时间：2023-02-25 09:19:47
[关键词]聚丙烯纤维混凝土；建筑工程；应用
中图分类号：TU689 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0110-01
聚丙烯纤维混凝土作为新型的新型建筑材料，由于它具有减少和防止混凝土在塑性和初期硬化阶段的收缩裂缝产生，从而提高防渗、抗冻、抗冲磨等性能。近年来在我国的工程建筑界已经有了长足的发展。
一、聚丙烯纤维混凝土的概况
1、聚丙烯纤维混凝土含义
聚丙烯（polypropylene单体分子式为C3H6）是一种结构规整的结晶型聚合物。聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维，被称为混凝土的“次要增强筋”，乳白色、无味、无毒，耐酸碱，表面疏水，化学稳定性好；主要缺点是分散性能差、与基体间的粘结力差，经改性处理掺入混凝土中，可明显改善其韧性，有时还能改善强度指标，增强抗渗能力。聚丙烯纤维混凝土（PolypropyleneFiberConcrete，简称PPFC）是近年来迅速发展起来的一种优良且应用广泛的新型复合材料，广泛应用于水利、交通、城市建设等工程中。目前美国所用混凝土总量中，合成纤维混凝土约占7%。
2、聚丙烯纤维混凝土的工艺原理
从微观的角度来看，任何密实的混凝土都存在微裂缝。混凝土在硬化形成强度的过程中，初期由于水和水泥的反应形成结晶体，这种晶体化合物的体积比原材料的体积要小，因而引起混凝土体积的收缩；在后期又由于混凝土内自由水分的蒸发而引起干缩。这些应力某个时期超出了水泥机体的抗拉强度，于是在混凝土内部引起微裂缝。在混凝土内掺入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀；同时由于细微，故比表面积大，0.9kg聚丙烯纤维分布在1m3的混凝土中，则可使每立方米混凝土中就有2000～3000万根纤维不定向分布在其中，故能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。当微裂缝在细裂缝发展的过程中，必然碰到多条不同向的微纤维，由于遭到纤维的阻挡，消耗了能量，难以进一步发展。因此，聚丙烯纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂的产生和发展，极大地减少了混凝土收缩裂缝。从宏观上解释，就是微纤维分散了混凝土的定向拉应力，从而达到抗裂的效果。聚丙烯纤维可以大大增强混凝土的抗裂、抗渗能力，作为混凝土刚体自防水的效果显著，可以有效地解决混凝土渗裂问题的困扰，延长使用寿命。
二、聚丙烯纤维混凝土在建筑工程的应用
1、工程概况
某城市商业大楼占地面积6000O左右，其中地下11000O，地上5000O，结构形式为框架剪力墙结构。地下商场按设计要求，商场大厅、出入口以及一些上部有覆土要求的结构构件，不得漏水、渗水和出现大的裂缝的要求。本工程对这些有特殊要求的构件在混凝土中掺入聚丙烯纤维材料，使其达到设计的要求。
2、聚丙烯混凝土施工技术要点
（1）聚丙烯混凝土原材料要求：
①水泥：在满足混凝土强度的前提下，尽量采用低标号、低细度、少用量；对于控制混凝土的收缩、减小水化热具有很大的作用；水泥中C3A（铝酸三钙）含量小于8%；水泥细度宜小于3500cm2/g；水泥中游离氧化钙、氧化镁和三氧化硫应尽可能的少；水泥的碱含量（Na2O+0.658K2O）小于0.6%；；最小水泥用量不得小于300kg/m3，加入活性掺合料时，可适当降低。混凝土的胶凝材料总量小于550kg/m3。
②粉煤灰：应选用Ⅱ级以上粉煤灰，烧失量小于3%，三氧化硫含量小于3%，需水量比小于100%；粉煤灰掺量为20%胶结材料总量。
③细骨料：选用含泥量小于1.5%的级配良好的中砂（河砂或人工砂），细度模数不宜小于2.6，同时应满足《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52-92）。
④粗骨料：控制含泥量小于0.7%，且应进行级配优化，选择最佳级配，堆积密度应大于1500kg/m3，对致密石子如石灰岩应大于1600kg/m3。骨料粒径越大，纤维越容易受骨料排挤压迫，单位体积内纤维含量增加，纤维容易互相纠结成球，纤维球又会造成骨料间分离。为了避免上述情形发生，必须选用粒径较小的骨料。因此，粗骨料粒径应≤20mm。
⑤外加剂：外加剂选择与使用应满足《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）。选择各类外加剂时，应考虑外加剂对混凝土后期收缩的影响，尽量选择后期收缩小的外加剂。
⑥水灰比：水灰（胶）比应适中。满足混凝土和易性前提下，综合考虑掺合料及外加剂等其他因素后，水灰（胶）比及用水量应取小值，混凝土水胶比控制在0.45以下。
⑦拌制水：用于拌制混凝土的水，其质量应符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63-89）。
⑧混凝土避免使用碱活性骨料，当使用碱活性骨料时，混凝土各组份（含外加剂）中的含碱量（Na2O+0.658K2O）不宜大于3kg/m3。混凝土各组份（含外加剂）中的氯离子含量小于水泥重量的0.06%。
（2）聚丙烯混凝土施工。
①由于本工程对聚丙烯纤维混凝土质量要求很高，浇筑量大，且要保证连续浇注，因此选择离施工现场近、交通便利、质量稳定的商品混凝土搅拌供。
②本工程聚丙烯纤维混凝土要求最大泵送长度80m，将采用HBT100高压混凝土泵，其最大泵送混凝土压力可达到16MPa，最大理论输送距离垂直350m、水平1500mm。开始泵送时，混凝土处于慢速、匀速并随时可反泵的状态。泵送速度，先慢后快，逐步加速。同时，观察混凝土泵的压力和各系统的工作情况，待各系统运转顺利后，方可以正常速度进行泵送。
③泵送前，应先用适量的与混凝土内成分相同的水泥砂浆输送管内壁。预计泵送间歇时间超过45min或混凝土出现离析现象时，应立即用压力水或其他方法冲洗管内残留的混凝土。
④从构件底部开始浇筑，浇筑前须先清理模板内垃圾，保持模内清洁、无积水。混凝土浇筑时，振捣的方法应能充满模板，达到流平、密实的程度，减少表面气泡。
⑤混凝土振点应从中间开始向边缘分布，且布棒均匀，层层搭扣，并应随浇筑连续进行。振捣棒的插入深度要大于浇筑层厚度，插入下层混凝土中50-100mm，使浇筑的混凝土形成均匀密实的结构。
⑥聚丙烯纤维混凝土下料不宜太快，一般将混凝土摊铺高出20mm-40mm后，用插入式振动器振捣后，再用平板振动器振动、抢平。
⑦一般采用一刮、二滚、三纵、四抹的方法，确保混凝土平整度。振动棒的操作要做到“快插慢拔”，以便更有效的排出混凝土中的气体，使之更加密实；振动棒插点应均匀有序，插点间距宜为500mm左右，每点振捣时间宜为5s-15s左右，以混凝土面不再下降，表面出现浮浆为止。在柱、梁与板变截面结构宜分层浇筑。
⑧在纤维混凝土初凝前，必须对混凝土进行二次振捣，并对纤维混凝土表面拍打振实。收浆在聚丙烯纤维混凝土刚初凝开始，并在终凝前完成。
（3）聚丙烯混凝土的养护。在施工过程中，应根据当时天气的冷热状况，风力大小等具体情况进行收浆，收浆过早或过晚，都有可能影响平整度或出现早期裂缝等。最后一次抹面应在刚初凝，并在终凝前完成，目的是将表面裂纹全部消除。混凝土凝固前应保持表面湿润状态，防止水分蒸发。在终凝后立即用塑料薄膜覆盖养护。纤维混凝土浇水养护的时间不得少于14d，施工放样后，也必须立即浇水并覆盖养护。
3、施工效果
经上述施工后，现场检查地下商场大厅、出入口结构梁板均未出现较大面积裂缝，混凝土试块按标准养护28d送检强度全部合格，实践证明纤维混凝土具有抗裂性好、弯曲韧性优良、抗冲击性能强的特性。
三、结束语
目前，在国内许多大型的混凝土工程中，为提高混凝土的抗裂性能都采用聚丙烯纤维混凝土。混凝土硬脆性能的缺陷，促成纤维在建筑混凝土的进一步应用，以此来改善工程的品质，增长建筑物的使用寿命。由此可见，随着技术的发展，聚丙烯纤维混凝土将作为今后混凝土的一个发展方向，有广泛的应用前景。
参考文献：
关键词: 聚丙烯纤维; 混凝土；室内设计
Abstract: through the laboratory test analysis of polypropylene fiber materials physics properties, characteristics and polypropylene fiber reinforced material the mechanism of the concrete. Intuitive clarified polypropylene fiber concrete in endurance and physical and mechanical performance improvement and engineering application. This paper through the polypropylene fiber reinforced concrete of the indoor test, for polypropylene fiber reinforced concrete proportion design provides new ideas and theoretical basis.
