聚丙烯纖維在大體積混凝土中的應(yīng)用

李記恒 （甘肅第一建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730050）

0 前 言

為了改善混凝土的抗?jié)B性能、抗壓強(qiáng)度低、抗折強(qiáng)度低，控制混凝土因水化熱過大而引起的溫度裂縫和收縮裂縫，滿足對(duì)混凝土高強(qiáng)度、高韌性的要求，通過在混凝土中摻加聚丙烯纖維來達(dá)到上述要求。

聚丙烯纖維是采用100%聚丙烯為原料，經(jīng)過特殊工藝加工處理而形成的高強(qiáng)度束狀單絲復(fù)合纖維，其固有的耐強(qiáng)酸、耐強(qiáng)堿、弱導(dǎo)熱性及穩(wěn)定的化學(xué)性能，摻加到砂漿或混凝土中可有效控制砂漿、混凝土在初期塑性收縮階段中因溫度變化等因素引起的微裂縫隙，防止及抑制微裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展，大大改善混凝土的防裂和抗?jié)B性能、抗沖擊和抗震能力，且使用范圍廣泛，適用于地下室底板、頂板、墻體、屋面、水池、道路、外墻抹灰等工程中，是砂漿、水泥混凝土工程防裂抗?jié)B的一種新型理想材料，目前已經(jīng)被廣泛使用。

新建寶雞至蘭州鐵路客運(yùn)專線蘭州樞紐工程（BL-LZSN-II標(biāo)段）中，為了改善大體積混凝土在初期收縮階段出現(xiàn)裂縫而影響工程質(zhì)量，在混凝土中摻加適量聚丙烯纖維，從而大大提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性能，抑制了微裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展，為今后聚丙烯纖維在大體積混凝土中應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 工程概況

新建寶雞至蘭州鐵路客運(yùn)專線蘭州樞紐工程（BL-LZSN-II標(biāo)段），基礎(chǔ)筏板為大體積預(yù)拌混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C35，抗?jié)B等級(jí)為P6，混凝土方量為5000m3，采用分層澆筑循序漸進(jìn)的施工方法，要求在50h內(nèi)澆筑完畢。

2 混凝土原材料的選用及設(shè)計(jì)配合比

2.1 西客站基礎(chǔ)筏板混凝土設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)要求的西客站基礎(chǔ)筏板混凝土抗壓強(qiáng)度為C35，抗?jié)B等級(jí)為P6，混凝土筏板密度為20m，長度為40m，高度為3m，總的混凝土方量為5000m3。

2.2 材料準(zhǔn)備

西客站基礎(chǔ)筏板混凝土所采用的各種原料均為業(yè)主招標(biāo)采購，各標(biāo)號(hào)混凝土所用原材料均相同，其品種、規(guī)格和來源如下。

聚丙烯纖維：采用甘肅開元土工材料有限公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維，當(dāng)量直徑為26.29μm，斷裂強(qiáng)度為662MPa，纖維密度為0.91g/cm3，長度為15cm，摻量為0.9kg/m3。

水泥：采用祁連山股份有限責(zé)任公司生產(chǎn)的祁連山牌P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，比表面積為328m2/kg，初凝時(shí)間為2h50min，終凝時(shí)間為3h45min，28d抗折強(qiáng)度為8.5MPa，28d抗壓強(qiáng)度為44.1MPa，安定性合格。

砂：采用產(chǎn)地為中川的洗砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，屬于II區(qū)中砂，表觀密度為1620kg/m3,堆積密度為1670 kg/m3，含泥量為1.9%。

石子：采用大青溝5～31.5mm的連續(xù)級(jí)配的碎石，表現(xiàn)密度為2690 kg/m3，堆積密度1600 kg/m3，空隙率為39%，壓碎指標(biāo)為5.7%，針片狀含量為5.1%。

粉煤灰：采用西固宏達(dá)熱電廠F類II級(jí)粉煤灰，細(xì)度為16%，需水比為97%，燒矢量為4.1%。

膨脹劑：采用北京成城交大建材有限公司生產(chǎn)的I型膨脹劑，膨脹率為0.031%。

水：采用符合預(yù)拌混凝土要求的飲用水。

外加劑：采用北京成城交大建材有限公司生產(chǎn)的CC-3型緩凝高效減水劑，減水率為21%。

2.3 混凝土設(shè)計(jì)配合比

試驗(yàn)依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）設(shè)計(jì)配合比。為了減小水泥水化熱帶來的不利因素，配合比設(shè)計(jì)時(shí)采用了用粉煤灰替代部分水泥，替代量為單方水泥用量的21%，為了防止溫度裂縫和收縮裂縫，滿足抗?jié)B等級(jí)P6的要求，摻加了6%的膨脹劑，在普通配合比數(shù)據(jù)不變的情況下?lián)饺?.9kg/m3的聚丙烯纖維，經(jīng)試驗(yàn)室試配調(diào)整形成3個(gè)配合比，再選用一個(gè)不摻加聚丙烯纖維的配合比組成4個(gè)配比進(jìn)行比較，確定了西客站基礎(chǔ)筏板混凝土C35P6的配比，其配合比見表1。

