聚丙烯纖維混凝土的防水機(jī)理及應(yīng)用方法

李生慧

【摘 要】通過(guò)分析聚丙烯纖維混凝土的防水機(jī)理，在混凝土中摻加適量的聚丙烯纖維可減少或防止混凝土在澆筑后早期硬化階段，因泌水和水分散失而引起塑性收縮和微裂紋；減少和防止混凝土硬化后期產(chǎn)生干縮裂縫及溫度變化引起的微裂紋。

【關(guān)鍵詞】聚丙烯纖維；聚丙烯纖維混凝土；剛性防水

現(xiàn)今的建筑物向高、大、寬發(fā)展，平面形狀復(fù)雜，產(chǎn)生的約束力大而復(fù)雜，這樣混凝土裂縫就比普通混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫多得多，而高強(qiáng)、大流動(dòng)度的混凝土密實(shí)性能滿足混凝土的抗?jié)B等級(jí)要求。所以從防水角度來(lái)看，應(yīng)從過(guò)去注重混凝土的密實(shí)性轉(zhuǎn)向注重混凝土的抗裂性問(wèn)題。

一、混凝土的本體結(jié)構(gòu)防水措施

（一）膨脹補(bǔ)償型

在混凝土中摻入適量膨脹劑，經(jīng)水化反應(yīng)生成32水硫鋁酸鈣結(jié)晶體產(chǎn)生膨脹，使混凝土凝結(jié)后體積微膨脹來(lái)補(bǔ)償混凝土的凝結(jié)收縮應(yīng)力，從而達(dá)到抗裂目的，如UEA膨脹劑等。但存在以下特點(diǎn)：①可靠度低，受施工條件、環(huán)境等因素影響大，如在42h內(nèi)不及時(shí)連續(xù)澆水養(yǎng)護(hù)，不但不膨脹反而會(huì)收縮開(kāi)裂；②摻量的范圍較小，攪拌均勻度要求高，稍過(guò)量就會(huì)膨脹，產(chǎn)生裂縫或安全性不穩(wěn)而龜裂，量稍小則達(dá)不到效果。

（二）填充密實(shí)型

在混凝土中摻入適量浮化的液態(tài)高聚物化學(xué)材料，使混凝土在拌合和凝結(jié)時(shí)高分子聚合物破乳，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，填充和堵塞混凝土中的毛細(xì)孔隙而達(dá)到防水作用。但由于此種材料價(jià)格昂貴，如氯丁膠乳、環(huán)氧乳液等，所以也不是很適合在實(shí)際工程中應(yīng)用。

（三）減水密實(shí)型

通過(guò)摻加各類(lèi)型的減水劑，減小單位體積中水泥和水的用量，使混凝土中的水化熱減小，減小混凝土的收縮裂縫，提高混凝土的密實(shí)性，達(dá)到密實(shí)防水的目的。但減水劑的用量必須嚴(yán)格控制。

（四）憎水型

一般是通過(guò)高分子材料與水泥中化學(xué)組分結(jié)合，生成具有憎水性的網(wǎng)狀化合物，分布在混凝土的顆粒之中，使水分子在混凝土之間的界面表面張力提高而產(chǎn)生憎水效果。但在實(shí)踐中很少單獨(dú)使用。

（五）抗裂防水型

在混凝土中摻入適量的微纖維，攪拌過(guò)程中微纖維均勻地?cái)U(kuò)散到混凝土中，由于微纖維與混凝土有極強(qiáng)的結(jié)合力和抗拉強(qiáng)度，每立方米混凝土中含有數(shù)千萬(wàn)條的高抗拉強(qiáng)度的微纖維，從而產(chǎn)生了全方位的增強(qiáng)效果，削弱了混凝土的收縮應(yīng)力，減少了混凝土收縮裂縫。堵塞混凝土中的道路，從而達(dá)到防水效果。

綜上所述，抗裂防水措施在混凝土本體剛性防水措施中，具有設(shè)計(jì)、施工方便及經(jīng)濟(jì)性等明顯的優(yōu)勢(shì)。聚丙烯纖維混凝土作為防水措施即屬于抗裂防水型。

二、聚丙烯纖維混凝土的防水性能及機(jī)理

混凝土專用聚丙烯纖維的物理性能如下：密實(shí)0.91g/cm3；抗拉強(qiáng)度276Mpa；極限拉伸15%；無(wú)毒；耐酸堿性極高；熔點(diǎn)165℃；燃點(diǎn)593℃；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性極低。

聚丙烯纖維混凝土的防水屬于剛性本體防水，通過(guò)改善混凝土的抗裂和抗?jié)B兩個(gè)途徑來(lái)提高防水性能。其防水機(jī)理建立在對(duì)混凝土的固結(jié)、收縮的微觀研究基礎(chǔ)上。