Keywords: polypropylene fiber; Concrete; Interior design
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：
水泥基混凝土材料具有施工简单、制备容易、成本低廉、能耗低、取材方便等优点，但是由于本身一些性质限制，和自身存在的缺点，很多时候都限制了其在工程中的应用。聚丙烯纤维作为合成纤维，其具有耐化学腐蚀性强、密度小、不吸水、耐久性高、加工性好、延伸率大、质轻、价格低廉等特性。近年来，作为混凝土的添加材料受到了越来越多的人的重视，引来了无数专家学者的关注。本文旨在从室内设计试验的角度，浅析掺入聚丙烯纤维的混凝土的特质特性。
一、 掺入聚丙烯纤维混凝土特性
1. 1 疲劳性能及物理力学性能
聚丙烯纤维在混凝土中的存在能够极大程度的加强混凝土的柔韧性及抗冲击性，从而使混凝土更加坚固，增强其抗破碎性，这在工程安全性上具有重大意义。根据试验表明，掺入聚丙烯纤维的混凝土比普通混凝土的抗冲击能力高近一倍，韧性提高百分之三十八。当聚丙烯纤维与混凝土掺和度在一定范围内时，其对静立谭星模量的影响几乎可以忽略不计，这个范围大概是在0. 5 %≤ρf≤1 %范围内。 但是抗疲劳性能会随着掺入聚丙烯纤维的增多而增大，这说明对动力荷载作用下的结构物，聚丙烯纤维能发挥的效果更大。
1. 2 抗渗透性能
聚丙烯纤维与混凝土的结合，能够有效的降低混凝土中水分的迁移性，减少混凝土的塑性收缩，从而使聚丙烯纤维混凝土的龟裂效果比普通混凝土高90%到100%。混凝土的龟裂效果比普通混凝土高出90%～100 %。聚丙烯纤维是一种惰性材料，其具有不吸水，抗酸碱等特性，在与混凝土结合后，不会使远混凝土的性质发生改变，还能加强混凝土的稳定性，具备一定的抗酸碱性和耐腐蚀性。根据室内试验，我们发现在混凝土中掺入聚丙烯纤维能够有效的增强混凝土的抗渗性能，并且掺入的聚丙烯纤维量越多效果越明显。聚丙烯纤维的掺入，使混凝土的防渗水性、防潮湿性和对有害物质（酸碱腐蚀）的抵抗作用有了显著的提高。
1. 3 抗冻融性能
抗冻融性能是混凝土耐久性的保障和象征，在某些寒冷区域更是必须要慎之又慎的去考虑的问题。在室内试验中，我们采用掺入了小量的聚丙烯纤维混凝土进行抗冻实验，25次以后并无分层与明显的龟裂现象。这对于传统的混凝土结构来说是不可能的。但是经过试验我们发现，聚丙烯纤维的添加对混凝土产生了轻微的加筋作用，减少了温度变化对混凝土内部结构的应力作用，从而阻止了由于温度变化产生的裂缝生成。而且在试验过程中我们也发现，聚丙烯纤维对混凝土的抗渗能力也有显著提高，这也是提高混凝土抗冻融性能提高的原因之一。
二、 聚丙烯纤维工程应用
2. 1 混凝土路面工程
在飞机和高速公路使用聚丙烯纤维混凝土材料，可以有效的控制龟裂产生，增加使用寿命，减少资源浪费。在室内试验中证明，聚丙烯纤维混凝土和传统混凝土的抗冲击性和抗磨损性相比提高了近一倍，而抗疲劳性能提高了近三倍。在路面工程中，材料要经受自然环境的挑战，在传统材料最为惧怕的酸碱腐蚀中，聚丙烯纤维混凝土依然保持着让人刮目相看的高性能。
2. 2 水工建筑物
现代水利工程对材料的要求是，要具有良好的防渗、抗漏、耐磨、韧性高等。传统混凝土材料在实际工作中其实并不能达到水工建筑的要求，所以维护费用高昂。根据室内试验结果表明，聚丙烯纤维混凝土材料能够显著的改善水工混凝土的上述性能。并且在现代水工建筑工程中，聚丙烯纤维混凝土已然受到了多方重视。著名的三峡工程中，为了解决夏季施工中混凝土面龟裂的情况，在混凝土中掺入了大约0.1%的聚丙烯纤维，经过比较这种新型混凝土添加物能有效的改善传统水工混凝土在工程中的不足之处。其中最为突出的性能改变就是混凝土的早起强度和抗冲磨性能，几近分别提高了20%。
2. 3 工业与民用建筑
工业与民用建筑中常用的预制构件、预制管道等采用聚丙烯纤维混凝土预制构件、预制管道后，明显的提高了其坚固性能。在这类工程中，运输和安装的过程，因为抗震和抗破能力不高而造成的损失巨大，在加入聚丙烯纤维混凝土后，提高了抗震抗破能力，减少的损失要比加入这种纤维材料的费用高得多。不难看出，在工业与民用建筑工程中加入聚丙烯纤维材料添加的混凝土，不但能够加强工程质量和安全性，也具有极大的经济意义。在室内试验中，我们发现聚丙烯纤维混凝土在这类工程中，对抗震抗破能力的提高通常在12%到15%之间，在购置纤维的费用增加与使用传统混凝土材料而增加的维护费用之间，购置纤维的费用明显要比维护费用实惠。大量工程实践证明，混凝土中掺加聚丙烯纤维能大大提高混凝土的抗裂、抗渗、抗腐蚀等性能，提高混凝土的韧性和使用寿命，具有良好的经济效益和社会效益，值得广泛推广.
三、 聚丙烯纤维混凝土应用过程中的问题
1）由于聚丙烯纤维是一种纤维物质，在掺入混凝土中时会吸附一定量的水粉，这会导致混凝土坍落度降低。在室内试验中发现在同样的掺入量条件下，纤维的细度越大，弹落度的损失越大，那么我们在调整纤维细度的时候必须要同时考虑到工程水量和减水剂用量问题。
2） 聚丙烯纤维工作温度在零下二十五摄氏度以上，常年处于正常工作温度以下会导致聚丙烯纤维材料失去原本性能，所以在施工过程中要主要工程所在地点常年温度，来确定是否适合使用聚丙烯纤维混凝土。
3）在选择聚丙烯纤维时，必须要全面考虑使用纤维的物理学特性、化学特性、亲水性、酸碱抗性等条件，以便于正确选择纤维，避免影响混凝土品质。
参考文献：
【1】鞠丽英,张雄. 聚丙烯纤维混凝土的性能及应用[J] .合成纤维工业,2004 (1):35-37.
【2】李卫东. 聚丙烯纤维混凝土的性能试验研究[J].国外建材科技,2004 (3):18-19.
【3】龚益,沈荣熹,李清海.杜拉纤维在土建工程中的应用[M].北京:机械工业出版社，2002.
