聚丙烯纖維在橋梁混凝土中的應用

韋峰靜

（廣西魚峰混凝土有限公司，廣西 柳州 545008）

1 聚丙烯纖維

聚丙烯纖維是專用于水泥混凝土、砂漿中防塑性開裂纖維，能防止或減少水泥混凝土的初期塑性裂縫，可作為水泥混凝土的“次要加強筋”。聚丙烯纖維具有分散性好，握裹力強；高耐酸堿、高抗輻射，抗凍防腐、增強增韌，物理加筋、抗裂性強，性能穩定、安全無毒，施工簡易、經濟可靠等特點，用于砂漿和混凝土中，能提高其抗裂性能、抗滲性、抗凍融破環能力等耐久性能，增進其韌性、抗疲勞性，提高其抗沖磨性能。

100% 聚丙烯纖維的主要技術參數：吸濕率＜0.1%；纖維形狀：束狀單絲，纖維規格有 3、6、9、12、18mm（本次施工采用 6mm 的規格）；密度：0.91g/cm3，斷裂伸長度 15%～20%；截面形狀為 Y 形，纖維直徑 31μm；熔點 165～175℃，燃點 590℃；自分散性好，無吸水性；安全無毒，耐酸堿性極高。

聚丙烯纖維的使用[1]一般不需要改變原設計的配合比，也不取代原設計的受力鋼筋。每立方米混凝土中摻量為 0.6～1.8kg，廠家推薦摻量為每立方料混凝土0.9kg，但具體用量按照實際情況而定。纖維在加入干料（砂石、水泥等）之后，加水之前投入。攪拌時間比不加纖維的混凝土攪拌時間略延長 10～20s。

纖維的加入會增加拌合料的稠度，使坍落度降低。使用前通過試驗調整坍落度。

強度的測試：經查閱資料，纖維的加入不會影響原設計強度，但實際使用中應先測試強度，強度達標后方可使用。

收工壓面：纖維的加入不會影響抹面，收面時應盡量利用鋼或鐵質抹子，木質抹子不夠光滑會勾出纖維。

成型及養護：摻入纖維的混凝土在成型時無特殊要求，可按正常混凝土的養護進行。

綜上，混凝土中摻入聚丙烯纖維能減少混凝土的開裂風險，提高混凝土的抗裂性，從而增加混凝土耐久性。但由于聚丙烯纖維運用于混凝土中會影響稠度，使坍落度變小，所以在使用時主要攻克難點就是不改變原配合比，但摻入聚丙烯纖維后和易性保持不變。

2 試驗

某大橋主橋箱梁混凝土設計時已經規定好聚丙烯纖維的摻量為 1.5kg/m3，所以在試驗時直接用該摻量，表1 是具體配合比數據。

表1 混凝土配合比 kg/m3

其中，水泥為魚峰牌 P·Ⅱ42.5，礦粉為 S95 級，石子為柳州 5～25mm Ⅱ類石灰石質碎石，機制砂為石灰石及卵石Ⅱ類中砂，水為飲用水，外加劑為聚羧酸高效緩凝減水劑，聚丙烯纖維長度為 6mm。

根據以上配合比進行試驗，試驗數據如表 2 所示。

表2 混凝土工作性能

該工程主橋采用掛籃式施工工藝[4]（如圖 1），整體結構一次成型，澆筑順序為底板→腹板→頂板，由于底板頂面沒有鋼板封蓋，所以對混凝土要求較特殊，底板混凝土凝結時間不宜超過 6 小時，待底板終凝后，或者強度達到足以支撐腹板澆筑振搗不變形時，開始澆筑腹板及頂板。因此該部位混凝土拌合后 2 小時內不宜有坍損，但終凝時間又不宜超過 6 小時。

