淺談聚丙烯纖維的阻裂作用

摘　要:對(duì)現(xiàn)澆混凝土裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析,并結(jié)合工程實(shí)例從商品混凝土原材料控制的角度加以討論,從而提出了改善混凝土抗裂性能的措施和方法。

關(guān)鍵詞:商品混凝土;裂縫;聚丙烯纖維

中圖分類號(hào): TU377. 9 + 4; TU592　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B　　　文章編號(hào): 1008 - 3707 (2006) 08 - 0081 - 02

　　混凝土由于其抗壓強(qiáng)度高,材料來(lái)源廣泛,成本低廉等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于房屋建筑工程、道路橋梁工程、碼頭水利工程及水泥制品。另一方面卻因其抗拉強(qiáng)度低,極限變形小,脆性大,不耐沖擊等缺點(diǎn),特別是現(xiàn)代建筑規(guī)模日趨增大,結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度日趨提高,以及泵送混凝土的廣泛使用,使混凝土早期裂縫的產(chǎn)生十分普遍。這種裂縫不僅對(duì)建筑物的防水產(chǎn)生不利影響,而且對(duì)建筑物的耐久性和安全性產(chǎn)生很大影響,成了長(zhǎng)期困擾建筑師們的一大問(wèn)題。

1　聚丙烯纖維的阻裂作用

　混凝土是抗壓性能良好而抗拉性能很差的材料,其極限拉伸應(yīng)變很小,因而極易產(chǎn)生裂縫。在長(zhǎng)期研究和實(shí)踐應(yīng)用中,人們發(fā)現(xiàn)在混凝土中摻加纖維能提高混凝土的抗拉能力,從而克服和減少裂縫的產(chǎn)生。纖維品種很多,有鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維、合成纖維。合成纖維又可分為聚丙烯纖維( PP纖維) 、維尼綸纖維( PVA纖維) 、晴綸纖維( PAN纖維)等。鋼纖維、碳纖維用于混凝土中成本太高,非特殊工程很少使用; 而玻璃纖維耐堿性較差,且暴露于大氣中強(qiáng)度和韌性會(huì)大幅度下降,因此應(yīng)用受到一定的限制。合成纖維(特別是聚丙烯纖維)以其耐酸、耐堿、耐腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好、安全無(wú)毒、相對(duì)密度小、質(zhì)地輕,與混凝土有較好的粘聚柔和性,握裹力很高等優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用。聚丙烯纖維摻入混凝土的阻裂作用可分為兩個(gè)階段,一是在水泥混凝土硬化前(塑性混凝土)的阻裂作用,

二是在混凝土硬化過(guò)程中的阻裂作用。

　　1. 1　混凝土硬化前均勻分布在混凝土中的聚丙烯纖維三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在一定程度上支撐著集料,阻止粗、細(xì)骨料的沉降,能有效地防止和抑制混凝土產(chǎn)生離析傾向,減少混凝土表面砂漿層太厚而產(chǎn)生表面裂縫。同時(shí),當(dāng)混凝土成型后,表面水分因陽(yáng)光、空氣流動(dòng)的作用開始蒸發(fā)時(shí),聚丙烯纖維能承受部分混凝土收縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力,從而減少裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。
　　1. 2　混凝土硬化過(guò)程中當(dāng)混凝土開始凝結(jié)時(shí)產(chǎn)生干燥收縮,一般水泥用量越大,用水量越大,空氣中濕度越小,干縮量也就越大。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土即時(shí)的抗拉強(qiáng)度時(shí),混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。同樣,在混凝土處于約束的情況下,當(dāng)溫度變化時(shí)(水化反應(yīng)產(chǎn)生水化熱)會(huì)在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度拉應(yīng)力,其拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。聚丙烯纖維由于具有較高的抗拉強(qiáng)度(可達(dá)280～400 MPa) ,當(dāng)聚丙烯纖維以三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻分布在混凝土中的時(shí)候,依靠纖維與水泥基料的結(jié)合力,可以大大提高混凝土的抗收縮能力,從而有效地控制了裂縫的產(chǎn)生。

2　聚丙烯纖維在工程實(shí)例中的應(yīng)用

　　樂(lè)清市市民活動(dòng)中心大樓地下室東西長(zhǎng)170 m多,南北寬80 m多,底板厚500 mm,局部承臺(tái)深達(dá)2. 5 m,屬超大體積混凝土結(jié)構(gòu)?；炷恋燃?jí)為C30抗?jié)BP6,采用泵送混凝土,施工坍落度要求為( 120±30) mm,設(shè)計(jì)建議摻加高性能建材纖維。根據(jù)工程實(shí)際情況,對(duì)不同纖維進(jìn)行了對(duì)比分析,最后確定采用由寧波大成新材料股份有限公司研制生產(chǎn)的強(qiáng)綸建材纖維。這是一種由聚脂和聚丙烯同心復(fù)合制成的高性能建材纖維,其主要技術(shù)指標(biāo)如表1。

　　根據(jù)公司推薦的強(qiáng)綸建材纖維應(yīng)用比例參數(shù),并參考其提供的由國(guó)家混凝土制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心測(cè)試的一組數(shù)據(jù),試驗(yàn)配合比如表2,試驗(yàn)數(shù)據(jù)表3。

　　另外,根據(jù)文獻(xiàn)提供的杜拉纖維不同摻量試驗(yàn)結(jié)果判斷,隨著摻合量的增加,抗壓強(qiáng)度有小幅下降,抗折強(qiáng)度略有增高,抗裂性能、抗?jié)B性能指標(biāo)提高較大。浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員結(jié)合已完工工程的經(jīng)驗(yàn),確定本工程地下室結(jié)構(gòu)混凝土摻加

　　纖維量為0. 9 kg/m3。同時(shí)委托浙江大學(xué)土木工程測(cè)試中心對(duì)C30混凝土添加0. 9 kg/m3 強(qiáng)綸纖維混凝土的抗折、抗裂性能和C30普通混凝土進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果也表明抗裂性能有較大提高。樂(lè)清市市民活動(dòng)中心于2005年12月7日至12月28日完成了地下室底板及墻板的混凝土澆搗。經(jīng)過(guò)業(yè)主及施工單位、監(jiān)理單位每個(gè)月的跟蹤檢查,未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。于2006年5月17日對(duì)基礎(chǔ)部分進(jìn)行工程驗(yàn)收,地下室墻板表面光潔,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)干縮和溫度裂縫,墻面沒(méi)有滲水及濕漬現(xiàn)象,大面積底板沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫,根據(jù)回彈儀測(cè)試,強(qiáng)度也符合要求,收到了理想的效果。通過(guò)不同摻量對(duì)比試驗(yàn),確定本工程地下室結(jié)構(gòu)混凝土摻加纖維量為0. 9 kg/m3。分別于2005年12月7日至12月28日完成了地下室底板及墻板的混凝土澆搗,由于摻加了強(qiáng)綸建材纖維而明顯減少了混凝土的干縮和溫度裂縫,施工情況表明整個(gè)大面積的底板未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫,收到了理想效果。
3　結(jié)　語(yǔ)

　　該工程實(shí)例證明,水泥混凝土中摻加聚丙烯纖維是一種結(jié)構(gòu)成型后防止裂縫出現(xiàn)的有效手段。它大大提高混凝土的抗裂性能,提高了混凝土的密實(shí)性從而提高了混凝土的抗?jié)B性能以及其他性能,故可以在工程中廣泛使用。