1聚丙烯纤维性能分析
1.1杜拉聚丙烯纤维混凝土的物化性能
根据国内一些实验室以往的实验证明，用聚丙烯纤维来控制混凝土裂缝，其性能主要与其在混凝土的体积率有关，当体积率达到0.1%时，混凝土收缩值大幅降低，当聚丙烯纤维体积达到0.3%以上便会产生许多不可见的裂纹体系。与不参聚丙烯纤维的情况相比，裂缝宽度大大减小，阻裂能力可以提高一个数量级。聚丙烯纤维含量0.8kgm3的混凝土抗渗标号从素混凝土的W10提高到W14。聚丙烯纤维混凝土抗渗性好对防止和延缓渗水、潮湿气体和氯化物等有害介质对混凝土的侵蚀和对受力钢筋的锈蚀起了良好作用，可延长建筑物的使用寿命。南京水科院对C25混凝土，按快冻法进行试验结果表明，普通混凝土抗冻标号为100，而纤维掺量大于或等于0.9kgm3的，抗冻指标都大于150。冻融循环试验后，通常混凝土失重较小，而相对动弹性模数下降较多，说明混凝土冻融破坏主要是混凝土内部产生微裂缝造成，而掺入聚丙烯纤维有助于抑制和减少微裂缝的产生和发展，从而提高了混凝土的抗冻性，可见聚丙烯纤维在提高混凝土的抗冻性上作用十分显著。纤维掺量应该视使用目的而定，同时考虑混凝土的具体配比、集料和其它外加剂的具体情况而定。目前多数厂家建议的掺量数据，多来自于理论界对纤维体积掺量0.05%和0.1%的试验结论数据。不同制成材料的纤维由于其比重不一，按照体积掺量计算，折算为纤维重量掺量当然就不一样。杜拉纤维在国内一千多个各种实际工程的应用过程中，针对不同的要求，经历过每立方米混凝土砂浆掺加0.5、0.67、0.7、0.8、0.9、1.0、1.3、1.36、1.5kg不等的情况，均属于低掺量，都得了良好的工程效果，掺量在0.7~0.9kgm3时，已经能够满足设计的一般要求了。一般来说，对抗裂、抗渗、耐磨要求高的部位，掺量相对高一些；对使用特细砂地区的掺量相对高一些；有特殊要求的工程部位和用途要有特殊的配比。高掺量除特殊用途之外，在一般工程应用中不一定适用。
1.2纤维混凝土的应用
经过多年的推广，聚丙烯抗裂纤维———杜拉纤维（Durafibe）r已经在全国20多个省、市、自治区的一千多个各类工程中得到了成功的大面积应用。主要用在道路、桥梁、机场、地铁、工业及民用建筑、水利工程以及预制构件、保温材料、干粉砂浆等各个方面。如高速公路收费站特殊路段；软基层路面；大型桥梁、立交桥、高架路的铺装层；桥梁修护；公路修补；建筑物的地下室底板、侧墙、挡土墙；露天及室内停车场、车道；飞机场停机坪、机库；上人屋面、天面；楼板、楼梯板；转换层大梁、超大型梁和柱、直线加速器防辐墙、油库底座、溢洪道闸墩、石化焦炭塔框架、风力发电风塔基座等大体积混凝土；高强混凝土钢管混凝土柱；薄壁结构；设备基座；游泳池、储水池、化污池；排污管道、通信电缆管道；网球场、篮球场；大型垃圾堆放池；核废料填埋、核废料储存容器；住宅小区道路；工业及民用建筑的内外墙抹灰；室内装修；水渠、泄洪洞等冲磨混凝土；水利堤围；地铁、轻轨地下基础；隧道；涵洞、护坡；厂房、桥梁加固和修复等。其中不乏许多重要的大型工程和具有典型意义的工程，如深圳市民中心、深圳会展中心、深圳地铁、深圳游泳跳水馆、重庆朝天门广场、重庆渝海地王广场、重庆世贸中心、重庆机场、重庆渝澳大桥、重庆黄花园大桥、重庆石板坡大桥、广州新机场、广州地铁、广州新中国大厦、广州名汇商城、广州正佳广场、京珠高速、湖北出版文化城、北京蓝海洋水上世界、南阳回龙蓄能电站、乌海灌渠等等，积累了大量的工程经验。自1999年防水专家将以杜拉纤维为代表的聚丙烯纤维写入《深圳建筑防水构造图集》之后，广州、北京等地依据大量的工程实践数据和专家论证，在轻板墙体工程、保温工程方面采纳了杜拉纤维规格、掺量和做法，将聚丙烯纤维的使用纳入了地方技术规程。之后继续扩大的工程实践，以及其它许多品牌工程用纤维的大量推广和应用，为我国合成纤维混凝土开拓了一个良好的发展势头。
2聚丙烯纤维在防渗面板中的应用和施工
2.1设计指标1）纤维材质：进口无毒单丝聚丙烯纤维，纤维抗拉强度不得低于250MPa，弹性模量3500MPa，拉伸极限15%，熔点不低于180℃，燃点不低于580℃，含湿量不大于0.1%，纤维规格为34英寸（约19mm），在混凝土中的分散性良好，分散性试验相对误差不大于5%，掺量为0.9kgm3。2）混凝土水灰比：0.40～0.5。3）混凝土含气量：4%～6%。4）坍落度：采用商品砼，出机口为12~14cm，仓面为5～7cm，可根据气候作适当调整。
2.2施工工艺在施工工艺方面，按照普通混凝土施工技术要求进行施工。掺入聚丙烯纤维施工极为方便，对混凝土拌合及施工工艺没有特别要求，无须改变原设计混凝土的配比。由于聚丙烯纤维在混凝土当中的作用以物理方式体现的，本身不与混合料及外加剂产生化学方应，所以在混凝土拌合时添加如引气、减水等外加剂时并不对纤维增强混凝土构成材料性质产生影响。聚丙烯纤维要在加入干料（砂石、水泥等）之后，加水之前投入。添加聚丙烯纤维后的混凝土需要保证一定的拌合时间，拌和时间以纤维能在混凝土中均匀分布为准。聚丙烯纤维总表面积很大，它的表面要吸附水，因此聚丙烯纤维的加入会增加拌合料的的粘稠度，降低坍落度。在现场施工时，为保证纤维在混凝土中均匀分布，拌合时间较一般混凝土的拌合时间（60s）延长了30s左右。在混凝土浇筑质量方面，尽管添加了聚丙烯纤维作为增强材料，仍按照有关规程规范对防渗面板进行分层分块浇筑，避免大体积混凝土内部温升过高而产生过大的塑性收缩变形。
结束语
关键词：聚丙烯纤维 混凝土桥面铺装混凝土
Abstract: using the technical characteristics of polypropylene fiber concrete, restrain the bridge deck pavement concrete half range due to construction impact load and of generation gap, and how to control in the construction of polypropylene fiber concrete this technology, makes the bridge deck pavement concrete half range construction possible and bring considerable economic benefit.
