聚丙烯工程纖維在建筑混凝土中的應用

杜虎 張啟志

摘要：目前，混凝土中加入聚丙烯工程纖維后能改良混凝土的綜合性能，所以被廣泛的用于建筑工程中。本文首先通過分析聚丙烯工程纖維的特點、作用，再通過實驗研究的方法研究聚丙烯工程纖維混凝土的力學性能，最后分析聚丙烯工程纖維在建筑混凝土中應用。分析結果表明，混凝土中加入聚丙烯工程纖維能提高混凝土的抗壓強度和抗彎強度，在現實社會中應用較為廣泛，有很好的應用價值。

關鍵詞：聚丙烯工程纖維;混凝土;應用

中國分類號：TQ050.4文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）06-0095-04

混凝土作為建筑物中的重要結構材料，已經有一百多年來的歷史，但是混凝土在建筑中容易出現脆性破壞，這是混凝土最顯著的一個問題。為了解決這個問題，于是出現了將纖維運用到混凝土中可以改善這個問題，還可以提高力學性能和抗滲性能。為了提高建筑混凝土的各個性能，采用纖維增強是其核心方式。聚丙烯工程纖維在國外早已被用于建筑混凝土中，其相應技術較為成熟。近年來，我國也開始將聚丙烯工程纖維用于建筑混凝土中，比如將其用到水利水電、港口、交通運輸、機場還用各種建筑物。因為將聚丙烯工程纖維運用到建筑混凝土中可以提高混凝土很多性能，比如抗凍性能、抗磨強度、抗裂強度、抗滲能力、抗彎能力等。本文將研究聚丙烯工程纖維在建筑混凝土中的應用，目的在于更加廣泛的將聚丙烯工程纖維用于建筑混凝土中，以增加其使用能力。

1 聚丙烯工程纖維的介紹

1.1聚丙烯工程纖維的特點

聚丙烯工程纖維在工程上分為兩種，一種是單絲纖維另一種是纖維網，其也通常稱為微纖維或者是PP纖維。聚丙烯工程纖維不僅具有普通聚丙烯纖維的性能，還具有普通聚丙烯纖維沒有的性能。相同特點是安全無毒、抗酸堿性能強、化學穩定性強和抗老化性能好。不同點在于聚丙烯工程纖維加入到混凝土中能讓混凝土發揮更好的作用。如聚丙烯工程纖維與水泥表面握裹力強，加入到混凝土中能夠讓混凝土更加緊密結合，增強混凝土的抗裂性能和力學強度;聚丙烯工程纖維較高的強度和彈性漠量，在與混凝土混合后能增強混凝土的力學性能;聚丙烯工程纖維有很好的分散性，通過其改性和設計然后再混凝土中分散，可以當做次要加強筋的作用，極大的增加了混凝土的強大。

1.2聚丙烯工程纖維的作用原理

通過了解聚丙烯工程纖維的作用機理才能更好的掌握其性能，在應用過程中才能更好的發揮其作用。將聚丙烯工程纖維加入到混凝土中發生的是一個物理作用，不會改變其化學性能。聚丙烯單絲纖維的非常細，當把它加入到混凝土中1kg/m³時，混凝土中就會有770-3300萬根的纖維不定向的分布在其中。當在混凝土中加入聚丙烯工程纖維網后進行攪拌受到沖擊后，一塊一塊的纖維網會突然張開形成帶鉤的單獨纖維。能夠有較好的親水性，與水泥握裹力大。

纖維的主要作用有以下方面：混凝土在硬化過程中會有一個非常脆弱的時段，該時段混凝土的強度弱于水泥收縮的應力，混凝土承受不了這種應力就會產生裂縫，當加入纖維后，可以抵消這種應力，而且還可以防止裂縫進一步變大，從而減少裂縫的發生。混凝土中的纖維是三維不定向的分布的，當混凝土收縮時產生應力，應力被分散到無數的纖維上，可以有效的增強混凝土的抗韌性強度，從而讓混凝土不發生裂縫。混凝土中的很多纖維分布在其中，可以起到支撐的作用，能夠避免骨科分離現象，增強混凝土的粘性，也可以防止出現裂縫。總體來說，混凝土中加入少量的聚丙烯工程纖維，能夠有效控制混凝土發生的裂縫危害，有利于混凝土的硬化。

纖維對混凝土的增強原理是什么，現在存在兩種主要的解釋，其中一個是復合材料原理，另一個是纖維間距原理。復合材料原理是將混凝土看作是一個纖維強化體系，考慮纖維的三維不定向性，分析纖維的長度、粘結程度、方向等因素。纖維間距原理是針對混凝土中存在的縫隙進行研究，當對混凝土施加力量后，分析纖維將荷載傳遞出去，從而減少裂縫的發生。

