩、塑性裂缝等，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，增强其和易性。从确保工程质量，施工便利，兼顾成本及长短期效益等方面考虑，采用聚丙烯纤维混凝土是一种较好的刚性本体防水方案，只是价格较为昂贵，增加了混凝土的成本。在其中再掺用高效减水剂及粉煤灰，则可有效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。

参考文献

［1］【GB-T_50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准】

［2］【GBT50082-2009普通溷凝土长期性能和耐久性能试验方法标准】

［3］【GB-T_50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准】

［4］【GBT50080-2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准】

【作者简介】姓名：周刚工作单位：山东电力建设第三工程有限公司职务：项目专业经理。