Keywords: polypropylene fiber concrete bridge deck pavement concrete
中图分类号：TQ342+.62 文献标识码：A文章编号：
由于近几年超载运输车辆的破坏，桥面铺装混凝土出现大面积破损即混凝土脱落、漏筋等病害，对桥梁的安全通行造成了极大隐患。再进行桥面铺装混凝土维修时按施工技术规范要求必须全幅浇筑混凝土，也就是说在维修桥面铺装病害时需封闭交通开通便道,而开通开通便道的费用远远大于维修桥面铺装混凝土施工成本。在桥梁上进行半幅施工时无需开通便道,但由于受另半幅通行车辆冲击荷载的传递影响必然会在混凝土早期形成强度时产生冲击裂缝，影响混凝土的使用。如果引用聚丙烯纤维混凝土新技术能够抵制这种冲击裂缝的产生将带来非常可观的经济效益。
聚丙烯纤维是一种新型的混凝土纤维，被建筑工程界称为混凝土的“次要增强筋”，它是一种特殊工艺进行纺丝、切断、亲水处理后生产的高强度束状单丝纤维，实验表明每立方米混凝土中掺入1.0kg的聚丙烯纤维就能达到每立方厘米混凝土内纤维丝20多条，由于聚丙烯纤维同水泥基体有紧密的结合力，能在混凝土中形成一种均匀的乱向支撑体系，当混凝土受冲击荷载作用时，纤维起到了阻止混凝土裂缝的扩散与发展的作用，从而大大改善了混凝土的整体性能，使混凝土的抗冲击防裂性能有了很大的提高。
另外从混凝土的抗裂性能机理上分析，混凝土的塑性开裂主要发生在混凝土硬化前，特别是在混凝土浇筑后4-5H内，此阶段由于水分的蒸发和转移，混凝土内部的抗拉应变能力低于塑性收缩产生的应变，因而引起混凝土内部塑性裂缝，掺入聚丙烯纤维后，由于其分布均匀，起到类似筛网的作用，减缓了由于粗粒料的快速失水所产生的裂缝同时在混凝土开裂后纤维的抗拉作用阻止了裂缝的进一步发展。
京沈线K388+145处宋杖子大桥，全长123.23米、宽度组合为2×0.5+1×11、跨径为9×13米、斜40°，桥面铺装混凝土及伸缩缝出现了大面积破损即混凝土脱落、漏筋等病害。经设计需对全桥进行桥面铺装混凝土凿除，浇筑新的桥面铺装混凝土。维修时按正常的施工方案需开通将近3KM的便道供车辆临时通行，所需资金大约50万元且给当地的环境及农作物造成一定的影响，同时极大的增加了便道的后期维护及外部施工环境所带来的压力。针对这种状况我们采用了在桥面铺装混凝土中掺加聚丙烯纤维这一技术来抑制抗冲击裂缝的形成和发展，使半幅施工时也能满足施工技术规范要求，从而达到桥面铺装混凝土的使用效果。在施工时控制好如下几点：
一、 材料的质量控制
质量差的纤维，不但不会对混凝土增强、增韧，反而会有负面影响。有人认为质量差的产品可以通过增加掺量来弥补效用，质量差的产品加大掺量反而会因结团、空洞造成严重质量问题，根本不能用，所以在购置聚丙烯纤维时经实验合格后方可购买。混凝土中的碎石、中（粗）砂、水泥等材料均按相关实验规程检测合格后方可使用，以确保聚丙烯纤维混凝土的内在质量，使其在混凝土中形成均匀的乱向支撑体系，达到抑制由于半幅施工时冲击荷载的作用而产生的裂缝。
二、聚丙烯纤纤掺量的控制
聚丙烯纤维在混凝土中掺量控制是影响混凝土质量的关键。为了取得良好的效果聚丙烯纤维掺量易控制在0.5-1.0kg/M3范围内。首先进行半幅浇筑桥面铺装混凝土时，由于冲击荷载相对于另半幅要小（桥面铺装钢筋还没有发辉作用），主要是抑制混凝土自身缺陷而引起的裂缝，所以聚丙烯纤维掺量控制在0.5-0.8kg/M3。待养生达到设计强度后进行另半幅桥面铺装混凝土浇筑时，由于桥面铺装钢筋已形成整体受力效果，受已通车半幅桥面铺装混凝土的传递荷载影响（冲击荷载相对于已浇筑完的半幅大），聚丙烯纤维掺量控制在0.9-1.0kg/M3。另外聚丙烯纤维混凝土要正常养生，不能认为添加了纤维就不会有裂缝而忽视正常养生，这一点非常重要。
三、聚丙烯纤维混凝土搅拌时的控制
聚丙烯纤维混凝土搅拌时必须用强制式搅拌机，在搅拌时按干拌和湿拌操作程序进行。干拌时投料顺序为：碎石―水泥―纤维―中（粗）砂，搅拌时间控制在3min；然后加水进行湿拌不得少于5min，以增加聚丙烯纤维在混凝土中的均匀性和亲水性。
经济效益分析：以宋杖子桥为例桥面铺装混凝土为135m3，需掺加聚丙烯纤维135kg,而掺加聚丙烯纤维每kg的施工成本费为50元（不含混凝土的施工成本）来计算总费用为6750元与其开通便道费用相比，可带来直接经济效益约49万元，大大降低了维修费用。
通过实例在混凝土中添加适量聚丙烯纤维是克服抗冲击开裂的有效的途径，纤维在混凝土中形成的乱向支撑体系会产生一种有效的二级加强效果，能较大幅度提高混凝土初期形成强度中由外部冲击荷载所带来的裂缝。其实质是最大可能地降低了混凝土的脆性，从而解决了由于混凝土自身脆性引起容易开裂的问题，对改善混凝土内部起到了重要作用，这种作用不同于一般的加筋配筋，而是一种从根本上对混凝土自身缺陷的改善。
针对以上聚丙烯纤维混凝土的技术特性和施工操作，使半幅施工成为可能且省去开通便道的费用及各种不利因素的影响。这一技术革新为我地区维修桥面铺装混凝土病害开辟了新的途径，具有十分现实的推广意义。
关键词：材料纤维混凝土 防裂防渗
中图分类号：F406文献标识码： A 文章编号：
一、聚丙烯纤维材料介绍
聚丙烯纤维于1960年由意大利蒙特卡蒂尼公司首先实现工业化生产，80年代中期，聚丙烯纤维年产量已超过1Mt，有40多个国家生产。聚丙烯纤维是一种乳白色、无味、无毒的热塑性塑料，化学性质稳定。主要通过改变混凝土的物理力学性能来达到改变混凝土内部结构的效果。聚丙烯纤维本身与混凝土骨料、水泥、外加剂不会发生任何冲突，与混凝土有良好的亲和性，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，而且它在混凝土中的分布极其均匀，在电子显微镜下观察，每立方厘米混凝土内的纤维丝可达到上亿根。由于聚丙烯纤维同水泥基体有紧密的结合力，能在混凝土中形成一种均匀的乱向支持体系，所以它掺入混凝土能产生有效的三维加强效果，就像在混凝土中加入了大量的微小细筋，同时它的效果又远远比加强钢筋的效果明显。聚丙烯纤维在混凝土中的乱向分布有助于减弱混凝土的塑性收缩，它使收缩能量被分散到混凝土中具有高强度低弹性模量的纤维上，使纤维吸收部分能量，从而极大地提高了混凝土的韧性，抑制了微细裂缝的产生和发展。同时，由无数根纤维在混凝土内部形成的支撑体系，可以有效地防止混凝土骨料的离析，保证混凝土早期泌水性的均匀，从而防止了沉降裂纹的形成。工程实践也表明，加入聚丙烯纤维，是控制混凝土塑性收缩、干裂等非结构性裂缝的有效手段。
二、 聚丙烯纤维的物理性能
聚丙烯纤维的物理性能如下：
三、聚丙烯纤维掺入混凝土中的作用效果
随着我国城市建设的高速发展，建筑技术的不断革新，现代高新混凝土工程中，向着高强度、大流动度方向发展。随着混凝土强度的提高，水泥的用量不断增加，由此带来的副作用是水化热加剧，混凝土的凝固收缩量加大，收缩应力增大，裂缝数量增多。污水处理工程属于形状复杂、大体积、大面积、靠自身防水的混凝土工程，混凝土内的应力大而复杂，因裂缝裂缝的出现造成水池渗漏亦较以往更高。因此，从混凝土防水要求的角度看，除了注重混凝土抗渗性外，更应重视由于混凝土抗裂性不足而引起的渗漏，特别是高标号的混凝土。掺入聚丙烯纤维的混凝土有以下几种改观：
