淺談高等級(jí)纖維混凝土的性能及應(yīng)用

【摘 要】本文以襄十高速公路特大橋高等級(jí)混凝土橋面鋪裝為例，列舉了高性能混凝土在工程實(shí)踐中也出現(xiàn)了一些比較突出的病例。如混凝土實(shí)體收縮及早期開裂。簡(jiǎn)述了在混凝土中適當(dāng)摻入一定量聚丙烯纖維，說明了纖維混凝土能夠克服高等級(jí)混凝土本身的弱點(diǎn)，以達(dá)到預(yù)想的效果。

【關(guān)鍵詞】聚丙烯纖維；高性能混凝土；作用及應(yīng)用

一、高性能混凝土存在的問題

現(xiàn)今大部分高速公路特大橋橋面鋪裝的混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)為C50，彈性模量為35Gpa。屬高等級(jí)性能混凝土，由于高性能混凝土具有足夠的高強(qiáng)度及良好的可工作性能，因此，廣泛為各種工程所采用。但是，高等級(jí)混凝土在工程實(shí)踐中也現(xiàn)出一些比較突出的問題。以橋面鋪裝工程為例，就是易于開裂和脆性較高。給工程的耐久性造成隱患。以下從幾方面談?wù)勂溟_裂的原因。

1、塑性收縮：高性能混凝土的塑性收縮其本質(zhì)與普通混凝土是相同的，但由于在原材料組成、配合比的特點(diǎn)，便其特性有所區(qū)別。在混凝土凝結(jié)前，塑性階段時(shí)產(chǎn)生的收縮包括泌水及沉降引起內(nèi)、外分層而產(chǎn)生的收縮開裂。由于高等級(jí)混凝土W/C小，自由水少（基本無泌水），故表面失水更快。造成內(nèi)、外濕度不足而更易產(chǎn)生收縮開裂。

2、自由收縮：就是自動(dòng)干燥收縮開裂。由于高等級(jí)混凝土W/C小，水泥用量大、體積小、水化熱及早期強(qiáng)度高，引起混凝土本身迅速干燥而收縮。

3、干燥及溫度的收縮：環(huán)境的干燥使混凝土中的毛細(xì)水和膠凝孔中的吸附水損失時(shí)，其壓力引起混凝土收縮。且由于高等級(jí)混凝土膠結(jié)材料多、硬化快、早期強(qiáng)度高。當(dāng)溫差較大時(shí)，產(chǎn)生的收縮應(yīng)力也將會(huì)很高，因此也會(huì)引起混凝土的開裂。由上述可見，高等級(jí)混凝土的開裂、損傷主要是由于它的“自由收縮”、“溫度收縮”及“塑性收縮”。故防止高等級(jí)混凝土的收縮開裂，應(yīng)從防止或減少上述收縮著手。我們通常的辦法是通過選擇優(yōu)質(zhì)的原材料、優(yōu)化配合比、摻用外加劑、加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)等方面來控制的。但從這幾方面來考慮和實(shí)施，也是很難達(dá)到預(yù)想的效果，應(yīng)當(dāng)從混凝土內(nèi)部自身來解決這一問題。

在橋面C50高等級(jí)混凝土施工過程中，我們摻用了聚丙纖維。它的摻量是0.9kg/m3。成功地解決了高等級(jí)混凝土的各種收縮開裂的病害，同時(shí)也是提高了混凝土抗?jié)B、防水、耐磨等耐久性能。實(shí)現(xiàn)了工程的質(zhì)量目標(biāo)。

