聚丙烯纖維混凝土在碼頭面層中的應(yīng)用

薄桂萍

摘要：文章分析了混凝土的塑裂機(jī)理及聚丙烯纖維在混凝土中的阻裂效應(yīng)，通過在混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維以改善混凝土的性能，有效防止碼頭面層混凝土龜裂質(zhì)量通病。

關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維；混凝土；碼頭面層；塑性裂縫

中圖分類號(hào)：U654

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-2374(2009)14-0194-02

一、概述

碼頭面層混凝土龜裂成因較為復(fù)雜，它不僅與混凝土的收縮有關(guān)，而且與底層混凝土的約束有關(guān)。因此，要防止面層混凝土龜裂。首先必須改善混凝土本身的性能；其次，必須同時(shí)采用正確、合理的混凝土施工工藝，如在不同氣候環(huán)境下的混凝土的配合比、混凝土的下灰、振搗及抹面壓光、養(yǎng)護(hù)等工藝。以往施工中采用機(jī)械抹面、真空吸水、摻加混凝土微膨脹劑、噴灑養(yǎng)護(hù)液和覆蓋土工布養(yǎng)護(hù)等措施來控制碼頭面層的龜裂，確實(shí)收到了一定的效果；但由于碼頭面層混凝土方量大、體表面積大、露天作業(yè)等特點(diǎn)和軌道、泄水孔等構(gòu)件的影響，以上措施不能完全到位，所以碼頭面層混凝土龜裂現(xiàn)象一直存在；隨著泵送混凝土在碼頭上的使用增多。碼頭面層混凝土龜裂控制難度更大。近幾年，天津港滾裝碼頭工程、天津港北港池集裝箱三期等工程相繼在碼頭面層混凝土施工時(shí)在混凝土中摻入聚丙烯纖維，較好地解決了碼頭面層混凝土的龜裂。

二、聚丙烯纖維的材料特性

(一)纖維的結(jié)構(gòu)形式

聚丙烯纖維在各類工程中已有較多應(yīng)用。目前市場(chǎng)上的幾種聚丙烯纖維產(chǎn)品按規(guī)格可分為兩類：一類是以呈束狀網(wǎng)形式供應(yīng)的聚丙烯纖維；另一類是以單絲形式供應(yīng)的聚丙烯纖維。網(wǎng)狀纖維經(jīng)與混凝土攪拌后大部分以叉枝纖維、小部分以網(wǎng)片狀與混凝土相結(jié)合，這些叉枝網(wǎng)片狀纖維以三維方式與混凝土固結(jié)；單絲形式的纖維在攪拌時(shí)能均勻地與混凝土相結(jié)合。

(二)纖維的物理參數(shù)

1.塑性裂縫總是從混凝土表面的原生微裂縫處開始擴(kuò)展。當(dāng)微裂縫的長度大于纖維的間距時(shí)，纖維將跨越裂縫起到傳遞荷載的橋梁作用，使混凝土的應(yīng)力場(chǎng)更加連續(xù)和均勻，使微裂縫尖端的應(yīng)力集中得以鈍化，裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展受到約束。

2.長度小于纖維間距的原生裂縫擴(kuò)展遇到纖維時(shí)，纖維將迫使其改變延伸方向或跨越纖維生成更細(xì)微的裂縫場(chǎng)，顯著增大了微裂縫擴(kuò)展的能量消耗。

上述分析可見，單就纖維的阻裂效應(yīng)而言，在單位混凝土體積內(nèi)纖維的根數(shù)越多，纖維的間距越小，纖維的阻裂效果越好，或者說單位體積混凝土內(nèi)纖維分散后的表面積越大，阻隔裂效果越好。由于纖維的表面積隨纖維細(xì)度的增大而增大(目前生產(chǎn)的纖維直徑已達(dá)到18-20μm，1～1.5億根絲／kg)；在相同的體積摻量下，隨纖維細(xì)度的增大，纖維的間距明顯減小，對(duì)裂縫的約束能力也顯著增強(qiáng)。

三、聚丙烯纖維混凝土在碼頭面層施工中的應(yīng)用

近幾年先后在天津港集裝箱碼頭三期工程、天津港北港池滾裝碼頭工程等重要工程項(xiàng)目的面層施工中使用了聚丙烯纖維混凝土。通過完工1～3個(gè)月后的觀察檢查，未發(fā)現(xiàn)碼頭面層混凝土有明顯的龜裂出現(xiàn)。收到較好的效果，經(jīng)初步總結(jié)，概括起來纖維混凝土的施工應(yīng)注意做好以下幾方面的工作：