1、提高混凝土抗裂性能当混凝土到初凝时间时，混凝土会产生体积收缩，这时混凝土本身没有足够的强度以抵抗收缩应力，因而引起混凝土内部塑性裂缝的产生。在混凝土内掺入聚丙烯纤维，促使聚丙烯纤维与水泥集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀；同时由于细微，故比表面积大，0.9kg聚丙烯纤维分布在1m3的混凝土中，则可使每立方米混凝土中就有上亿根纤维不定向分布在其中，故能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。当微裂缝在细裂缝发展的过程中，必然碰到多条不同向的微纤维，由于遭到纤维的阻挡，受到了极大的限制，难以进一步发展。因此，聚丙烯纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂的产生和发展，极大地减少了混凝土收缩裂缝。从宏观上解释，就是微纤维分散了混凝土的定向拉应力，从而达到抗裂的效果；另一种认识是聚丙烯纤维的变形模量虽然较低，但却与混凝土在早期硬化阶段时的变形模量相当，因而可以有效地抑制开裂。对板式结构防止裂缝过去一般是采用钢筋网，聚丙烯纤维的广泛应用已在一定程度上替代了这种传统作法。圣荷西大学的一项对比试验表明，采用聚丙烯纤维含量为0.68 kg/m3 的混凝土比素混凝土减少裂缝71.5 %， 而设置钢筋网的混凝土仅减少6.5 % ；美国Pardon 与Zollo 等人分析了混凝土塑性收缩的性质，用模拟体积变化的平面试样代替ASTM 沿用的只能反映线收缩的试样来做试验。加入体积含量0.1 % 聚丙烯纤维的混凝土，比对照试样裂缝减少82 %。大量的工程实践也都证明，聚丙烯纤维的使用对减少混凝土塑性收缩和防止开裂作用十分明显。因此聚丙烯纤维可以大大增强混凝土的抗裂能力，作为混凝土刚体自防水的效果显著，可以有效地解决混凝土渗裂问题的困扰。
2、提高混凝土的抗渗性。掺入聚丙烯纤维的混凝土可大幅度提高混凝土的抗渗性，这主要是由于聚丙烯纤维在混凝土中呈现三维乱向分布, 抑制了早期干缩裂缝及离析裂缝的产生和发展，且彼此相粘连的大量纤维起了“ 承托”骨料的作用, 阻断了混凝土中的毛细管, 使水分迁移困难, 减少了混凝土表面析水与集料离析, 从而使混凝土中的孔隙率降低, 大大提高了抗渗能力。从而显著减少了初始裂缝的数量，有效地抑制了裂缝的宽度和长度，从而大大降低了生成连通裂缝的可能性。圣荷西大学的试验表明含量0.5 kg/m3 的聚丙烯纤维混凝土渗水性减少33 %～44 %， 而含量1 kg/ m3 的聚丙烯纤维混凝土则可减少79 %。
3、提高混凝土的抗冲击性污水处理工程部分为快速流动水源，长时间对池壁进行着冲刷、磨损，为增强这些部位的混凝土抗冲刷、磨损能力， 以往的处理措施是采用高强度混凝土、加大池体厚度、毛石混凝土浇筑等。不但工程造价高，而且施工过程中操作不便，而利用掺入聚丙烯纤维混凝土良好的抗冲磨性能用于上述工程部位是合理的选择，而且不必提高混凝土标号。聚丙烯纤维虽然刚度较低，传递荷载的能力差，但它可以有效地减小裂缝尺度，增强混凝土基材间的连续性，有效减小水流冲击时被阻断引起的应力集中现象。而且纤维与水泥基料有极强的结合力，纤维能迅速地和混凝土均匀混合，形成三维不定向支撑体系，所以，当混凝土承受拉力和冲击时，均匀分布且数量众多的纤维会起到吸收能量和分担应力的加强筋作用。试验证明，由于聚丙烯纤维的掺入，当混凝土受冲击荷载作用时，纤维起到了阻止混凝土中裂缝扩散与发展的作用，从而改善了混凝土的整体性能，使混凝土的抗疲劳性有很大增强。
【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
[1]韦志鹏，段振东，虞凌超．聚丙烯纤维网混凝土桥面铺装的性能研究[M]．中国新技术新产品．2010（9）
[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）
关键词：聚丙烯纤维；砂浆；裂缝；混凝土
1前言
混凝土由于其抗压强度高，材料来源广泛、价格便宜、易浇筑成型等优点，被广泛应用于房屋建筑工程、道路桥梁工程、码头水利工程及水泥制品。但是在混凝土结构中存在一个相当普遍并且严重的问题就是结构物的开裂。裂缝严重影响了混凝土的耐久性，成了长期困扰工程界的一大问题。
混凝土产生裂缝的原因有多种，尤以塑性收缩变形引起的裂缝最多。塑性收缩大小约为水泥绝对体积的1%。产生原因一是由于混凝土此时出现泌水和水分急剧蒸发，引起失水收缩；二是由于泌水和混凝土内不同颗粒的不均匀沉降，使混凝土与钢筋之间、骨料与胶结材料之间发生不均匀沉缩变形。混凝土表面在材料硬化前失水收缩引起拉应力，内部的变形由于骨料和钢筋的约束也会产生拉应力，同时混凝土的早期抗拉强度达不到混凝土收缩所产生的应力，因而出现不可恢复的塑性收缩裂缝。研究砂浆的早期抗裂性能对于研究混凝土的抗裂有重要的意义。实践证明，聚丙烯纤维的掺入，有利于减少混凝土以及砂浆的早期塑性裂缝。
2试验研究方法
2.1 试件尺寸
为使试验结果具有可比性，聚丙烯纤维砂浆塑性收缩性试验方法参照美国Wilrick工程[1]与检测公司和广州市住宅建设发展有限公司的试验方法[2]。
试件尺寸为450mm×300mm×20mm。
2.2试验方法
在砂浆中分别掺入聚丙烯纤维的长度为3mm、6mm、10mm、15mm的四种、每种纤维掺量为0.5 kg/m3和1kg/m3、以及不掺纤维的基准试件。为了让砂浆尽快失水产生裂缝，每个试件浇注完毕，将试件移至室外暴露24h，室外相对湿度46％，温度为23℃。
试验过程中，连续观察裂缝开展情况，每条裂缝自出现时起间隔1h、2h、24h测试其宽度和长度。裂缝以肉眼可见缝为准。用钢尺测量长度，近似取裂缝两端直线距离为裂缝长度，当裂缝出现明显的弯折时，以折线长度之和代表裂缝长度。用读数显微镜分度值为0.005mm）观测裂缝的宽度，取裂缝中点附近的宽度代表裂缝的最大宽度。
2.3试验用材料
水泥：选用祁连山牌32.5 P•O，其各项力学性能符合标准要求；
砂：选用连续级配中砂,细度模数2. 80；
聚丙烯纤维：武汉天汇纤维材料有限公司生产的纤维,其性能指标见表1。
表1聚丙烯纤维的物理性能指标
项目 密度
kg/m3 ） 抗拉强度
MPa） 纤维长度
mm） 纤维直径
旦尼尔） 弹性模量
MPa） 极限延伸率％） 泊松比
℃）
指标值 0.91 560～700 4～50 15±2
g/9 000 m） 3 500 8 0.29～0.46
2.4砂浆配比（见表2）
表2砂浆类型及配比
序号 纤维混凝土类型 纤维长度
mm） 纤维用量
kg/m3 ） 水泥：砂子 水灰比
1 0/0 基准） － － 1：3 0.5
2 3/0.5 3 0.5
3 3/1.0 1.0
4 6/0.5 6 0.5
5 6/1.0 1.0
6 10/0.5 10 0.5
7 10/1.0 1.0
8 15/0.5 15 0.5
9 15/1.0 1.0
3试验结果及分析
3.1试验结果
试件暴露24h后，试验结果列于表3：
表3聚丙烯纤维砂浆塑性收缩性试验
试验号 纤维质量掺量
kg/m3 纤维长度
mm 裂缝宽度
mm 裂缝长度
mm 裂缝面积
mm2
1
―
1.6 400
1019
1.3 250
0.5 108
2
0.5
3 1.1 250
602
0.9 290
0.6 110
3
1
3 0.8 220
395
0.6 250
0.2 345
4
0.5
6 1.0 290
563
0.9 245
0.4 130
5
1
6 0.6 240
348
0.5 120
0.3 480
6
0.5
10 0.5 390
273
0.3 170
0.2 135
7 1 10 0.3 240 76
0.1 40
8 0.5 15 0.9 200 200
0.5 40
9 1 15 0.05 250 13
3.2结果分析
结果分析下图1图2及表4：
图1
图2
表4聚丙烯纤维抑制砂浆塑性收缩的效果
裂缝面积降低百分比/% 3mm 6mm 10mm 15mm
0.5kg/m3 40.9% 44.7% 73.2% 80.4%
1.0kg/m3 61.2% 65.8% 92.5% 98.7%
由图1图2可知，当纤维掺量不变的情况下，随着纤维长度的增加，抑制砂浆塑性收缩造成的开裂越显著。由表4可知，当纤维长度不变的情况下，随着纤维掺量的增加，裂缝的产生越少。其中，当纤维长度为15mm，掺量为1.0kg/m3时，与不掺纤维的砂浆相比裂缝面积降低了98.7%。
4结论
随着纤维长度及掺量的增加，砂浆开裂的宽度及面积明显减少。总之，无论是掺入何种长度和数量的纤维，都显著改善了砂浆（混凝土）材料的阻裂性能。
［参考文献］
［1］龚益,沈荣熹,李清海.杜拉纤维在土建工程中的应用［M］.北京:机械工业出版社,2002.