（一）提高混凝土抗裂性能的機(jī)理

聚丙烯纖維阻滯混凝土的塑性收縮裂縫的產(chǎn)生和限制裂縫的發(fā)展?；炷恋乃苄蚤_(kāi)裂主要發(fā)生在混凝土硬化前，特別是在混凝土澆筑后4-5h內(nèi)，此階段由于水分的蒸發(fā)和轉(zhuǎn)移，混凝土內(nèi)部的抗拉應(yīng)變能力低于塑性收縮產(chǎn)生的應(yīng)變，因而引起混凝土內(nèi)部塑性裂縫。摻入聚丙烯纖維后，由于其分布均勻，起到類(lèi)似篩網(wǎng)的作用，減緩了由于粗粒料的快速失水所產(chǎn)生的裂縫，延緩了第1條塑性收縮裂縫出現(xiàn)的時(shí)間。同時(shí)，在混凝土開(kāi)裂后，纖維的抗拉作用阻止了裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。試驗(yàn)表明，混凝土塑性裂縫面積、裂縫最大寬度及失水速率均隨著纖維體積含量的增大而降低，說(shuō)明聚丙烯纖維有效地提高了混凝土的抗裂性能。

（二）提高混凝土抗?jié)B性能的機(jī)理

在混凝土中摻入適量聚丙烯纖維后，均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量纖維起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的沉降，從而使混凝土中直徑為50～100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低，有效提高了混凝土抗?jié)B能力。此外，由于纖維的存在，減少了混凝土的收縮裂縫尤其是連通裂縫的產(chǎn)生，因而減少了滲水通道，提高了混凝土的抗?jié)B性能。聚丙烯纖維混凝土和素混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果表明；纖維含量為0.5、0.7、1.0㎏/m3的聚丙烯纖維混凝土抗?jié)B能力分別比普通混凝土提高64%、73%和75%。

由于以上分析可知，聚丙烯纖維可以大提高混凝土抗裂、抗?jié)B能力，作為混凝土本體剛性自防水的效果顯著。聚丙烯纖維加高效減水劑的防水方案，目前已為國(guó)內(nèi)外眾多防水專家所肯定，可廣泛應(yīng)用于地下室、屋面、蓄水池、污水池等工程。

三、聚丙烯纖維混凝土的施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

聚丙烯纖維摻入混凝土中，除不適宜采用人工攪拌外，對(duì)攪拌及施工工藝無(wú)特殊要求，只要適當(dāng)保證攪拌時(shí)間即可，一般為3～5min.攪拌可先將砂、石、水泥與水在攪拌機(jī)內(nèi)均勻拌合后再加入纖維，亦可先將纖維與砂、石、水泥干拌后再加水濕拌，整個(gè)攪拌時(shí)間較拌制普通混凝土適當(dāng)延長(zhǎng)1～2min.為改善拌合物的和易性，可摻加適量的引氣劑、減水劑或高效減水劑，也可摻入不超過(guò)10%的粉煤灰。拌合好的纖維混凝土由攪拌站運(yùn)至工地，時(shí)間不應(yīng)超過(guò)30min；否則應(yīng)在混凝土運(yùn)到工地后再加入聚丙烯纖維。

四、聚丙烯纖維混凝土在防水工程中的應(yīng)用實(shí)例

（一）上海瑞安廣場(chǎng)地下室外墻工程

上海瑞安廣場(chǎng)2層地下室面積為1100㎡，基礎(chǔ)埋深-0.8m。因受地鐵影響，地下室分兩期施工，第1期外墻總長(zhǎng)約250延m，采用普通防水混凝土C50，數(shù)月后發(fā)現(xiàn)有數(shù)10條垂直細(xì)裂縫，滲入嚴(yán)重。第2期外墻總長(zhǎng)約70延m，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C50。采用寧國(guó)42.5R普通硅酸鹽水泥、中砂、5～25㎜連續(xù)級(jí)配碎石，摻加一定量的Ⅱ級(jí)粉煤灰和聚丙烯纖維及混凝土外加劑。實(shí)踐證明，纖維混凝土對(duì)防止墻體細(xì)裂縫的出現(xiàn)是有效的。后來(lái)又在污水池、水箱等結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，至今，這批纖維混凝土構(gòu)筑物均未發(fā)現(xiàn)因干縮而引起的微細(xì)裂縫，無(wú)滲漏現(xiàn)象。

（二）萬(wàn)景臺(tái)地下室工程1998年8月廣州市距珠江邊僅20m在萬(wàn)景臺(tái)工程3層地下室基坑支護(hù)采用噴錨網(wǎng)工藝，考慮基坑臨江面抗裂抗?jié)B要求高，僅在該面的噴射混凝土中加入0.07%體積摻量的聚丙烯纖維（不臨江的另外三面未摻入纖維）。工程完工后，盡管該面水壓較高，但未發(fā)現(xiàn)裂紋，僅在兩邊錨頭有輕微滲水；而其他三面均發(fā)現(xiàn)了不同程度的裂縫，多處錨點(diǎn)滲漏嚴(yán)重，說(shuō)明聚丙烯纖維對(duì)控制和防止混凝土的塑性收縮裂縫、提高抗?jié)B性有顯著功效。

五、結(jié)語(yǔ)

在混凝土（砂漿）中添加適量聚丙烯纖維是克服其開(kāi)裂的有效途徑，纖維在混凝土（砂漿）中形成的亂向支撐體系，會(huì)產(chǎn)生一種有效的二級(jí)加強(qiáng)效果，能較大幅度提高混凝土的抗?jié)B性和抗裂性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李武學(xué)、張寶明，改性聚丙烯纖維對(duì)混凝土抗沖擊性能的影響機(jī)理與試驗(yàn)研究，《天津科技》2011年03期