1.根據(jù)不同的環(huán)境條件和混凝土特點(diǎn)，通過試驗(yàn)確定纖維的結(jié)構(gòu)形式、長度和用量。由于目前市場(chǎng)上聚丙烯纖維有網(wǎng)狀和單絲狀兩種，應(yīng)根據(jù)混凝土的不同用途進(jìn)行選定；在面層混凝土施工中，網(wǎng)狀纖維在操作過程中要求相對(duì)較高，攪拌時(shí)間延長，振搗及抹面時(shí)間要掌握適當(dāng)，否則容易引起纖維纏繞和表面起翹；而單絲狀纖維操作相對(duì)要簡單得多，且一般不會(huì)引起表面起翹。根據(jù)試驗(yàn)室對(duì)C30普通混凝土和C30聚丙烯纖維混凝土的對(duì)比試驗(yàn)，混凝土中摻入直徑18-20um，長度19mm單絲狀聚丙烯纖維后，抗裂能力明顯提高，不同的摻量0.8kg／m³、0.9kg/m³，1.0kg／m³的聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土的裂縫分別降低為50.1％、77.5％、100％。摻量在0.9kg／m³以上的聚丙烯纖維混凝土，其限裂等級(jí)可達(dá)二級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)。

2.選擇合理的配合比，減小混凝土自身收縮。水泥用量增加，直接導(dǎo)致水泥水化熱的提高。增加了早期混凝土的熱脹，從而增加混凝土溫度下降后的冷縮；骨料對(duì)混凝土的質(zhì)量影響也較大，細(xì)骨料過多，減弱了混凝土之間的連接能力，增大裂縫產(chǎn)生的機(jī)會(huì)；水灰比過大會(huì)造成混凝土在硬化過程中由于水分蒸發(fā)和膠凝體失水后引起干縮量加大。采用外摻高效減水劑、粉煤灰，以降低水泥用量，改善混凝土的和易性、可泵性，減少混凝土下灰、振搗后的泌水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所用原材料和攪拌、輸送等施工工藝及現(xiàn)場(chǎng)條件，合理選用面層混凝土的配合比是十分關(guān)鍵的。

3.聚丙烯纖維?；炷灵_罐前預(yù)先將聚丙烯纖維按照摻量分別裝入塑料袋中，混凝土攪拌時(shí)有專人在砂石料進(jìn)入料斗時(shí)放入砂石料料斗內(nèi)，適當(dāng)延長攪拌時(shí)間，使聚丙烯纖維能夠比較均勻地分布于混凝土中。

4.加強(qiáng)面層混凝土的下灰整平、抹面壓光等工藝的控制?；炷料禄液蠹皶r(shí)整平、振搗，用3m長鋁合金刮尺檢查，局部凹陷處及時(shí)用聚丙烯纖維混凝土補(bǔ)灰(嚴(yán)禁用浮漿補(bǔ)灰)，如果混凝土振搗后局部布面出現(xiàn)游離水，應(yīng)用海綿及時(shí)吸除，采用抹面機(jī)抹面后人工收面2～3次，然后用抹面機(jī)壓光。施工完的面層混凝土應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)(用塑料薄膜、土工布覆蓋或噴灑養(yǎng)護(hù)膜等)。

四、結(jié)論

1.使用方便、操作簡單、易控制。纖維的作用完全是物理作用，并不影響水泥的化學(xué)作用，纖維與混凝土的各種元素及添加劑能混拌，因此，使用中不需改變混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。

2.聚丙烯纖維作為一種次要加強(qiáng)筋，無需像金屬網(wǎng)一樣擔(dān)心其保護(hù)層厚度而可以防銹蝕、防堿，聚丙烯纖維會(huì)對(duì)混凝土在塑性及硬化階段提供最有效的自動(dòng)保護(hù)。

3.有良好的經(jīng)濟(jì)性。聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土費(fèi)用增加約20元/m³，使用時(shí)無需增加其它設(shè)備、人力投人。相比其它的外摻材料和工藝，節(jié)約成本、提高工效。

總之，通過對(duì)近幾年聚丙烯纖維混凝土在天津港碼頭面層施工中的應(yīng)用和觀察，混凝土的龜裂問題得到了較好的控制。并且聚丙烯纖維混凝土在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；現(xiàn)在該種施工方法已被多數(shù)建設(shè)單位和施工單位認(rèn)可。并在碼頭及港區(qū)道路混凝土面層施工中得到更加廣泛的推廣和使用。