［2］沈荣熹.纤维混凝土［M］. 北京:中国建筑工业出版社,1995.
关键词：聚丙烯混凝土；性能；工程应用
混凝土是目前世界上用量最大、应用最广泛的材料之一。由于其易浇筑成型，可与钢结构结合制成各种构件，取材容易、价格低廉等优点，使得混凝土成为不可替代的建筑材料。但是，混凝土脆性大、抗拉强度低、抗折强度小等缺点，阻碍了混凝土的进一步发展。而在混凝土中掺入纤维的纤维混凝土，，可以有效的解决以上的缺点。
1 聚丙烯纤维混凝土概述
1.1 聚丙烯纤维混凝土的发展历程
聚丙烯是一种高分子碳氢化合物，其优点是化学稳定性好，相对于其他纤维混凝土如碳纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、钢纤维混凝土等，聚丙烯纤维混凝土耐腐蚀性更好、生产成本更低。聚丙烯纤维混凝土最早使用，是美国用于其军事工程中，以增强混凝土的坚固性。一九七零年，英国开始使用聚丙烯纤维混凝土，用于基桩的桩帽，防止打桩时桩帽的破坏。随后，Goldfein等人发现聚丙烯、尼龙等合成纤维能提高水泥砂浆的抗冲击能力。20世纪70年代，英美等发达国家已经逐步将聚丙烯单丝纤维用于混凝土制品中，并且美国还开发出聚丙烯膜裂纤维，不仅降低了聚丙烯单丝的直径，而且将纤维体积率降低0.1%-0.2%。80年代时，美国成功开发出直径为23-62μm的聚丙烯单丝纤维，应用于混凝土制品中有效提高了抗裂韧性。从此聚丙烯纤维广泛应用于西方发达国家的工程中，包括地下工程、工业民用建筑以及桥梁工程等。上世纪90年代，中国逐渐引进国外的合成纤维，使得聚丙烯纤维在国内得到发展。经数十年发展，目前国内应用聚丙烯纤维混凝土的工程已不计其数。
1.2 聚丙烯纤维对混凝土的力学性能的影响
1.2.1 聚丙烯纤维对混凝土抗压强度的影响
广东工业大学的苏健波和李士恩，对掺量小于0.1%的聚丙烯纤维混凝土研究发现，其立方体抗压强度没有明显提高，掺量大于0.1%时，立方体抗压强度反而降低。福州大学陈伟力、郑惠川等指出，低掺量的聚丙烯纤维混凝土对抗压强度影响有限。同济大学重点实验室的研究发现，0.4%掺量的聚丙烯纤维混凝土28天的抗压强度降低了18.2%。
大量实验结果和研究资料表明，低掺量的聚丙烯纤维对混凝土的抗压强度影响不大。
1.2.2 聚丙烯纤维对混凝土劈拉强度的影响
葛洲坝水利集团付华的实验结果阐述了在水灰比0.4的情况下，掺入3.0kg/m?的聚丙烯纤维，能使混凝土的劈拉强度有所提高。西北农林科技大学张慧莉的研究表明，聚丙烯纤维的掺入，混凝土的劈拉强度提高幅度最大达到72.09%，聚丙烯纤维延缓了劈拉试验中混凝土首条裂缝的出现。
1.2.3 聚丙烯纤维对混凝土抗折强度的影响
上海市政研究院的孙家瑛、孙建祥等人的试验结果表明，硅灰聚丙烯纤维混凝土在水灰比不变的情况下，聚丙烯纤维掺量由0增至0.15%时，混凝土的抗折强度提高达到27%。同济大学姚武、马一平的研究结果表明，水灰比为0.4的情况下，聚丙烯纤维混凝土的抗折强度有所降低，但其韧性指数比素混凝土高。
1.2.4 聚丙烯纤维对混凝土抗冲击性能的影响
东南大学的刘家彬的研究表明，聚丙烯纤维对混凝土的抗冲击性能影响显著，掺量为0.1%-0.2%时，混凝土的抗冲击性能提高达4-6倍。浙江大学王志钊、钱晓倩等人的试验表明，聚丙烯纤维使混凝土从初裂到破坏阶段吸收的能量提高27%，混凝土表现出的抗冲击韧性提高82%。因此，聚丙烯纤维表现出优越的抗冲击强度。
1.2.5 聚丙烯纤维对混凝土抗拉性能的影响
大连理工大学的王晓飞、丁一宁对聚丙烯粗纤维混凝土进行了轴拉性能的试验，结果表明聚丙烯粗纤维能有效提高混凝土的抗拉强度，提高幅度最大达到43%，但当纤维掺量过大时，抗拉强度降低，这是由于纤维影响了混凝土基体的密实度。由于聚丙烯纤维的抗拉强度较低且与混凝土基体粘结良好，因此试验中大部分聚丙烯纤维被拉断。
2 聚丙烯纤维在工程中的应用
由于聚丙烯纤维具有良好的力学性能，以及可以减少混凝土硬化过程中出现的微裂缝，能够改善混凝土的抗冻性、防渗、抗冲磨等性能，聚丙烯纤维被广泛应用于公路、桥梁、核反应堆外壳、隧道、飞机跑道等工程，在工业与民用建筑中，抗震框架节点部位和桩帽等，堤坝、涵洞的防水、补强等场合，都有使用聚丙烯纤维混凝土。
2.1 聚丙烯纤维在房屋建筑结构中的应用
陕西宝鸡法门寺合十舍利塔工程，工程为钢骨砼双向折线往复倾斜双塔体结构，塔的第四层设计为18m球冠状穹顶结构，穹顶壳体混凝土厚度0.2m，球冠上部由8根弧形工字钢梁、3道环梁与壳体连接。原施工方案采用支设内外双层模板，但因结构复杂，施工质量难以保证。后来施工方利用聚丙烯纤维的增稠效应，采用低坍落度泵送聚丙烯混凝土，取消原支模浇筑的方案。工程于2007年10月完成施工，达到良好效果。
国家大剧院基础底板和地下室防水，也采用了聚丙烯纤维混凝土，2002年初浇筑施工，搅拌、泵送未出现纤维凝絮成团现象，混凝土硬化后强度、抗渗达到要求，至今未出现可见裂缝。
广州市元岗油库综合楼，是钢筋混凝土框架结构，有一预应力转换大梁，净跨15.9m，截面1000mm×2500mm，支撑高度2.2m。为控制转换梁的温度裂缝和变形挠度，施工采用了聚丙烯纤维预应力混凝土，拆模半年后无裂缝。
2.2 聚丙烯纤维在公路、桥梁工程的应用
河南平顶山市平东线姚孟段，路面宽12m，原为沥青路面，但由于交通量大、车辆超载造成路面损坏，多次维修效果无改善。后采用聚丙烯纤维混凝土路面，经过两年的通车后发现，路面无明显裂缝、错台等破坏现象。可见聚丙烯纤维混凝土对路面有很好的改善作用。
3 聚丙烯纤维混凝土应用存在的问题
聚丙烯纤维混凝土虽已经在国内应用广泛，但目前还在应用上存在一些问题。聚丙烯纤维虽被证实是一种有效提高混凝土性能的材料，但由于聚丙烯纤维的生产属于化纤行业，因此纤维的性能指标如抗拉强度、弹性模量等受生产流程、工艺的影响，应用于具体工程实践时，纤维的掺量有差异，甚至需要现场临时试配决定纤维掺量，给经验欠缺的工程人员带来操作难度，不利于工程质量。此外，聚丙烯纤维在混凝土拌和过程中易结团，从而影响混凝土的力学性能及工程质量，因此对施工人员的操作水平提出了较高要求。
4 结 语
聚丙烯纤维混凝土是一种性能良好的建筑材料，混凝土中掺入聚丙烯纤维能有效提高其劈拉强度、抗折强度等力学性能，并能减少混凝土的干缩裂缝等，提高了混凝土的抗裂性，为其广泛的工程应用奠定了基础。
参考文献
[1] 杨建国.纤维混凝土在工程中的应用与发展 [J].山西建筑，2009，06）：193-4.
[2] 张建锋.纤维混凝土在工程中的应用研究 [J].新型建筑材料，2011，09）：73-5.
[3] 李蕾，杨宏伟.浅析PP纤维混凝土的优越性 [J].科技与企业，2011，12）：137.
