聚丙烯纖維混凝土在碼頭面層中的應用

張建平

（江西省路港檢測中心有限公司，江西 南昌 330200）

0 引言

20 世紀50年代，纖維混凝土初具雛形，有不少工程采用這種特殊的建筑材料。隨著時間的推移，市面上在售的纖維混凝土種類也逐漸增多，常用的有鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、石門纖維混凝土和聚丙烯纖維混凝土。這些混凝土材料各有特性，能夠克服普通混凝土材料拉應力與拉應變不足的問題。

在所有混凝土混合料中，聚丙烯纖維混凝土的制作工藝最為簡單，價格最為便宜，最終呈現(xiàn)的建筑效果也能滿足當下建筑工程基本需求，因此該類型混凝土也隨之成為時下最熱門的建筑材料之一。

由于碼頭面層所處的環(huán)境較為復雜，表面開裂現(xiàn)象頻發(fā)，為了更好地避免碼頭面層出現(xiàn)裂縫，不少工程在施工過程中采用聚丙烯纖維混凝土，且實踐證明該材料能夠有效解決碼頭面層的質(zhì)量通病。

1 碼頭面層裂縫原因分析

碼頭面層產(chǎn)生裂縫主要和兩個方面有關(guān)：第一，很多工程在修建碼頭面層時，使用的混凝土材料收縮性能不過關(guān)，導致混凝土自身的拉應力和張應力難以滿足碼頭面層建筑的需求。第二，混凝土底部的約束也會導致面層出現(xiàn)裂縫。所以，為了延長碼頭面層的使用壽命，施工團隊必須放棄傳統(tǒng)的混凝土材料，選擇性能更為優(yōu)越的品類。

除此以外，施工團隊還要注重混凝土施工工藝。工程施工期間會不可避免地受到各種氣候、環(huán)境因素的影響。此外，混凝土配比、下灰、表面抹光、后期養(yǎng)護等因素都會對碼頭面層最終的建設質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，將上述環(huán)節(jié)落實到位也是預防碼頭面層出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵點。尤其是施工后的養(yǎng)護工作，它對碼頭面層質(zhì)量產(chǎn)生的影響最大。所以施工人員后期都會使用機械抹面、真空吸水和噴灑護養(yǎng)液等建筑技術(shù)來鞏固建筑成效。但由于碼頭面層澆筑的混凝土面積過大，露天作業(yè)不方便，加之存在泄水孔等構(gòu)件放置不到位的現(xiàn)象，上述提到的維護措施很難真正落實。

2 聚丙烯纖維混凝土材料的概述

2.1 混凝土的結(jié)構(gòu)形式

聚丙烯纖維混凝土的結(jié)構(gòu)形式按照規(guī)格可分為兩大類：第一類是聚丙烯網(wǎng)狀纖維，第二類則是聚丙烯單絲纖維。網(wǎng)狀纖維摻入混凝土后，會以叉枝纖維與混凝土相結(jié)合，部分會以網(wǎng)片狀存在，并以三維方式與混凝土凝結(jié)。單絲形式的纖維與混凝土結(jié)合的過程較為簡單，混合后能均勻分散在混凝土中。而且從應用效果來看，單位混凝土體積內(nèi)，凝結(jié)的聚丙烯纖維根數(shù)越多，纖維之間產(chǎn)生的縫隙就會越小，混凝土的阻裂效果也就越突出。細化來說，單位體積混凝土內(nèi)部的纖維分散密度越大，阻裂效果越好。因為原生裂縫只要小于纖維間距，擴展時，纖維就能迫使其改變延展的方位或基于纖維之上產(chǎn)生更小的裂縫，有效擴大裂縫拓展消耗的能量。