1.3聚丙烯工程纖維在建筑混凝土中的功能

有研究表明，在混凝土中加入0.9kg/m³的聚丙烯工程纖維是最合適的，最有利于發揮混凝土的力學性能，防止混凝土出現開裂現象，而且由于聚丙烯工程纖維三維不定向的分布在混凝土中，可以起到次要加強筋的作用，從而可以提高混凝土的綜合性能。在混凝土中加入聚丙烯工程纖維有以下功能：

1.3.1提高混凝土防裂抗滲性能

混凝土在硬化之前很容易，水分慢慢被蒸發，此階段混凝土比較脆弱，稍不注意就容易出現裂縫。在混凝土中加入聚丙烯工程纖維后，不定向的分布在混凝土中，可以給混凝土形成一種天然的支撐體系，從而抑制或者延緩混凝土在硬化之前發生的塑性裂縫，降低混凝土之間的空隙率，最終達到防裂抗滲的作用。在對抗滲要求比較高的混凝土建筑中，可以通過加入聚丙烯工程纖維達到抗滲的目的，如儲水池、樓面板、水電站、隧道等建筑中。

1.3.2提高混凝土抗沖擊性能和增加韌性

當在制作混凝土時加入聚丙烯工程纖維，水泥與聚丙烯工程纖維會產生非常強大的結合力，聚丙烯工程纖維能夠在混凝均勻的分布，形成一種三維不定向的支撐體系。這種支撐體系可以在混凝土受到拉力和沖擊力的時候，其中眾多的纖維可以將分擔這些力量或者吸收力量，相當于一個加強筋的作用，從而起到很好的抗沖擊性能和增加韌性。在機場、橋梁、高層建筑等工程中容易受到疲勞沖擊，加入聚丙烯工程纖維的混凝土可以起到很好的抗疲勞沖擊作用。

1.3.3提高混凝土耐磨性能

當混凝土中加入聚丙烯工程纖維時，經過均勻攪拌后，可以防止混凝土塑性收縮龜裂和塑性沉降。可以在混凝土表面形成一層非常均勻的泌漿膠膜，起到保護混凝土的作用，而且聚丙烯工程纖維有次加強筋的作用，也可以起到抗沖耐磨的作用。在機場、水工建筑、公路等工程中使用聚丙烯工程纖維混凝土能起到很好的抗沖耐磨作用。

1.3.4提高混凝土抗凍和耐溫差性能

混凝土中使用聚丙烯工程纖維可以抑制溫度裂縫的產生，減少混凝土的孔隙率，當混凝土之間的孔隙率變少后，混凝土中溫度的變化所產生的應力既可以減少。而且聚丙烯工程纖維是大分子結構，加入到混凝土中可以讓其具有熱脹冷縮的效果，當不加該纖維的混凝土其脈性強，沒有熱脹冷縮的功能，在寒冷的溫差較大的混凝土建筑中容易出現發裂，所以加入聚丙烯工程纖維的混凝土可以很好彌補普通混凝土的缺陷。

1.3.5增強混凝土抗疲勞強度和減少回彈損失率

當在混凝土中加人聚丙烯工程纖維后可以增加混凝土的黏稠性，從而有利于在噴射混凝土時可以提高其一次成型的厚度，且因其黏稠性好降低了混凝土的回彈力，節約了混凝土材料，且提高了建筑的工程質量，對整個建筑造價起到節約的多用。

2 聚丙烯工程纖維混凝土的力學分析

2.1試驗方法

加入聚丙烯工程纖維的混凝土的試樣從養護處取出后應該及時的對試件進行試驗將其表面擦拭干凈，并且量好試樣的尺寸。然后按要求將支架和壓頭進行調整位置，要求所有的尺寸誤差不大于±1mm。最后在試樣上施加壓力，該壓力時連續不斷的并且是均勻的加上力度，加荷速度要在0.05MPa/s到0.08MPa/s之間。

加入聚丙烯工程纖維的混凝土收縮試驗依據GBJ82-85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行。試樣尺寸為，對試樣的兩頭進行預埋，每組3個試件，當試件成型后一天就將其拆模，然后再養護兩天，測量它的基準長度，最后將其放入20±3℃的溫度、60%±6%的濕度環境中進行養護。之后再按照時間間隔對試樣進行測量其收縮值。

