聚丙烯纖維噴射混凝土的應用

趙 寧,關國生

(1.黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司;2.黑龍江省華龍建設有限公司)

1 聚丙烯纖維混凝土的特點及功能

聚丙烯纖維是一種新型高分子材料,采用改性母料添加到聚丙烯切片中進行共混、紡絲、拉伸、切斷而制成的用于砂漿混凝土抗裂防滲的工程纖維。聚丙烯纖維比重為 0.91,強度高,抗拉強度可達 200～300MPa,彈性模量≥3500MPa,完全不吸水,為中性材料,與酸堿不起作用,導熱導電性極低,燃點 590℃。摻在混凝土中的聚丙烯微纖維長度一般為12～30mm,直徑 30～60μm。當摻量僅為混凝土體積的0.1%時,在 1m3混凝土中可以有數百萬根至上千萬根纖維隨機分布,使混凝土性能得到很大改善。在混凝土內摻入聚丙烯纖維并經攪拌后,由于聚丙烯纖維與水泥基集料有極強的結合力,可以迅速而輕易地與混凝土材料混合,分布均勻;同時由于細微,故比表面積大,若分布在 1m3的混凝土中,則可使每 1cm3的混凝土中有近二十條纖維絲,故能在混凝土內部構成一種均勻的亂向支撐體系。當混凝土到硬化前最脆弱的時期,這時混凝土仍未產生足夠的強度以抵抗水泥收縮應力導致微裂縫時,加入的纖維可以部分抵消內部應力,抑制微裂縫產生和發展。同時纖維的加入可以改善裂縫尖端的應力,集中防止裂縫進一步發展。當裂縫發展與纖維相交時,纖維可以抵消部分或全部應力。加入的纖維是三維不定向分布,有助于削弱混凝土的塑性收縮。收縮的能量分散到每立方米中千萬條具有高抗拉強度和較低彈性模量的纖維絲上,有效地增強了混凝土韌性,抑制微裂縫的產生和發展。同時無數根纖維在混凝土內部形成支撐體系,有效阻礙骨料的離析,使混凝土粘聚性好,從而阻止了由于干縮引起的裂縫產生。所以混凝土中摻入少量聚丙烯工程纖維,在混凝土內部有害裂縫(寬度大于0.5mm)的數量得到有效控制,降低了滲透性,有利于混凝土硬化。同時,混凝土抗滲能力的提高也有利于其抗凍能力的提高。實踐及研究都表明,在混凝土中加入聚丙烯纖維可作為一種有效的混凝土溫差補償抗裂手段。用于噴射混凝土,在不改變混凝土物性的基礎上,它能形成厚實的混凝土層,大幅度降低混凝土回彈率,因此,提高了一次成型厚度,施工時減小材料消耗,提高工程質量,降低工程成本。

2 聚丙烯纖維噴射混凝土施工工藝

2.1 施工配合比

聚丙烯纖維的使用極為方便,無須改變原設計混凝土的配比。一般情況下每立方混凝土摻入量為 0.6～1.2kg,纖維長度為 15～19mm。灰骨比為 1∶4～1∶5,砂率為 45% ～55%,水灰比為 0.4～0.5。

2.2 拌和順序及攪拌時間

聚丙烯纖維與骨料的拌和在干拌狀態下進行,加入干料砂、石、水泥、纖維一起干拌。纖維投放不受其它混合料投放順序限制,投料次序先后不會影響纖維的強度和均勻分布。攪拌時間以 4～5min為宜。

2.3 原材料

(1)水泥:優先選用標號不低于 42.5#的普通硅酸鹽水泥。

(2)砂:宜選用堅硬耐久的中粗砂,細度模數大于 2.5,其中直徑小于 0.075mm顆粒不應超過 20%,砂的含水率控制在 5%～7%。否則影響水泥與骨料的粘結。

(3)碎石:卵石或碎石均可,粒徑不宜大于 15mm,且級配良好。當使用堿性速凝劑時,石料不得含有活性二氧化硅。

(4)水及外加劑:與普通噴射混凝土要求相同。

2.4 聚丙烯纖維噴射混凝土的施工工藝

根據混凝土不同的攪拌和運輸工藝不同,分為干噴和濕噴兩種方式,從噴射效果來看,最好采用濕噴。

(1)巖面處理:用高壓水將基巖表面松動巖塊、石粉沖洗干凈。噴射前,用噴射機在工作面上灑適量水,保持一定濕度,提高巖面粘附力。

(2)混合料的拌和:混合料采用強制式攪拌機在短時間內完成,應拌和均勻,隨拌隨用。

(3)噴射作業:根據混凝土不同的攪拌和運輸工藝不同,分為干噴和濕噴兩種方式。采用干噴時,骨料的選擇很重要,其最大粒徑不得超過 15mm。干噴施工,對混凝土質量影響最大的是水灰比,這只能通過工人高水平地操作來實現。采用濕噴則要省事得多,噴射手無需關心控制水量的準確程度,只要在拌和時將水灰比控制好即可,另外,當按0.9kg/m3的摻量摻加聚丙烯纖維,其中有 5%起潤滑作用,將減小輸送壁與骨料間的摩阻力,從而能降低了泵送壓力。噴射作業應分段由下而上順序進行,噴嘴至工作面的距離一般為0.8～1.0m;噴射角度應控制在 80°～90°左右;噴嘴處的風壓一般控制在 0.3～0.5MPa;噴嘴應按螺旋形軌跡移動。

(4)回彈量調整:開始時回彈量較大,形成塑性層后,粗骨料嵌入,回彈量減少,一次性噴射混凝土厚度不小于6cm,在摻速凝劑的情況下,拱頂 6～8cm,邊墻 7～10cm。

(5)養護:應在混凝土終凝 2h后,噴水養護,養護時間不低于 14d。