聚丙烯纖維材料在公路工程中的應用

李曉冬

（上海港灣工程質量檢測有限公司，上海 200000）

0 引言

公路工程是現代交通建設的重要組成部分，其質量和性能直接關系到公路的耐久性和安全性。為了提高公路工程的性能和使用壽命，聚丙烯纖維材料作為一種重要的增強材料被廣泛應用于混凝土中。聚丙烯纖維材料具有高強度、高模量、耐腐蝕、耐久性好等優良特性，可以有效地改善混凝土的抗裂性能、抗疲勞性能和抗沖擊性能。因此，研究聚丙烯纖維材料在公路工程中的應用具有重要的意義。

1 聚丙烯纖維材料的特點

聚丙烯纖維材料是一種由聚丙烯（polypropylene）聚合物制成的合成纖維材料，其具有如下特點：

1.1 高強度

聚丙烯纖維具有較高的強度，表現在以下幾個方面：

首先，聚丙烯纖維具有較高的拉伸強度，即在受到拉伸力的作用下，纖維不容易斷裂。這使得它可以增強混凝土、水泥基材料等工程材料的拉伸承載能力，提高結構的抗拉性能。

其次，除了良好的拉伸強度，聚丙烯纖維在受到彎曲負荷作用時仍能保持結構強度和穩定性，能夠降低裂縫和損傷的發生率。

最后，聚丙烯纖維能有效提高混凝土、土壤等材料的抗壓強度。它能夠增強材料的整體剛度和承載能力，使其更能夠更大程度地承受來自上方的負載壓力。

1.2 輕質

聚丙烯纖維的密度較低，這意味著在使用聚丙烯纖維材料時，整體結構的重量不會顯著增加，有助于減輕結構的負擔，可以降低對支撐和基礎結構的要求。這有助于降低工程成本和施工難度。

1.3 耐酸堿性

聚丙烯纖維對酸、堿等化學物質具有較好的耐腐蝕性能，能夠在一定的酸堿環境下保持較好的穩定性。

1.4 良好的耐熱性

聚丙烯纖維具有良好的耐高溫性能，能夠在一定溫度范圍內保持較好的結構穩定性。

1.5 吸濕性較低

聚丙烯纖維的吸濕性較低，能夠迅速排除內部濕氣，保持纖維制品的干爽性和透氣性[1]。

2 聚丙烯纖維材料在公路工程中的應用

2.1 工程概況

某公路工程地形條件異常復雜，現場施工難度較大，必須加強現場地質勘察和分析，確定最佳的施工方案，滿足工程建設和運行的需要。經過地質勘察發現，該工程建設的不良地質條件主要是存在斷裂問題，經過現場分析，決定應用聚丙烯纖維噴射混凝土方式施工，結構補強厚度為25cm。

2.2 聚丙烯纖維噴射混凝土配合比

2.2.1 選擇原材料

在該工程施工中，需要經過試驗分析選擇符合工程要求的原材料，并對不同條件下的混凝土抗拉強度展開分析，確定聚丙烯纖維的加入比例為0.8km/m3，強度性能指標達到要求，可以有效抑制裂縫擴展，實現工程施工安全性的提升。經過對聚丙烯纖維混凝土的分析，硬化之后物理性能和質量提升較為明顯，28d 的抗折強度達到4.9MPa，抗壓強度37.2MPa，抗裂性能提升較為明顯。結合施工要求，在混合料拌和環節，應用S12 級防滲及防水的C30 聚丙烯纖維混凝土。該材料主要由下述幾種材料組成。

第一，水泥。結合工程需要，選擇P.O42.5R 的水泥材料。

第二，聚丙烯纖維材料。根據噴射機輸料管的半徑、噴射長度等，確定聚丙烯纖維材料的最佳長度，按照不超過50mm 的標準進行設計，最終確定長度為19mm。同時，結合聚丙烯纖維材料的密度、直徑、抗拉強度、伸長率、面積、長度和外觀等因素對摻量進行分析，以確保聚丙烯纖維材料的摻量符合工程要求。