[4] 林倩，吴飚.浅谈纤维混凝土 [J].福建建材，2011，01）：30-2.
[5] 惠彦章，韩清春.聚丙烯纤维混凝土及其应用 [J].山西建筑，2011，05）：104-5.
关键词：聚丙烯纤维混凝土，路面工程，立交桥施工，桥面铺装
1 引言
水泥混凝土是最大宗的人造材料，其优点是具有强度的可调节性、外形的可塑性和原材料的廉价易得性。上述特点赋予水泥混凝土作为建筑材料的性熊优势至少在21世纪仍难以被其它材料所超越。但水泥混凝土自身所固有的抗拉强度低、易收缩开裂和脆性较大等缺点也将随着材料高性能化的需求而显得格外突出。正是在这样的背景下：纤维混凝土(本文中“纤维混凝土”仅指三维乱向形式分布的短切纤维增强的混凝土)得以被广泛开发、研究和应用[1]。
聚丙烯纤维混凝土在城市市政、公路工程中的多座桥梁的桥面铺装中及道路工程中采用。采用聚丙烯纤维混凝土后去掉了一般设置的防水层，但聚丙烯纤维混凝土达到了良好的防水效果。同时很好地防止了干缩裂缝。对聚丙烯纤维的工程应用效果，业主和施工单位均给予了较高的评价。工程实践也证明：在桥面铺装中采用聚丙烯纤维混凝上后，提高了铺装层的抗裂性、抗渗漏性、抗动载能力[2]。在路面工程中应用则提高了路面的抗裂性、抗冲击性和抗疲劳性。
2 聚丙烯纤维混凝土的性能特点
以聚丙烯纤维为代表的有机合成纤维的特点是弹性模量低、长径比大、纤维直径小，在工程中应用的掺量一般较低(体积率0.1％-0.3％)。在上述纤维掺量下聚丙烯纤维混凝土的性能表现如下：
虽然聚丙烯纤维掺量低，，但由于直径小，纤维数量仍然很多，纤维间距也比较小。聚丙烯纤维的主要作用表现为在混凝土硬化早期，能有效阻止混凝土的塑性开裂和温差应力造成的开裂或损伤。这种效应的本质是聚丙烯纤维钝化了硬化早期混凝土内原生裂隙在受荷时尖端的应力集中；聚两烯纤维混凝土硬化早期的阻裂效应具有重要的意义，因为早期的阻裂效应有利于硬化后混凝土保持较好的介质连续性，而混凝土在这点上获得的性能优势对混凝土的整个使用寿命过程都将产生有益的影响。
较低掺量的聚丙烯纤维，虽然不会对混凝土的工作性和力学指标产生显著的影响，但因其纤维形态、以及作为有机材料的物理化学性质和砂、碎石等材料的颗粒形态和无机材料的物理化学性质之间的差异较大，影响仍不能忽视。
由于聚丙烯纤维直径小、弹性模量低、刚度小(柔软)，虽然在混凝土中数量较多，也不会造成新拌混凝土干涩和难以施工操作，完全不同于新拌的钢纤维混凝土。但聚丙烯纤维对新拌混凝土的增稠作用仍是存在的，其实质是纤维提高了新拌混凝土中砂浆的抗剪强度。聚丙烯纤维的增稠作用是纤维形态的材料固有的性能特征。这种增稠作用的有利之处在于有效减少了混凝土的离析和泌水，不利之处在于为保证混凝土的密实，应适当延长混凝土的振动时间。
纤维-基材的界面效应对纤维增强型复合材料的力学性能有较大的影响。混凝土的内分层作用造成了聚丙烯纤维混凝土基材界面的疏松，界面效应因此表现为弱界面效应。虽然界面的尺度很小，但是由于聚丙烯纤维的数量多，纤维间距小，弱的界面效应应仍将对于混凝土的强度，尤其是对结构密实性较为的敏感的抗折、抗拉强度造成少许不利的影响。具体说，掺入聚丙烯纤维后，弱的纤维-基材界面效应会使混凝土的抗折、抗拉强度有所降低。
聚丙烯纤维在混凝土中的良性效应重点表现在能有效阻止混凝土发生塑性开裂，提高混凝土在硬化早期对外部损伤因素的抵抗能力，以及提高混凝士的抗冲击、疲劳等抗动载能力上。需着重说明的是在实际施工过程中，尤其是在路面、桥面等薄板混凝土结构的施工过程中，混凝土能否经受早期损伤因素(如风、干燥、阳光照射等环境因素或水化热、泌水等材料自身因素)的作用而不产生裂隙(包括可目测的表面裂纹或不能看见的内部细微裂纹)、保持较好的整体性是一个很突出的问题，也事关混凝土的实际使用品质。材料介质的连续性好、不开裂、内部缺陷少对硬化后混凝土的强度、耐久性，尤其是路面桥面混凝土所需具备的抗冲击、抗疲劳等抗动载能力都是非常有益的。
3 立交桥桥面铺装聚丙烯纤维混凝土的施工工艺
桥梁全部桥面铺装采用了聚丙烯纤维混凝土，在施工中采用了合理的施工工艺，以使得新拌混凝土达到密实、均匀为目标，这是保证混凝土硬化后达到设计要求的强度和耐久性的前提条件。纤维混凝土施工工艺的关键一是保证拌和过程纤维的充分均匀分散，二是克服纤维对新拌混凝土的增稠作用所带来的对浇注、振捣过程的影响。虽然聚丙烯纤维在混凝土中的常用掺量很低，本工程仅为0.9kg/m3(纤维体积率为0.1%)，对混凝土的施工工艺影响不显著，但上述问题仍然存在。
3.1 聚丙烯纤维混凝土的拌和
混凝土材料拌和的目标是达到各组成材料充分、均匀的分散，对纤维混凝土来说，保证纤维材料充分均匀分散是发挥纤维效应的前提。
由于形态和刚度等方面的原因，纤维在投入到混凝土中后，有可能“扎堆”，这是钢纤维掺入混凝土中所经常面临的问题。为保证钢纤维充分均匀分散，通常采用强制式搅拌机，并采用在加入拌和水以前投入钢纤维，和砂、碎石等原材料共同干拌一段时间的方法。
聚丙烯纤维以束状网或束状单丝形式供应，并将产品设计成在混凝土搅拌时通过混合料自身的摩擦和揉搓作用达到分数，因此采用强制式搅拌机更为有效，但是并不要求事先有干拌的过程，在混凝土加水前后将聚丙烯纤维投入到混凝土混含料中均可。由于混凝土混含料的自身的摩撩力、揉搓力和其稠度有关，因此，混合料的稠度对束状聚丙烯纤维的分散效果有一定影响。
通过分析上述因素的影响对聚丙烯纤维混凝土的拌和采取以下措施：
(1)使用强制式搅拌机；
(2)新拌混凝土的稠度较小、坍落度较大时，由于摩擦和揉搓力的下降，应延长搅拌时间，这是聚丙烯纤维混凝土和普通混凝±的不同之处(普通混凝土坍落度越大越易拌和)。经大量试验和调查认为：对于坍落度为0～30mm的半干硬性混凝土(普通路用混凝土)，从纤维投入到搅拌机中算起搅拌时间不少于150s即可：对于坍落度为50～80mm的塑性混凝土(普通桥面混凝土)，搅拌时间应延长至180s以上。
(3)当混凝土为坍落度很大的流动性(或流态)混凝土时，为保证纤维均匀分散，可采用先加部分水使混凝土在较干硬状态下拌和至纤维分散后再加入剩余水拌和至均匀的方法。在束状聚丙烯纤维被分散成单丝后，纤维也已基本达到了较为均匀的分散。由于纤维单丝的刚度和长度小，在较低掺量下，不影响其它材料的均匀分散。
3.2聚丙烯纤维混凝土的成型
由于掺入聚丙烯纤维后混凝土的稠度有所增加，为保证混凝土经振动后充分密实，硬化后强度不下降，同普通混凝土相比应该适当延长振动时间。
3.3 聚丙烯纤维混凝土的养护
养护应该按照正常情况下的施工规范的要求进行，不能因掺入聚丙烯纤维后放松对混凝土的早期养护。
4 结语
关键词：聚丙烯纤维 混凝土性能 增强机理 影响