二、聚丙烯纖維混凝土的性能與應(yīng)用

聚丙烯纖維是以聚丙烯為原料，經(jīng)抽絲、斷面異形處理、表面防腐和粗糙處理，成束編網(wǎng)處理等特殊工藝制成。它的技術(shù)性能見(表一)。

聚丙烯纖維的基本性能

（表一）

密度0.91抗拉強(qiáng)度270～770Mpa

熔點(diǎn)165℃彈性模量3500～3800Mpa

導(dǎo)熱、導(dǎo)電性極低極限延伸率15%

燃點(diǎn)593℃含水量<0.1%

耐酸、堿性極高規(guī)格12mm、19mm、51mm用于混凝土

吸水性無

安全性無毒5mm、10mm用于砂漿

試驗(yàn)：黃緒泉 復(fù)核：張華榮 負(fù)責(zé)人：劉安恒

聚丙烯纖維通常是以一定比例摻入混凝土中使用的，纖維加入水泥基體中有以下幾方面作用：

1、提高水泥基體的抗拉強(qiáng)度和抗裂性：聚丙烯纖維經(jīng)過表面糙化處理和斷面展形處理，與水泥基體有很強(qiáng)的握裹力，由于它細(xì)、輕，在水泥基體中分布體積極大，構(gòu)成一種均勻的亂向（三維）支撐體系，產(chǎn)生有效的二級(jí)強(qiáng)化效果。這種強(qiáng)化效果表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是阻礙基體中原始微裂縫的擴(kuò)展和收縮應(yīng)力過大造成收縮裂縫的產(chǎn)生。因?yàn)槔w維抗拉強(qiáng)度很高，必須會(huì)承擔(dān)一部分收縮力，減少水泥基體的應(yīng)力，阻擋微裂縫的萌生的擴(kuò)展。相應(yīng)地提高水泥基體的抗拉強(qiáng)度和抗裂性。另一方面，纖維變形能力大，在抑制裂縫擴(kuò)展時(shí)，纖維在變形過程中將吸收一部分能量，從而提高了基體的韌性。

2、提高水泥基體的抗?jié)B防水性能：水泥基體內(nèi)有大量均勻分布的微細(xì)纖維，有效地抑制了混凝土早期塑性收縮裂縫、干縮裂縫、尤其是貫通裂縫的產(chǎn)生，另外，亂向分布的細(xì)微纖維還起到“承托”作用，降低了基體的泌水與集料的離析，從而大大降低粗大的有害孔含量，極大地提高了混凝土抗?jié)B防水性能，經(jīng)試驗(yàn)，摻入0.9kg/m3聚丙烯纖維，混凝土抗?jié)B性能提高達(dá)40%以上（見表二）。

纖維混凝土與普通混凝土抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果表

（表二）

混凝土等級(jí)配合比C:S:G:W每m3材料用量

(kg)C:S:G:W普通混凝土滲水時(shí)水的壓力（Mpa）纖維混凝土滲水時(shí)水的壓力（Mpa）

C501:1.17:248:036496:580:1231:1781.21.8

試驗(yàn)：黃緒泉 復(fù)核：張華榮 負(fù)責(zé)人：劉安恒

3、增加水泥基體的抗凍性：在混凝土結(jié)構(gòu)中，大量的纖維均勻地亂向分而，可以減少因凍融引起的抗拉應(yīng)力集中，阻止裂縫的擴(kuò)展。同時(shí)由于抗?jié)B性的提高，也有利于抗凍性能的增強(qiáng)，經(jīng)過300次凍融循環(huán)試驗(yàn)后，其靜彈性模量保持率仍在90%以上，與不摻的混凝土相比，提高的幅度相當(dāng)大（見表三）。

混凝土凍融循環(huán)試驗(yàn)后彈性模量結(jié)果比較表

（表三）

試驗(yàn)：張華榮 復(fù)核：黃緒泉 負(fù)責(zé)人：劉安恒

聚丙烯纖維混凝土應(yīng)用范圍很廣，所有混凝土工程都可使用，比如：公路路面、飛機(jī)場(chǎng)跑道、水利工程、工業(yè)與民用建筑，噴射混凝土等。聚丙烯纖維材料既可用于普通混凝土，也可用于高等級(jí)混凝土中，使用方法簡(jiǎn)單、方便。在混凝土拌合物中適當(dāng)延長(zhǎng)拌合時(shí)間，即能均勻分散，不會(huì)結(jié)團(tuán)成球，混凝土的成型和養(yǎng)護(hù)方法與常規(guī)施工相同。

根據(jù)資料表面，聚丙烯混凝土不僅能夠解決上述混凝土由于收縮開裂、脆性效高、提高抗?jié)B、抗凍性能上的問題，而且還能夠提高水泥基石的耐磨性、抗疲勞性、鋼筋腐蝕性，同時(shí)還能夠減少蜂窩麻面。缺棱掉角，提高混凝土預(yù)制構(gòu)件的表面質(zhì)量，使外表平滑光潔，柔和悅目。由于缺少更多的工程實(shí)例，這些問題有待于在工程實(shí)踐、試驗(yàn)中再行探討。

三、結(jié)束語

本文是以襄十高速公路橋面高等級(jí)混凝土鋪裝為例。就橋面鋪裝使用的高等級(jí)纖維混凝土解決混凝土中收縮開裂的病害，提高防裂、防水、抗?jié)B、抗凍等耐久性能而進(jìn)行的試驗(yàn)工作。根據(jù)工程實(shí)體的驗(yàn)交、使用及工程技術(shù)指標(biāo)的試結(jié)果證明，聚丙烯高等級(jí)混凝土在橋面鋪裝工程的使用是可行的。聚丙烯混凝土在目前發(fā)展趨勢(shì)以及其它技術(shù)指標(biāo)的試驗(yàn)研究，我們將予以關(guān)注。

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