圖1 掛籃式施工

根據施工要求，在調整和易性時，由于原配合比不改動，所以調整方向轉向了原材料的選用上。

（1）粗骨料：現澆箱梁鋼筋比較密集，所以在粗骨料方面，選用顆粒粒徑較小的石子，連續級配粒徑為 5～20mm 的Ⅱ類石灰石質碎石[2]，該級配過篩篩余嚴格按照國家標準 GB/T 14685—2011《建設用卵石、碎石》進行篩選，含泥量不超過 1% 及泥塊含量不超過0.5%，其他指標均在標準范圍內。

（2）細骨料：在廣西柳州地區天然砂很少，混凝土全部采用人工砂[3]，有石灰石質及鵝卵石兩種機制砂，且是細度模數在 2.3～3.0 之間的Ⅱ類中砂。由于C50 混凝土膠凝材料用量較充足，所以特別要求細骨料中小于 75μm 的顆粒的量不得超過 8%，其他篩余按照國家標準 GB/T 14684—2011《建設用砂》進行篩選，含泥量不超過 3% 及泥塊含量不超過 1%，其他指標也要求在標準范圍內。

（3）膠凝材料：膠凝材料中，水化放熱最大的是水泥，且現在的水泥為了追求較高的早期強度，細度很大，比表面積甚至達到 500m2/kg。為了降低水化熱帶來的開裂風險，在拌制混凝土前必須和水泥廠家進行溝通，要求水泥比表面積不得超過 360m2/kg，且早期水化放熱不得超標。

（4）摻合料：只用了 S95 級礦粉，其各項指標在GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》標準范圍內，活性檢測合格即可，沒有其他較多要求。

（5）減水劑：減水劑作為重要的外加劑，且本工程對混凝土要求較高的情況下，其各項指標不僅要求在標準范圍內，而且還應根據工程實際要求進行試驗以確定其一些特定參數，例如減水率及保坍時間等。根據施工要求，混凝土 2 小時內無坍損，6 小時以內達到終凝。將次數據報給廠家后，經試驗預拌，得出減水劑的密度為 1.018g/cm3，減水率為 24.1%，固含量為8.70%，pH 值為 6.0，氯離子含量為 0.03%，總堿量為0.31%，在該參數下的減水劑能滿足施工要求。

綜上，原材料微調后，按照表 2 中編號 2 的配合比進行預拌試驗，試驗過程中及時記錄混凝土各種參數，見表 3。

表3 混凝土工作性能

以上數據滿足施工要求，留下的 4 組試塊在 28d 時做抗壓試驗，得出抗壓強度為：59.2MPa、61.7MPa、65.2MPa、65.5MPa，平均值為 62.9MPa，亦滿足混凝土強度要求，所以該配合比符合該工程施工整體要求，確定作為最終施工配合比。

3 混凝土生產及施工注意事項

在后期混凝土實際拌制過程中，攪拌時間應比普通 C50 混凝土增加 10～20s，在 (95±5)s 比較合理。生產時，要時刻注意砂石含水變化，及時調整含水率，如果生產設備不能對砂石的含水率進行自動調整，就需要不斷地對砂石干濕程度和出料口混凝土的坍落度進行觀察，及時調整單盤混凝土的用水量，以確保坍落度在設定范圍且不出現較大偏差。

施工采用掛籃式施工，需要兩端同時澆筑混凝土，墩柱一端的箱梁用 52m 汽車泵進行澆筑，另一端則采用汽車泵泵送至車載泵，通過車載泵二次泵送至墩柱的另一端的箱梁，二次泵送需要注意的是混凝土停泵時間不宜過長，否則容易引起堵管，也容易產生冷縫。澆筑完成后應及時加蓋土工布，并淋水養護，保持施工面的濕潤，這樣通過內置聚丙烯纖維及外部養護，最大程度的杜絕箱梁體開裂，以達到預期的目的。

4 結論

通過摻入聚丙烯纖維并合理優化生產配合比中的原材料，該項目標段的主橋箱梁施工順利完成，整段主橋箱梁未有任何開裂，完成了預期目標。