1、纤维增强理论概述
纤维对混凝土增强作用的理论目前主要有纤维阻裂理论和复合材料理论。纤维阻裂理论又称“纤维间距理论”，由Romualdi /Batson 和 Mandel提出。这种理论根据线弹性力学来说明纤维对裂缝发生和发展的约束作用。纤维间距理论认为在混凝土内部存在固有缺陷，如要提高强度，必须尽可能减小缺陷程度，提高韧性，降低混凝土体内裂缝端部的应力集中系数。
纤维阻裂理论首先假设纤维混凝土块体中有许多细钢丝沿着拉应力作用方向按棋盘状均匀分布，细钢丝的平均中心间距为某一定值s。由于拉应力作用，水泥基体中凹透镜形状的裂缝端部产生应力集中系数k0，当裂缝扩展到基体界面时，在界面上会产生对裂缝起约束作用的剪应力并使裂缝趋于闭合。此时在裂缝顶端即会有与k0相反的另一应力集中系数－kp，于是总的应力集中系数就下降为k0－kp。
关于纤维间距理论或者纤维阻裂理论的通俗解说是：当纤维均匀分布在混凝土中时可以起到阻挡块体中微裂缝发展的作用。假定混凝土块体内部存在有发生微裂缝的倾向，当任何一条微裂缝发生，并且可能向任何方向发展时，这条裂缝在最远不超过纤维混凝土块体内纤维平均中心距离s的路程之内就会遇到横在它面前的一条纤维。由于这些纤维的存在，使裂缝发展受阻，只能在混凝土块体内部形成类似于无害孔洞的封闭的空腔或者非常细小的孔。
复合材料理论则是将多种单一材料结合或混合之后所构成的材料整体看作一个多相系统，其性能乃是各个相的性能的加和值。混凝土从本质上说就是一种复合材料。我国混凝土科学技术的先驱和奠基人、工程院院士吴中伟教授在水泥基复合材料的科学研究方面提出了具有创建性的思路。早在1959年，吴中伟教授发表“中心质效应假说”，把水泥基复合材料的不同层次结合在一起。吴中伟教授认为，中心质效应是可以叠加的。这种思路的内核，正是复合材料理论的精髓。复合材料之所以需要复合，目的是为了改善材料的力学性能。而材料复合的前提是那些基础材料分别具有不同的性能特点，同时它们在相互结合的时候没有或者基本上没有不良的后果。
在纤维混凝土中，纤维材料与水泥基体之间应该形成不存在负效应的良好复合体。其中最重要的前提有两个：一是纤维材料具有严格稳定的化学性质，即使在水泥水化时产生的强烈碱性物质也能安之若素，不发生任何变化；第二是纤维具有良好的自分散性，能够在正常混凝土制备所要求的搅拌时间之内完成在混凝土整体内无所不在的均匀性分散过程。
2、聚丙烯纤维对混凝土性能的影响分析
聚丙烯纤维加入水泥基体中，理论上会对混凝土产生以下几种性能影响：（1）增稠作用，（2）影响基体的强度，（3）阻止基体中原有缺陷（微裂缝）的扩展并延缓新裂缝的出现，（4）影响基体的耐久性。
2.1聚丙烯纤维的增稠效应
加入聚丙烯纤维后，混凝土的工作性方法改变，坍落度降低、离析和泌水减少。在新拌混凝土中，均匀散布的聚丙烯纤维在混凝土中呈现三维网状结构，起到了支撑集料的作用，其作用效果为阻止了粗、细集料的相继沉降，即粗集料首先下沉，然后是细集料。由于聚丙烯纤维的存在，同时也可以减少混凝土表面的析水。在混凝土中，水、料分开的现象称为“离析”，其不仅影响混凝土的匀质性，同时因混凝土表面层存在较多的水泥净浆或含有较细集料的水泥砂浆，使得表层失水迅速而发生较大的收缩，从而导致混凝土表面出现比较多的裂缝，这种裂缝通常被称为“沉降裂缝”。辅特维纤维长度较普通纤维长为54mm，单位质量的纤维根数较少，因此体现出来的增稠作用相当明显。本研究证明：当掺加0.9kg/m3辅特维纤维的混凝土，不掺加减水剂时，坍落度非常小。
2.2关于聚丙烯纤维在混凝土中对强度的贡献
根据目前已经收集到的资料，可以观察到性质完全相反的两种结论。有报告称，掺加聚丙烯纤维的混凝土比未掺加聚丙烯纤维的混凝土无论是抗压强度还是抗折强度都有明显提高。但是也有观点声明：在混凝土中掺加一般的低弹性模量的化学纤维通常并不能提高混凝土的轴心抗压强度，低掺率合成纤维对混凝土的抗压、抗拉与抗弯强度以及杨氏弹性模量均无明显的影响。并认为那些“表明低掺量的合成纤维即可适度提高混凝土的抗压、抗拉、抗弯等强度的指标”的试验结果“很可能是带选择性的”。有些研究报告结果甚至反映由于聚丙烯纤维的加入使其混凝土的抗压强度还有所降低。
根据前面力学性能试验研究结果可知，对于聚丙烯纤维辅特维纤维而言，掺入一定量时混凝土的抗折和抗压强度有一定程度的提高，这并不意味着在混凝土中掺加聚丙烯纤维对于混凝土强度，就一定是增强作用。据此推断的结论应该是：首先，聚丙烯纤维对混凝土的力学强度的改性作用与纤维本身的物理性能，如长径比、抗拉强度，纤维掺量及纤维的形式有关。其次，由前面试验可知，纤维混凝土的施工工艺，即拌和方式、搅拌时间、振动时间对混凝土的强度也有一定的影响；再次，混凝土强度试验和观测结果的离散性及纤维混凝土配比对强度的影响，可能影响聚丙烯纤维本身对改变混凝土强度的贡献能力。虽然聚丙烯纤维混凝土的主要研究方向为耐久性及疲劳性能等方面，但是了解聚丙烯纤维对混凝土的力学性能的贡献，有利于路面纤维混凝土的工程应用。
2.3 聚丙烯纤维在水泥混凝土中阻止基体中原有缺陷（微裂缝）的扩展并延缓新裂缝的出现
在混凝土中加入一定量的聚丙烯纤维，可降低微裂缝尖端的应力集中，防止微裂缝扩展，并可防止连通裂缝的出现。当混凝土原生裂隙在扩张过程中遇到纤维时，纤维将迫使裂缝改变延伸方向或跨越纤维形成更细小的裂纹，在此过程中裂缝扩张的能量得以消耗。当混凝土中出现破坏性裂缝时，由于裂缝的前端与纤维相交，纤维起到跨裂缝传递荷载的桥梁作用，钝化了裂缝尖端的应力集中，使得引起裂缝的拉应力得以消弱或消除。由于聚丙烯纤维在混凝土中呈三维乱向分布，故可使裂缝的发展得到有效的抑制，达到了抗裂的目的。
2.4聚丙烯纤维的加入，影响基体耐久性
从以往的研究可知，辅特维纤维的加入，使混凝土的疲劳性、抗冲击能力、耐磨性能得到良好的改善。
混凝土中加入聚丙烯纤维凝固后，握裹水泥的高强纤维丝相互粘接成为致密的、乱向分布的网状增强系统，有利于防止并控制微裂缝的产生和发展，并增强了混凝土的韧性。同时由于有效改善了泌水性，对于早期养护大有裨益。相关的干缩试验表明，水泥水化早期，聚丙烯纤维混凝土比普通水泥混凝土可保持更多的水分，这样水泥的水化反应更彻底，骨料离析减少，级配更加均匀，其表面强度较之普通混凝土更强。聚丙烯纤维独特的表面处理工艺使得纤维可以和水泥基料紧密地结合在一起，极大地保持了混凝土的整体强度，混凝土在受到冲击时聚丙烯纤维吸收了大量能量，从而有效减少了应力集中的作用，阻碍了混凝土中裂缝的迅速扩展，增强了混凝土的耐磨性能、疲劳性能、抗冲击能力。
参考文献
1.姚武，马一平，淡慕华，吴科如.聚丙烯纤维水泥基复合材料物理力学性能研究（Ⅱ）－力学性能.建筑学报，2000.9