聚丙烯纤维网在大体积混凝土中的应用

【摘要】本文以聚丙烯纤维网在大体积混凝土基础中的工程使用为背景，简单分析聚丙烯纤维网在混凝土中作用机理，以及聚丙烯纤维网混凝土的抗裂防渗试验结果，从而有效的指导生产。

【关键词】大体积混凝土；聚丙烯纤维网；抗裂防渗性能；作用机理

一、工程概况

此文讨论的工程背景为一大体积混凝土基础，底边长17m、宽14.3m，台高2m，砼方量为743.3m3，设计强度等级为C40，属于大体积混凝土。大体积混凝土由于水泥水化过程中产生的水化热，浇注初期混凝土内部温度急剧上升引起混凝土膨胀变形，此时混凝土弹性模量很小，升温引起受基础约束的膨胀变形产生的抗压应力很小，但随着温度的逐渐降低、混凝土的收缩变形时弹性模量增大，降温引起受基础约束的变形产生相当大的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生裂纹，对混凝土结构产生不同程度的危害。为了极好地抑制这些危害的产生，我们在不断的改善混凝土工作性能的同时，合理地掺入聚丙烯纤维网，以提高混凝土的抗裂性能和抗渗性能来满足现场质量的控制。

二、原材料及混凝土配合比

（1）混凝土原材料。水泥：华新42.5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰；细集料：中粗砂，细度模数Mx=2.6～2.8；粗集料：石灰岩碎石，规格5mm～31.5mm；外加剂：缓凝高效减水剂。（2）混凝土配合比。大体积混凝土基础采用和易性良好的泵送混凝土施工，设计强度为C40；经特殊的生产工艺及表面处理技术的聚丙烯纤维网在混凝土中具有极佳的分散性以及与水泥基体的握裹力；且抗老化性好，化学性质稳定，只依靠改变混凝土的物理结构而改善混凝土的性能，其本身不发生任何化学反应。（3）聚丙烯纤维网（PP纤维网）。（如表3）

表1

表2主要技术指标

三、聚丙烯纤维网的作用机理

（1）施工方法。纤维网外包袋是可溶解纸质，不用开包，每袋0.9Kg。包装袋经水泥砂石搅拌后完全溶解，使用方便。拌和时将纤维网与砂石水泥直接加水搅拌，与一般搅拌过程一致，搅拌时间应适当延长1～2分钟，最终达到纤维网束被骨料冲击成不规则的单丝状即可。（2）作用机理。提高基体的抗拉强度；阻止基中原有缺陷的扩展，并延缓新裂缝的出现；提高基体的抗变形能力，并从而改善其韧性与抗冲击性等作用，混凝土中均匀而任意分布的短纤维对混凝土的增强机理不外两种解释：第一，“纤维间距机理”，根据线弹性断裂力学来说明纤维对于裂纹发生和发展的约束作用，认为在混凝土内部原来就存在缺陷，欲提高强度，必须尽可能地减少缺陷的程度，提高韧性，降低内部裂缝端部的应力集中系数；第二，“复合材料机理”，理论出发点是复合材料构成的混合原理，将纤维增强混凝土看作纤维强化体系，并运用混合原理来推定纤维混凝土的抗拉和抗弯强度，提出了纤维混凝土强度与纤维的掺入量、方向、长径比以及粘结力间的关系。根据以上两种理论纤维网在混凝土中主要作用有三种：提高混凝土的抗拉强度；阻止混凝土中微裂纹的扩展并延缓新的裂缝产生；提高混凝土的变形能力并从而改善其韧性、抗冲击性。（3）聚丙烯纤维网的主要功能。提高抗裂性能：聚丙烯纤维网在混凝土内部形成均匀的乱向支撑体系，能有效阻止混凝土内原生裂缝的产生和发展；减少裂缝的数量和尺寸；有效阻碍骨料的离析，保证泌水均匀；阻碍沉降裂缝的形成。提高抗渗性能：聚丙烯纤维网可有效抑制混凝土的早期干裂缝及沉降裂缝，尤其可有效地抑制连通裂缝的产生，大大提高混凝土的密实性；从而提高混凝土的抗渗性能；提高耐磨性能和抗冲击性能：聚丙烯纤维网能够有效的控制混凝土拌合物的泌水现象，降低水泥颗粒的离析作用，改善基体界面的粘结性能，形成更加牢固的混凝土表面。聚丙烯纤维网同时能吸收冲击能，有效减少裂缝，增强介质材料连续性，减少冲击波被阻断引起的局部应力集中现象。

四、试验研究

防裂、抗渗性能的试验研究。用相同的材料和相同的配合比配制C40的高性能混凝土，分别制备空白混凝土试块（不掺聚丙烯纤维网，只掺粉煤灰）和粉煤灰+聚丙烯纤维网试块，检测其拌合物的坍落度及坍落度损失，抗渗以及硬化后的性能，对比试验结果如表3：掺聚丙烯纤维网的混凝土比不掺聚丙烯纤维网的拌合物坍落度减小14%，同时1小时后的坍落度损失也减小；掺聚丙烯纤维网后混凝土的抗压强度有明显的提高，弹性模量有明显的提高；当水压为1.5MPa时粉煤灰+聚丙烯纤维网拌合物的渗水高度下降63.3%；当水压为2.0MPa时粉煤灰+聚丙烯纤维网拌合物的渗水高度下降87.5%。同时，表明混凝土在搅拌时不仅消除了离析现象，而且消除了与容器和工具间的粘滞的现象，泵送时不粘泵管。

表3

试验表明，掺入聚丙烯纤维网可有效的抑制混凝土的早期干缩微裂及离析微裂的产生和发展，极大地减少了混凝土的收缩裂纹，尤其有效的抑制了连通裂缝的产生。均匀分布在混凝土中彼此相粘连的大量纤维起到“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水和集料的离析，从而使混凝土中直径＞50μm的孔隙的含量大大降低，可以极大的提高抗渗能力。聚丙烯纤维网与水泥基体有极强的粘结力，可握裹更多的集料，从而更有效地起到抗裂作用，试验结果如下：以相同配合比的空白混凝土和PP网混凝土来进行抗压和抗拉强度试验，结果如表4。

表4

从上表可见，空白混凝土的抗压比下降幅度较大，而掺PP网的混凝土则下降幅度较小，其中PP网混凝土的抗压比随龄期的延长而呈小幅增长。掺入PP网混凝土内部形成三维交错支撑网络，纤维的弹性模量高于早期塑性的水泥基材，且纤维直径小，纤维间距较小，具有明显的阻裂效应，有效的抑制混凝土的塑性收缩。

综上分析，结果表明掺入聚丙烯纤维网后可提高混凝土的断裂韧性、减小收缩、提高抗裂性能和抗渗性能，能提高混凝土的韧性来抑制混凝土的裂缝产生，并使高强混凝土结构的延性有所提高；为基础的施工质量控制起到关键性的作用。

参考文献

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[2]冯承哲．聚丙烯纤维网混凝土的路用性能研究[M]．黑龙江交通科技．2009（5）

[3]张皓．陈园聚丙烯纤维网混凝土的路用性能研究[M]．北方交通．2009（1）