2.2試驗結果與分析

聚丙烯工程纖維混凝土力學性能的試驗結果如下表1。從圖2中中可知加入聚丙烯工程纖維的強度比不加的混凝土的抗壓強度有所提高，當聚丙烯工程纖維達到1kg/m³時，混凝土的抗壓強度達到最大值，與普通的混凝土相比抗壓強度提高了4.3%，提高的幅度表較小。圖3是抗折強度，由圖可知，當聚丙烯工程纖維達到1kg/m³時，混凝土的抗壓折強度達到最大值;當聚丙烯工程纖維達到1kg/m³時，與普通混凝土相比抗壓強度提高了15.6%，提高幅度比較大。從圖2和圖3可知，當聚丙烯工程纖維超過1kg/m³時，抗壓強度和抗折強度都開始下降，說明當聚丙烯工程纖維為1kg/m³時混凝土的力學性能較好。

3 聚丙烯工程纖維在建筑混凝土中的應用分析

1960年，英美研究者首次將混凝土中加入聚丙烯工程纖維用于提高混凝土的綜合性能，這是人類第一次對使用此方法，隨后，其他國家也開始將聚丙烯工程纖維加入到混凝土中去研究其性能。五年之后，美國研究者研究這種混合混凝土材料的應用，最后他建議將加入聚丙烯工程纖維的混凝土用在隊部中的防爆建筑中，可以增強建筑的力學性能。英國的的一家公司將該混凝土制作成預制樁，能增強預制樁的強度。慢慢的越來越多的將聚丙烯工程纖維混凝土應用到工程中，逐漸形成了將聚丙烯工程纖維的混凝土工業化生產并運用到不同場合中去。直到1990年，中國才將美國生產的纖維網引進過來，從此之后，中國才開始研究并大量使用聚丙烯工程纖維。雖然中國對聚丙烯工程纖維的使用較晚，但是當該產品引進中國后，推廣迅速，成就較多，我國使用該產品的工程已經有數萬個工程實例。比如國家大戲院、遂渝線鐵路隧道工程、三峽電站工程等，還有很多的市政建筑工程，預制構件等在混凝土加工過程中加入聚丙烯工程纖維。而且在深圳建筑圖集中將聚丙烯工程纖維加入到混凝土中作為防水用途的標準圖例。聚丙烯工程纖維在建筑混凝土中應用較為廣泛，下文將通過實例分析聚丙烯工程纖維在橋梁中的應用。

以某個橋梁工程為例，該工程要求在橋面上鋪一層為10cm的聚丙烯工程纖維混凝土，要求混凝土的實際強度等級為C50。制作加入聚丙烯工程纖維的混凝土采用強制式攪拌機進行攪拌。混凝土中要求鋪設直徑為12cm的鋼筋網。混凝土加工過程中加入的原材料配比必須時按照設計要求方案中的規定進行分配，而且每一種原材料都有其加入的先后順序，必須按照設計要求進行順序添加。在混凝土中加入聚丙烯工程纖維時不能隨意進行添加，必須采用專業的人員進行操作，將聚丙烯工程纖維均勻的倒入裝料筒中。在對混凝土進行攪拌時，攪拌時間的控制應該按照要求嚴格控制，一般情況下攪拌時間為2到3分鐘。當混凝土加工完成后，需要進行坍塌度實驗，把握坍塌時間，從而保證混凝土有一個良好的工作性能，有利于鋪設工作，保證工程質量。當確定混凝土已經攪拌均勻后，需要在最短時間內送到施工現場進行施工，時間越長，混凝土的性能就會發生改變。

橋面的澆筑工作是采用標準帶形式的，在進行混凝土澆筑工作時要與標準帶保持齊平，再在混凝土上用振搗器進行振搗。在振搗的整個過程中，需要設置專門的專業人員對振搗工作進行檢查，確保振搗過程沒問題，能達到預期效果。該步驟完成之后，就需要對混凝土的表面進行抹面處理。為了保證橋面的平整度，本工程要求采用刮、滾、縱、抹的施工方式。抹面完成后就需要進行混凝土收漿工作，收漿工作不容小覷，它是橋面工作中非常重要的一個環節，其中收漿時間的確定應該結合實際情況選取最適合的時間，因為收漿時間會受到天氣狀況的影響。收漿時間太早了或者太晚了都會影響橋面的平整度，平整度不好就會很容易出現裂縫。所以必須對平整度進行嚴格的檢測，本工程中要求使用鋁合金尺桿來對平整度進行檢查。最后將檢測的結果與施工人員進行溝通，方便后續的施工工作。

4 結論

通過對上文的分析，了解到加入聚丙烯工程纖維的混凝土的綜合性能有所增加，比如提高了混凝土的抗裂性能、抗滲性能、抗拉和抗壓強度、耐磨性等，所以該類混凝土在建筑應用中較為廣泛，本文通過具體分析聚丙烯工程纖維在橋梁中的應用案例，了解到聚丙烯工程纖維在施工建筑中的作用十分重要，對混凝土容易出現的裂縫現象起到很好的控制作用，可以在橋梁建筑中起到很廣泛的作用，聚丙烯工程纖維在其他建筑方面也有相當大的作用。