2.4 主要的試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011）設(shè)計(jì)配合比，在普通配合比數(shù)據(jù)不變的情況下?lián)饺?.9kg/m3的聚丙烯纖維，經(jīng)試驗(yàn)室試配調(diào)整形成3個(gè)配合比，再選用一個(gè)不摻加聚丙烯纖維的配合比組成4個(gè)配比進(jìn)行比較，確定了西客站基礎(chǔ)筏板混凝土C35P6的配比。力學(xué)性能試驗(yàn)依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T50081）進(jìn)行，耐久性試驗(yàn)依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T50082）進(jìn)行試驗(yàn)。

3 結(jié)果與討論

摻加聚丙烯纖維后混凝土的性能指標(biāo)見表2。

依據(jù)生產(chǎn)廠家提供的使用說明書，在普通配合比數(shù)據(jù)不變的情況下?lián)饺?.9kg/m3的聚丙烯纖維，混凝土初始塌落度明顯減小，通過調(diào)整用水量和外加劑摻量，在滿足混凝土坍落度在180mm～220mm之間，滿足混凝土的可泵性及設(shè)計(jì)要求，混凝土的初凝時(shí)間達(dá)到8h以上。

4 結(jié) 論

4.1 混凝土的初始性能

聚丙烯纖維混凝土與普通混凝土相比，在配合比相同的條件下。聚丙烯纖維混凝土的泌水率減小，塌落度明顯減小，對(duì)混凝土的早期收縮起到了一定的限制，使混凝土早期收縮有所降低，有效控制了混凝土的早期收縮裂縫，摻入纖維的混凝土，纖維在混凝土內(nèi)部起到了阻隔通道作用，阻止骨料的沉降，提高了混凝土的均勻性。

4.2 混凝土的抗壓強(qiáng)度

聚丙烯纖維混凝土與普通大體積混凝土相比，抗壓強(qiáng)度有了一定提高，但提高幅度不大，大約是1%左右，在抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，普通混凝土試件在達(dá)到極限荷載時(shí)壓力機(jī)讀數(shù)突然降低，試件表面出現(xiàn)材料剝落，表現(xiàn)為明顯的脆性破壞，而纖維混凝土試件達(dá)到極限荷載時(shí)，壓力機(jī)讀數(shù)慢慢下降，試件表面出現(xiàn)許多裂縫，而不呈現(xiàn)材料表面明顯的剝落現(xiàn)象，這說明聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土具有較強(qiáng)的抗裂、抗變性能。

4.3 混凝土的抗?jié)B性能

聚丙烯纖維混凝土與普通混凝土都能滿足設(shè)計(jì)要求，P6等級(jí)的情況下，剖開試件后，普通混凝土斷面的水侵入高度為6cm左右，而聚丙烯纖維混凝土中的水漫高度在4cm左右，這是因?yàn)榛炷林械木郾├w維減小了基體的失水表面，增加了水份遷移難度，一定程度上減小了毛細(xì)管張力，減小了混凝土的裂縫，提高了混凝土的抗?jié)B能力。

混凝土配合比（kg/m3） 表1

摻加聚丙烯纖維后混凝土的性能指標(biāo) 表2

5 聚丙烯纖維混凝土的施工特點(diǎn)

聚丙烯纖維混凝土與普通混凝土在生產(chǎn)過程中相比較有以下區(qū)別，普通混凝土在生產(chǎn)過程中按常規(guī)投料順序進(jìn)行，即砂—石—水泥—水—纖維—外加劑，攪拌出料后發(fā)現(xiàn)纖維分散不均勻，有纖維被水泥漿包裹形成團(tuán)塊的現(xiàn)象，為了改變這一現(xiàn)象的發(fā)生，改變投料順序，即砂—石—纖維—水泥—水—外加劑，攪拌出料后發(fā)現(xiàn)，纖維與砂、石經(jīng)攪拌后，分散相對(duì)均勻，再無纖維結(jié)成團(tuán)塊的現(xiàn)象發(fā)生。為了混凝土能夠攪拌均勻，纖維混凝土的攪拌時(shí)間較普通混凝土延長15～30s。

6 結(jié) 語

在新建寶雞至蘭州鐵路客運(yùn)專線蘭州樞紐工程中，使用聚丙烯纖維混凝土較好的滿足了混凝土的設(shè)計(jì)要求，利用了聚丙烯纖維能夠減少混凝土的塑性收縮裂縫和龜裂的特定，彌補(bǔ)了大體積普通混凝土容易產(chǎn)生收縮裂縫，溫度裂縫的不足，施工證明聚丙烯纖維混凝土可以提高內(nèi)部黏結(jié)能力，提高混凝的抗裂能力和抗沖擊能力，減小了混凝土的脆性，補(bǔ)償溫度抗裂和收縮裂縫?？傊瑩饺刖郾├w維對(duì)提高混凝土力學(xué)能力，改善其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，防止裂縫有著明顯的特點(diǎn)。

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