第三，粗骨料。根據試驗參數，并結合國家相關標準，對粗骨料的含泥量、壓碎值和空隙率等關鍵指標進行嚴格把關，以確保粗骨料的強度性能達到相應標準。

第四，速凝劑。根據工程需要，選擇適宜的速凝劑材料，加入比例為4%。28d 的抗壓強度超過75%，損失在25%以內，符合工程要求[2]。

2.2.2 確定配合比

進行聚丙烯纖維混凝土施工前，需要根據工程要求，確定混合料的配合比。

首先，在該工程中，根據回彈量設計強度和S12 防滲等級要求，進行管路和噴嘴堵塞情況評估，并設定噴射標準。

其次，在膠骨比設計方面，由于增大水泥加入比例會導致收縮變形增大，減小水泥加入比例則會導致回彈量過大，為滿足強度標準要求，該工程將膠骨比設計為1∶3.72。

再次，需要根據工程要求和混凝土性能確定砂率，以達到結構強度和耐久性要求。在該工程中，通過試驗分析，確定砂率為50%，坍落度為80～100mm，水灰比為0.49。

最后，在配制過程中，應嚴格按照配合比設計要求進行配料、拌和，保證混凝土質量。

2.3 設備選型

結合工程要求，準備濕噴機2 臺，空壓機1 臺，拌和機1 臺。

2.4 施工準備

在施工前，需要對各項施工機械設備進行檢測，確保動力系統、傳動系統、液壓系統等滿足需求。另外，在噴射施工之前，需要采用風槍和特定的噴射材料，清除表面松動、欠挖等部分，并確保受噴面的平整度和黏結力，以保證噴射施工的質量和效果。

2.5 混合料拌和

按照1∶5 的比例拌和速凝劑和水，拌和時間控制在2～3min，以確保速凝劑和水充分混合。對聚丙烯纖維材料、砂子和集料進行充分拌和，確保拌和均勻。同時，適當處理水泥，確保其與其他材料充分混合。拌和完成后，禁止添加纖維材料，以免纖維分布不均勻或結塊。在材料拌和過程中按照配合比方案執行，并進行各項參數檢測，只有所有參數均符合要求才能使用混合料，如有不合格情況，應作廢處理[3]。

2.6 風壓水壓控制

風壓控制。啟動噴射設備之后，應先打開進氣閥，調節空載運行的壓力。在噴射拌料開始后，應適當增加風壓并保持相對穩定的狀態，根據噴嘴的回彈率進行壓力調整，以滿足運行壓力標準。在施工過程中，壓力一般設定為0.3MPa。

水壓控制。水壓設置過高或過低都可能導致材料回彈等問題的出現。因此，在具體操作過程中，需要根據噴射效果、噴射距離、涂層厚度等因素進行風壓和水壓的控制和調整，并進行噴射效果評估、噴射距離調整以及涂層厚度控制。通常情況下，水壓的設定范圍應在0.35～0.70MPa 之間。

2.7 噴射施工

在該工程施工中，聚丙烯纖維噴射混凝土展現出了卓越的應用效果，特別是在隧道初期支護施工中發揮了重要作用。通過細致分析方案和現場情況，采用新奧法開挖隧道施工方式，并采取分段、分層、分片的施工方式，以確保開挖作業階段和支護噴射作業能夠緊密配合，提升支護效果。

在該工程施工中，采用三層噴射方案。

初噴厚度為5cm，待混凝土終凝后開始第二層噴射施工，最后進行第三層噴射施工。后兩次噴射施工的厚度需要與噴射角度、方向以及速凝劑的使用等因素相結合進行控制，具體參數還應根據工程位置而定。例如，在拱部的噴射作業中，采用自上而下的施工方式，厚度控制在5～7cm；在邊墻結構的噴射作業中，厚度控制在7～10cm；底部的噴射施工也采用自上而下的方式進行，厚度控制在15～20cm。噴槍與噴射面的距離應控制在0.8～1.5m 之間，噴射間隔為20～25min，以確保各個結構層的性能滿足標準要求[4]。

2.8 養護管理

對該工程來說，養護施工的核心是預防表面過快干燥和控制收縮應力。在養護工作中，先在噴射結構表面設置測溫孔，檢測溫度參數。由于噴射厚度較小，壓力較大，速度變化相對較快，因此在養護施工中，在溫度處于相對穩定的條件下，需要加強噴水養護施工。從檢測結果來看，經過24h 之后，測溫孔的溫度達到恒定狀態，因此可以執行養護作業。在后續養護環節中，每間隔5h 進行一次噴水，養護時間超過14 天[5]。

