聚丙烯纖維在大體積混凝土中的應用

李記恒 （甘肅第一建設集團有限責任公司，甘肅 蘭州 730050）

0 前 言

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

聚丙烯纖維是采用100%聚丙烯為原料，經過特殊工藝加工處理而形成的高強度束狀單絲復合纖維，其固有的耐強酸、耐強堿、弱導熱性及穩定的化學性能，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生及發展，大大改善混凝土的防裂和抗滲性能、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滲的一種新型理想材料，目前已經被廣泛使用。

新建寶雞至蘭州鐵路客運專線蘭州樞紐工程（BL-LZSN-II標段）中，為了改善大體積混凝土在初期收縮階段出現裂縫而影響工程質量，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度、抗滲性能，抑制了微裂縫的產生及發展，為今后聚丙烯纖維在大體積混凝土中應用提供參考依據。

1 工程概況

新建寶雞至蘭州鐵路客運專線蘭州樞紐工程（BL-LZSN-II標段），基礎筏板為大體積預拌混凝土，強度等級為C35，抗滲等級為P6，混凝土方量為5000m3，采用分層澆筑循序漸進的施工方法，要求在50h內澆筑完畢。

2 混凝土原材料的選用及設計配合比

2.1 西客站基礎筏板混凝土設計要求

設計要求的西客站基礎筏板混凝土抗壓強度為C35，抗滲等級為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 材料準備

西客站基礎筏板混凝土所采用的各種原料均為業主招標采購，各標號混凝土所用原材料均相同，其品種、規格和來源如下。

聚丙烯纖維：采用甘肅開元土工材料有限公司生產的聚丙烯纖維，當量直徑為26.29μm，斷裂強度為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任公司生產的祁連山牌P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，比表面積為328m2/kg，初凝時間為2h50min，終凝時間為3h45min，28d抗折強度為8.5MPa，28d抗壓強度為44.1MPa，安定性合格。

砂：采用產地為中川的洗砂，細度模數為2.6，屬于II區中砂，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的連續級配的碎石，表現密度為2690 kg/m3，堆積密度1600 kg/m3，空隙率為39%，壓碎指標為5.7%，針片狀含量為5.1%。

粉煤灰：采用西固宏達熱電廠F類II級粉煤灰，細度為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的I型膨脹劑，膨脹率為0.031%。

水：采用符合預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的CC-3型緩凝高效減水劑，減水率為21%。

2.3 混凝土設計配合比

試驗依據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）設計配合比。為了減小水泥水化熱帶來的不利因素，配合比設計時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，滿足抗滲等級P6的要求，摻加了6%的膨脹劑，在普通配合比數據不變的情況下摻入0.9kg/m3的聚丙烯纖維，經試驗室試配調整形成3個配合比，再選用一個不摻加聚丙烯纖維的配合比組成4個配比進行比較，確定了西客站基礎筏板混凝土C35P6的配比，其配合比見表1。

2.4 主要的試驗方法

本試驗依據《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2011）設計配合比，在普通配合比數據不變的情況下摻入0.9kg/m3的聚丙烯纖維，經試驗室試配調整形成3個配合比，再選用一個不摻加聚丙烯纖維的配合比組成4個配比進行比較，確定了西客站基礎筏板混凝土C35P6的配比。力學性能試驗依據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB／T50081）進行，耐久性試驗依據《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB／T50082）進行試驗。

3 結果與討論

摻加聚丙烯纖維后混凝土的性能指標見表2。

依據生產廠家提供的使用說明書，在普通配合比數據不變的情況下摻入0.9kg/m3的聚丙烯纖維，混凝土初始塌落度明顯減小，通過調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計要求，混凝土的初凝時間達到8h以上。

4 結 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 混凝土的抗壓強度

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

4.3 混凝土的抗滲性能

聚丙烯纖維混凝土與普通混凝土都能滿足設計要求，P6等級的情況下，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，這是因為混凝土中的聚丙烯纖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管張力，減小了混凝土的裂縫，提高了混凝土的抗滲能力。

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 表2

5 聚丙烯纖維混凝土的施工特點

聚丙烯纖維混凝土與普通混凝土在生產過程中相比較有以下區別，普通混凝土在生產過程中按常規投料順序進行，即砂—石—水泥—水—纖維—外加劑，攪拌出料后發現纖維分散不均勻，有纖維被水泥漿包裹形成團塊的現象，為了改變這一現象的發生，改變投料順序，即砂—石—纖維—水泥—水—外加劑，攪拌出料后發現，纖維與砂、石經攪拌后，分散相對均勻，再無纖維結成團塊的現象發生。為了混凝土能夠攪拌均勻，纖維混凝土的攪拌時間較普通混凝土延長15～30s。

6 結 語

在新建寶雞至蘭州鐵路客運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計要求，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，彌補了大體積普通混凝土容易產生收縮裂縫，溫度裂縫的不足，施工證明聚丙烯纖維混凝土可以提高內部黏結能力，提高混凝的抗裂能力和抗沖擊能力，減小了混凝土的脆性，補償溫度抗裂和收縮裂縫。總之，摻入聚丙烯纖維對提高混凝土力學能力，改善其內部結構，防止裂縫有著明顯的特點。

[1]何偉.聚丙烯纖維混凝土在橋面施工中的應用[J].橋梁工程，2011（1）.

[2]孫家瑛，欒峰，張羽.網狀聚丙烯纖維對高性能混凝土耐久性能的影響[J].硅酸鹽學報，2000（12）.

[3]陳翠蘋，高超.聚丙烯纖維在杭州灣大橋海工混凝土中的應用[J].新型建筑材料，2012（12）.

[4]衛愛民，趙濤.聚丙烯纖維混凝土的研究與應用[J].山東建材，2005（2）.

[5]JGJ55-2011，普通混凝土配合比設計規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.