2.2 聚丙烯網(wǎng)狀纖維的物理特征

聚丙烯纖維混凝土的密度較小，能夠有效解決混凝土多孔脆性的問題。從抗壓情況來看，它的抗拉強度在320MPa 左右，發(fā)生極限也超過了15%。所以，和普通混凝土相比，聚丙烯纖維混凝土的抗拉性和極限拉伸度有明顯的提升，不容易受到拉應力和拉應變的影響產(chǎn)生裂縫。碼頭面層的裂縫大多數(shù)是塑性裂縫，當碼頭面層出現(xiàn)原生微裂縫時，施工團隊若是沒有及時處理，塑性裂縫就會從原生微裂縫處開始拓展，從而產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象。在使用了聚丙烯網(wǎng)狀纖維混凝土后，只要微裂縫的長度大于纖維的間距，纖維就可以發(fā)揮傳遞荷載的聯(lián)結(jié)作用，均勻混凝土的應力場，并鈍化裂紋尖端開裂對應力應變分布的影響，使裂縫不再延伸。

2.3 聚丙烯網(wǎng)狀纖維的抗裂原理

在混凝土中加入聚丙烯網(wǎng)狀纖維后，可以有效改善混凝土的塑性收縮性能，從而有效提高抗裂效果。聚丙烯纖維直徑只在幾十微米左右，抗壓性較強，可以提高混凝土的分散性能，讓其與膠凝材料、骨料更好地融合在一起，這樣混合料最終形成的黏結(jié)強度就能達到碼頭面層建設的要求。同時，聚丙烯纖維均勻分散后，纖維彼此之間能相互連接，形成一張巨大的纖維網(wǎng)，有效承托骨料，防止混凝土內(nèi)部的材料出現(xiàn)離析和泌水的現(xiàn)象，有效提升纖維混凝土的凝聚性和保水性，改善混凝土底部的約束力，減少混凝土的沉降，防止材料之間出現(xiàn)收縮的情況。

另外，碼頭面層之所以會發(fā)生龜裂，就是因為混凝土在某一時刻內(nèi)承受的拉應力超過了極限，導致混凝土在塑性階段出現(xiàn)了水分流失過快的問題，混凝土表面干裂現(xiàn)象比較嚴重。

再加之混凝土具有塑性收縮力，張力和韌性在沒有設計之前就已經(jīng)形成。只有向混凝土里增加纖維，才能進一步提高混凝土張力和結(jié)合力，防止碼頭面層皸裂。聚丙烯纖維會比普通纖維的凝水能力更強，與混凝土的結(jié)合力更好。攪拌的過程中，施工人員不需要耗費太多精力在聚丙烯混凝土的水灰配比上。只要聚丙烯纖維和混凝土融合，纖維就能均勻分散在混凝土內(nèi)，形成穩(wěn)定的張力系統(tǒng)。此系統(tǒng)和普通的支撐體系不一樣，其能形成各項支撐作用，比普通的混凝土形成的張力更均勻一些?；炷羶?nèi)部的控制收縮效果有了明顯的提升，混凝土硬化時，可以通過纖維的預應力防止細微裂縫產(chǎn)生。出現(xiàn)混凝土內(nèi)部的水分流失嚴重的情況，聚丙烯纖維也能承擔起收縮能量的重任，緩解裂縫擴大的壓力，有效抑制塑性裂縫的擴展。

3 聚丙烯纖維混凝土在碼頭層面應用注意事項

3.1 配比和設計

為了使聚丙烯纖維混凝土的強度達到C45/20 的效果，施工人員在正式施工之前都會對混凝土攪拌進行預試驗，直到找出最佳混凝土配比。在設計過程中，聚丙烯纖維混凝土的坍落度要求維持在180～200mm 之間，使用的凝膠材料總量要達到430kg。此配方最終調(diào)制的成品質(zhì)量相當好，有效提升了聚丙烯纖維混凝土的張力。

之后，施工人員一般還會在混凝土當中加入粉煤灰和硅粉。這兩種材料是常見的膠凝材料，配比為15%和3%。為了進一步加強聚丙烯混凝土的黏結(jié)力，施工人員將水膠的配比一般會控制在0.34 左右。配比結(jié)束之后，聚丙烯纖維混凝土內(nèi)部的纖維產(chǎn)量高達1kg/m，混凝土初凝時間也控制在10h 左右。