3 公路工程聚丙烯纖維材料施工要點

在公路工程中，加強聚丙烯纖維材料施工質量控制是保證工程穩定性和耐久性的關鍵。

3.1 加強原材料和配合比控制

在選擇原材料和制訂配合比時，應嚴格遵循設計要求和相關標準，選用符合要求的聚丙烯纖維材料。聚丙烯纖維的類型、長度、直徑等參數需要符合相關標準，并根據工程需要進行適當調整。此外，聚丙烯纖維與水泥、砂子、骨料等混合材料的配合比要合理，確保混凝土的性能達到設計要求。

3.2 加強混凝土拌和控制

在施工過程中，對混凝土的拌和時間、拌和速度和拌和方式進行嚴格控制至關重要。拌和時間是混凝土拌和的一個關鍵參數，拌和時間過短可能導致混凝土中各組分無法充分混合，從而影響混凝土的均勻性和強度。相反，拌和時間過長可能會導致混凝土中的空氣含量過多，降低其密實性。因此，應根據混凝土的類型、配合比和氣溫等因素，合理確定拌和時間，確?；炷猎诎韬蜋C內達到充分混合狀態。

拌和速度的選擇直接影響混凝土中各組分的均勻性和混合效果。通常情況下，拌和速度較慢有助于減少混凝土中的空氣含量，但需要更長的拌和時間；拌和速度較快能夠更快地混合各組分，但可能引起混凝土分層和過度磨損。因此，在確定拌和速度時，應綜合考慮混凝土的配合比和拌和機的類型，以獲得最佳的混合效果。

拌和方式通常有強制拌和和重力拌和兩種。強制拌和通常適用于高強度混凝土或需要特殊配合比的混凝土；重力拌和適用于一般混凝土工程。選擇拌和方式時，要考慮混凝土的類型和工程要求，確保拌和方式與工程要求相匹配。因此，應結合工程要求選用適當的拌和方式，以確?；炷恋馁|量和性能達標。

3.3 加強噴射施工控制

在噴射施工過程中，要特別注意對噴射厚度、噴射速度和噴射壓力的控制。噴射厚度的確定應充分考慮具體的施工部位和工程要求，避免材料浪費和成本增加，同時確保工程結構的性能和耐久性達到工程要求。

噴射速度的適當調整是保證噴射施工過程穩定性和噴射均勻性的關鍵。對于不同的施工部位，可能需要不同的噴射速度。通過調整噴射速度，可以確?；炷猎谑┕み^程中均勻分布，并達到所需的密實度。施工人員應根據具體施工情況進行調整，以確保施工質量。

噴射壓力直接關系到混凝土的噴射質量。噴射壓力應根據混凝土的特性和設計要求進行精確調整。過高的噴射壓力可能導致混凝土分層和過度擠壓，從而影響施工效果；過低的噴射壓力可能導致混凝土黏性增加，難以均勻噴射。因此，施工人員應根據實際需要，將噴射壓力調整在適當范圍內，以保證施工質量和性能達標。

3.4 加強質量檢查和驗收

在施工現場，嚴格執行相關質量檢測和驗收標準是確保聚丙烯纖維混凝土工程質量的重要措施。針對聚丙烯纖維混凝土的性能指標，如抗壓強度、抗折強度、密實度等，需要進行定期抽樣檢測和試驗室測試，以驗證混凝土的質量是否符合工程要求。

第一，抗壓強度測試。通過在規定時間內對混凝土樣本進行加壓測試，評估混凝土的承載能力。

第二，抗折強度測試。通過對混凝土試件進行三點彎曲測試，評估混凝土的抗折能力。此外，需要進行密實度測試，通過測量混凝土的密度和孔隙率，評估混凝土的致密程度。在噴射施工過程中，需要觀察噴射施工過程中的噴射厚度、表面光潔度等指標，以及噴射混凝土的硬化情況。通過現場監控，及時發現施工中的問題，并采取相應的糾正措施，以確保工程質量的可控性。

第三，工程驗收。通過外觀檢查、尺寸測量、性能測試等方面對混凝土結構進行檢查，以評估混凝土結構的質量和工程效果是否符合設計要求和驗收標準。如果存在問題或不合格項，需要及時進行整改和修復，確保工程的安全性和可靠性。

4 結語

綜上所述，聚丙烯纖維材料的應用對提高公路工程的建設質量有重要作用。基于此，文章對聚丙烯纖維材料的應用要點進行了探討，為更好地保證該材料在公路工程中的應用效果，日后還需要加強對該材料應用的研究，不斷改進施工技術，以有效提高公路工程建設效果，為公路工程的高質量開展奠定基礎。