聚丙烯纖維混凝土的防水性能及應(yīng)用

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1、引言 
    現(xiàn)代高新混凝土工程中，混凝土的應(yīng)用向著高強度、大流動度方向發(fā)展。隨著混凝土強度和坍落度的提高，水泥的和用量不斷增加，由此帶來的副作用是水化熱加劇，混凝土的凝固收縮量加大，收縮應(yīng)力增大，裂縫數(shù)量增多。此外，隨著建筑構(gòu)件向大體積、大面積、形狀復(fù)雜多樣的方向發(fā)展，向地下空間的發(fā)展，混凝土內(nèi)的應(yīng)力大而復(fù)雜，裂縫的出現(xiàn)亦較以往多得多。因此，從混凝土防水的角度看，除了注重混凝土抗?jié)B性（密實度）外，更注意由于混凝土抗裂性不足而引起的滲漏，特別是高標(biāo)號的混凝土。 
    近年來，國外發(fā)展了應(yīng)用微纖維混凝土進(jìn)行抗裂防水的新技術(shù)。美國于90年代初研制出微纖維混凝土，在隨后的幾年中得到迅速的發(fā)展，其中應(yīng)用最多的是聚丙烯纖維混凝土。如今，在美國新建筑物中的地下室和屋面混凝土中大多采用了聚丙烯纖維混凝土，國內(nèi)亦開始在防水工程中得到成功應(yīng)用。本文主要以美國希爾兄弟化工公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維為例，介紹聚丙烯纖維混凝土的防水性能及其工程應(yīng)用。 
    2、聚丙烯纖維混凝土的防水性及機理 
    2．1 聚丙烯纖維的物理性能 
    聚丙烯纖維的物理性能如下： 
    材 料 聚丙烯 耐酸堿性 極高 
    相對密度 0.91 安 全 性 無毒材料 
    熔 點 165℃ 拉伸極限 15％ 
    燃 點 593℃ 抗拉強度 275MPa 
    含 濕 量 ＜0.1% 彈性模量 3793Mpa 
    吸 水 性 無 導(dǎo) 熱 低 
    細(xì)度 0.048mm 
    2．2 聚丙烯纖維混凝土的防水機理 
    聚丙烯纖維混凝土的防水屬于混凝土的剛性本體防水，在防水混凝土的抗?jié)B和抗裂2個途徑中，聚丙烯纖維主要是通過抗裂達(dá)到防水目的。聚丙烯纖維抗裂防水的機理是建立在對混凝土的固結(jié)、收縮的微觀研究的基礎(chǔ)上。 
    從微觀的角度來看，任何密實的混凝土都存在微裂縫。這些微裂縫存在于相與相之間（石、砂、水泥膠體三相）和水泥微顆粒之間，只不過正常的微裂縫肉眼看不到而已?；炷猎谟不纬蓮姸鹊倪^程中，初期由于水和水泥的應(yīng)形成結(jié)晶體，這種晶體化合物的體積比原材料的體積要小，因而引起混凝土體積的收縮；在后期又由于混凝土內(nèi)自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應(yīng)力某個時期超出了水泥機體的抗拉強度，于是在混凝土內(nèi)部引起微裂縫。這些微裂縫不可避免地存在于混凝土內(nèi)的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內(nèi)部?；炷猎谀Y(jié)和硬化過程中，微裂縫經(jīng)歷了出現(xiàn)和發(fā)展的過程。這一過程，宏觀上認(rèn)為是混凝土在固結(jié)收縮，一般混凝土的收縮率在8×10－4左右?；炷恋奈⒘芽p在發(fā)展過程中，是從無到有，從小到大向最薄弱方向定向發(fā)展。微裂縫向細(xì)裂縫的發(fā)展大多數(shù)（約占70％）在3－7d凝膠期內(nèi)完成，此時混凝土的抗拉強度小于1Mpa，如果沒有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂縫在內(nèi)外應(yīng)力的作用下將會發(fā)展為更大的裂縫以至最終形成貫通的毛細(xì)孔道及裂縫，從而導(dǎo)致防水失敗，也造成結(jié)構(gòu)設(shè)計強度遠(yuǎn)未能充分發(fā)揮，嚴(yán)重的甚至威脅到工程的安全及使用。 
    在混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維，聚丙烯纖維與水泥集料有極強的結(jié)合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時由于細(xì)微，故比面積大，每公斤聚丙烯纖維連起來的總長度可繞地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，則可使每1m3的混凝土中有近20條纖維絲，故能在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系。當(dāng)微裂縫在細(xì)裂縫發(fā)展的過程中，必然碰到多條不同向的微纖維，由于遭到纖維的阻擋，消耗了能量，難以進(jìn)一步發(fā)展。因此，聚丙烯纖維可以有效地抑制混凝土早期干縮微裂及離析裂的產(chǎn)生和發(fā)展，極大地減少了混凝土收縮裂縫，尤其是有效地抑制了連通裂縫的產(chǎn)生。從宏觀上解釋，就是微纖維分散了混凝土的定向拉應(yīng)力，從而達(dá)到抗裂的效果。試驗表明，與普通混凝土相比，聚丙烯纖維體積摻量為0.05％（約0.5 kg/m3）的混凝土抗裂能力提高了近70％。 
    另外，均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量纖維起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的離析，從而使混凝土中直徑為50－100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低，由此可以極大提高混凝土的抗?jié)B能力。試驗表明，0.05％體積摻量的聚丙烯纖維比普通混凝土的抗?jié)B能力提高了60％－70％。 
    3、聚丙烯纖維混凝土在防水工程中的應(yīng)用 
    由以上分析可知，聚丙烯纖維可以大大增強混凝土的抗裂、抗?jié)B能力，作為混凝土剛體自防水材料的效果顯著，可以有效地解決混凝土滲裂問題的困擾。聚丙烯纖維加高效減水劑的防水方案，目前已為國內(nèi)外眾多防水專家所肯定，是防水效果較為可靠、施工最為便易、機理較完整的防水方案，可廣泛應(yīng)用于地下室工程、層面、貯水池、腐化池等工程中。以下介紹聚丙烯纖維混凝土應(yīng)用于防水工程的實例。