3.2 選擇優(yōu)質(zhì)原材料配置高性能混凝土

想要制成高性能混凝土，原材料一定要優(yōu)質(zhì)。因此，要反復挑選原材料，直至篩選出最為合適的類型。最適合的水泥材料當屬硅酸鹽水泥，其是由不含堿活性的石英質(zhì)和砂和花崗巖碎石構(gòu)成的。挑選減水劑時，建議施工人員選擇富斯樂SP432MS 型萘系高效減水劑，此減水劑的減水效率極高，能有效抑制混凝土的坍塌，并使攪拌后的混凝土不易滲水。選擇粉煤灰時，要選擇一級灰。很多工程為了節(jié)省成本，通常會降低粉煤灰的質(zhì)量。實際上，粉煤灰是膠凝的主要構(gòu)成成分，一旦此材料質(zhì)量不佳，聚丙烯纖維和混凝土的融合性就不好。而在選用硅粉方面，施工材料只要挑選符合《高強高性能混凝土用礦物外加劑》(GB/T 18736—2002)的要求就行。嚴格完成選材后，施工人員就可以開始修建碼頭面層的工作。

4 聚丙烯纖維混凝土在碼頭面層的施工

4.1 施工前材料準備

在混凝土施工之前，施工人員要準備好上文中所述的施工材料。具體的施工材料有：生產(chǎn)之前的砂石、水泥、水和外加劑?；炷僚浔群?，施工人員要根據(jù)混凝土每拌的摻量稱量克重合適的聚丙烯纖維，并用塑料袋裝好備用。

碼頭面層在澆筑時，施工人員要先將澆筑面積按照6×60.8m 的規(guī)格劃分好，然后用槽鋼進行澆筑。澆筑時，施工人員要注意檢查槽鋼表面是否平整，鋼度是否符合要求。因為在澆筑時，滾筒會在槽鋼表面來回轉(zhuǎn)動，如果槽鋼的硬度不符合要求，會很容易出現(xiàn)變形現(xiàn)象，難以保證混凝土表面的平整，影響碼頭面層澆筑的最終效果。

4.2 混凝土拌制過程

施工人員需要將提前準備好的材料按照預先方案配比，配比過程中，施工人員需要將材料放到強制式攪拌機內(nèi)干拌30s，此做法可以讓聚丙烯纖維和混凝土材料充分融合。均勻融合后，就可加水攪拌，攪拌的時間不宜過長，盡量控制在1min 以內(nèi)。上述操作結(jié)束后，就會生產(chǎn)出高質(zhì)量混凝土。屆時，施工人員只需將材料倒入攪拌車內(nèi)，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。不過，攪拌車在運輸時必須不停自轉(zhuǎn)，絕不能保持靜止的狀態(tài)，也不能轉(zhuǎn)得過快或過慢。否則，聚丙烯纖維混凝土的工作性能會受到影響。

4.3 現(xiàn)場混凝土施工

聚丙烯混凝土的黏度較強，施工人員施工時要注意與普通的混凝土加以區(qū)別。比如，施工人員運輸聚丙烯混凝土要選用吊機加吊斗或泵車，直接將材料送至施工處，絕不能拖延。否則混凝土內(nèi)部容易出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，影響后期施工。

當然，選用運輸設備時，施工人員需要根據(jù)施工現(xiàn)場的現(xiàn)狀進行選擇。一般情況下，大多數(shù)施工現(xiàn)場都會選擇吊機加吊斗的方法運輸。畢竟泵車在下料的過程中，施工人員還要專門清理泵車的下料口，防止纖維凝聚在柵格上，略顯麻煩。

混凝土在進入模具之前，施工人員要用淡水清理模板或者原有的混凝土表面，將浮塵和雜質(zhì)去除，同時達到潤濕表面的目的?；炷翑備仌r，施工人員一般都會選用插入式振搗棒鋪平，防止其出現(xiàn)局部堆積的情況。但在振搗的過程中，不能集中在某一個部分過度振搗，否則碼頭面層容易出現(xiàn)漏振或過振的問題。有時，施工人員為了操作方便，會直接用振搗器去分灰，此做法并不科學，振搗器體積偏大，分灰會使混凝土內(nèi)部留下氣孔，致使混凝土某處塌陷，更容易出現(xiàn)開裂的問題。

振搗操作完成后，施工人員要用滾筒對混凝土表面進行壓實處理，表面粗平后，施工人員還需用6m 長鋁合金刮尺抹平混凝土表面。抹平過程中，如果平面出現(xiàn)了局部凹陷的狀況，施工人員切忌用浮漿抹灰，必須使用原有的混凝土材料。另外，混凝土若因振搗導致表面出現(xiàn)了游離水，施工人員需及時用海綿吸干水分，清除雜質(zhì)。

工程施工完成后，需立即在混凝土表面覆蓋塑料薄膜，防止混凝土表面水分流失，導致其出現(xiàn)起殼狀況。而混凝土澆筑完成的3h 內(nèi)，需采用人工的方式用鋼鏝進行壓光抹面。抹面的時間間隔不能太長，頻率為1h/次。一般情況下，碼頭面層的抹面大概需要5～6 次。抹面時，施工人員要注意將混凝土表面翹起的聚丙烯纖維壓實，不能影響修筑面層的平整。

4.4 混凝土表面切縫及切紋處理

對混凝土表面的切縫和切紋處理，實際上是為了防止混凝土表面因為收縮產(chǎn)生裂縫。切縫一般在混凝土建筑后的12h 后進行，時間緊迫，為了不影響后續(xù)操作，混凝土表面一開始只能進行簡單的壓光處理，由于其過于光滑，很難滿足施工中對面層粗糙度的要求。但施工人員此時不能直接對混凝土表面進行壓紋處理，否則砌好的混凝土表面容易出現(xiàn)微裂縫，進而碼頭面層會出現(xiàn)嚴重的龜裂現(xiàn)象，只能切縫之后再去操作。切縫時，縫寬的距離要在2mm 左右，縫隙的深度要在2～3mm 之間，彼此之間的距離不超過5cm。

4.5 混凝土的養(yǎng)護

碼頭面層混凝土表面無痕之后，施工人員要通過噴灑養(yǎng)護液的方法，讓混凝土表層形成薄膜，此薄膜可以防止混凝土內(nèi)部的水分流失。薄膜覆蓋3～4h后，施工人員需要揭開重新噴水。因為有太陽的照射，薄膜內(nèi)部溫度升高的速度快，內(nèi)部水分依舊會流失。不去噴水，混凝土內(nèi)部還是容易干裂，薄膜根本無法起到保護成品的作用。除此以外，混凝土切割任務完成后，施工人員還要用瀝青填補縫隙。此操作是為了減少溫差，防止裂縫的溫度與周圍的混凝土差距過大。

4.6 混凝土澆筑的氣象條件

碼頭面層混凝土澆筑時，一定要避開高溫、大風天氣和陰雨天氣。高溫會加快混凝土內(nèi)部的水分流失，導致混凝土質(zhì)量下降。再加上運輸材料時，周圍環(huán)境溫度過高，原有的材料也會發(fā)生各樣的化學反應，影響聚丙烯混凝土材料的最終質(zhì)量。大風減少了混凝土初凝的時間，施工人員追求工期，抹面的速度過快，導致面層表面過于粗糙，會出現(xiàn)開裂問題。遇到陰雨天氣，澆筑好的面層浸水，就會出現(xiàn)砂面現(xiàn)象，影響聚丙烯混凝土材料的質(zhì)量。

5 結(jié)語

聚丙烯纖維混凝土能夠有效提升碼頭面層的澆筑質(zhì)量，解決碼頭面層出現(xiàn)的龜裂問題。由于聚丙烯纖維混凝土施工操作簡單，施工過程中不需要使用大型設備，所以相較于普通的混凝土，施工成本并未上升。而且聚丙烯纖維構(gòu)成的纖維網(wǎng)完全利用的是物理作用，不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)而污染周圍環(huán)境。配比的過程中，施工人員只要合理控制各項化學成分，控制攪拌時間，就能得到優(yōu)良的建筑材料。