混凝土中聚丙烯纤维的应用效果研究

聚丙烯纤维在桥面铺装混凝土中的应用

摘要：利用聚丙烯纤维混凝土的技术特性，抑制桥面铺装混凝土半幅施工时由于受冲击荷载而产生的裂缝，以及在施工中如何控制好聚丙烯纤维混凝土这一技术，使得桥面铺装混凝土半幅施工成为可能并带来可观的经济效益。

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

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。

２００７年第１期　（总第１５５期）　黑龙江交通科技　ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪ　Ｎｏ．１，２００７　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．１５５）　

聚丙烯纤维在桥面混凝土中的应用　杜卫华　（中铁十一局集团公司二公司）　

摘要：结合聚丙烯纤维在青银高速公路桥面铺装中的应用实践，概述了聚丙烯纤维作用的实质、纤维发生　作用的条件、纤维的适当掺量以及聚丙烯纤维混凝土配制的施工工艺。　关键词：聚丙烯纤维；结构材料　中图分类号：Ｕ２１４　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２００７）０１－００３９－０１　

目前河北省已有１　７００多ｋｍ的高速公路建成通车，已　建成通车的高速公路多已进入养护期，养护工作量大，养护　费用高，公路养护势必影响行车安全和正常运营，因此如何　防治新建桥梁出现单板受力现象已成为一个急需解决的问　题。　在众多的单板受力成因中，因桥面防水性能不好，雨雪　等渗入铰缝混凝土，通过雨雪的反复冻融作用，铰缝混凝土　逐渐破碎脱落，是重要的成因之一。为解决桥面防水性能问　题，河北青银高速公路在施工中应用了聚丙烯纤维材料，即　在桥面混凝土中添加聚丙烯纤维，以提高混凝土的抗渗、防　裂及防水性能。　１纤维作用的实质　经过多年的推广。聚丙烯抗裂纤维已经在全国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。聚丙烯抗裂纤维主要用在道路、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。　那么，工程用聚丙烯纤维所起作用的本质到底是什么？　如何看待合成纤维所起的作用？随着目前众多品牌工程用　合成纤维的出现，对此问题却引出了许多疑问。　有人认为，只要在混凝土中一掺加纤维，裂缝就不复存　在，这种观点违背了纤维发生作用的机理，忽视了具体工程　的个性条件。合成纤维解决的主要对象是混凝土的早期原　生裂缝，事实上，混凝土掺加纤维，也只能是对非结构性裂缝　的阻裂作用，不可能完全消灭裂缝。　微细纤维掺加在混凝土中，以对裂缝的阻裂作用为主要　表征，实际上由于低弹模的纤维掺加在相对高弹模的混凝土　中，作用的实质是最大可能地降低了混凝土的脆性，从而解　决了由于混凝土先天带来的某些不足方面的问题——因脆　性引起的容易开裂等，对改善混凝土内部结构起到了重要作　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，包括：有效增加混凝土的韧性；减少　裂缝，提高抗渗能力；减少裂缝，延缓钢筋锈蚀；减少混凝土　结构受到的化学侵蚀；增强抗冻融能力，减少混凝土结构遭　受破坏；减少混凝土的泌水，使表面混凝土的质量得以改善；　减少裂缝，提高耐磨性和抗冲击能力等等。　２纤维发生作用的条件　２．１外部条件　外部条件可从纤维在混凝土中所处的形态以及纤维对　集料的关系两个方面来理解。　纤维在混凝土中能否乱向均匀分布，是关系到纤维能否　发生作用的关键。纤维作用的机理无论怎样解释，都必须保　证纤维在混凝土中呈均匀、乱向分布的状况下才能发挥作　用。微裂缝在发展过程中，遭遇到纤维的阻挡，消耗了能量，　使其难以进一步发展，从而阻断应力达到抗裂的作用。由于　纤维在生产过程中对其表面采用不同的活性剂配伍进行处　理。使纤维遇水均匀分散，再加上外力与混凝土各种集料搅　拌进一步使纤维与各种集料握裹。聚丙烯纤维便于分散均　匀，是所有使用过该产品的人员所公认的。　纤维对集料的握裹状况，是能否起作用的另一个关键。　纤维能够尽可能多的握裹集料，避免在受力时被拔出。不同　的纤维制成标准不同，在电子显微镜下可以看到呈现不同的　握裹集料的情况。如果加入纤维后的混凝土塌落度没有损　失。这种纤维不是分散不好就是握裹力差，纤维的作用无从　谈起。　２．２　内部条件　纤维能够起作用。还在于纤维本身的力学性能。如抗拉　强度、拉伸极限、纤维均匀度、抗酸碱腐蚀和紫外光的老化能　力等。据纤维专家解释。抗拉强度和拉伸极限成一定的反比　关系。这种关系要适当，并非纤维的抗拉强度特别高才能产　生高的阻裂效用。纤维在受到拉力的过程中发生拉伸变形，　如果比值不适当，则抗拉强度不可能达到要求。当然，由于　制成材料的限制，该数据只能尽量满足要求。聚丙烯纤维抗　拉强度过大，可能会导致脆性加大。拉伸极限过大，混凝土　中的纤维在受力变形过程中又可能无法控制裂纹。据了解，　聚丙烯纤维的拉伸极限１５％左右已经接近天然纤维，需要　一定的控制技术才能生产。纤维的改性也表现在这一方面。　拉伸极限指标也是衡量纤维抗裂能否真正达到作用的一种　指标。　当然，聚丙烯纤维在混凝土中所起的作用，说到底是一　种辅助作用。我们通常将其称为次要加强筋。混凝土当然　要求正常施工养护，不能认为添加了纤维就不会有裂缝而忽　视正常养护。　３纤维的合适掺量　适用的纤维掺量取何值？从合成纤维的制成材料来看，　由于其耐酸碱、以及物理性的增韧和增强，广义地来说对混凝　土是有益无害的。但到底多少掺量才合适，目前理论界与工　程界的意见不尽相同。从合成纤维在混凝土中所起作用的实　质来看，只要添加合成纤维，必然会不同程度地解决混凝土先　天的缺陷——脆性，因此无论怎样加都没有错。但是，从经济　和施工角度来考虑必须要有量化的指标，另从混凝土的工作　性方面来考虑，又不得不考虑适应施工的有关要求。　纤维掺量应该视使用目的而定，同时考虑混凝土的具体　（下转第４１页）　・３９・

聚丙烯纤维混凝土性能的研究和应用

摘要：聚丙烯纤维以其良好技术经济性能，在水泥基材料中得到日益广泛的应用。本文系统介绍了用于改善混凝土缺陷的聚丙烯纤维的特点及主要性能，对聚丙烯纤维对混凝土各种性能的影响以及目前国内的研究概况作了详细的分析和综述。

关键词：聚丙烯纤维；纤维增强混凝土；力学性能；抗渗性；抗裂性

RESEARCH AND APPLIANCE ON THE CAPABILITY

OF POLYPROPYLENE FIBRE CONCRETE

WANG LONG CHEN LIANG LIU RENGGUAGN

(1.QINGDAO TECHNOLOGICAL UNIVERSITY,IYANG AGRICULTURAL COLLEGE)

Abstract: Polypropylene fibre have good technical and oecumenical capability ,which makes it possible to

be widely used in cement.The paper introduces the specialty and capability of polypropylene fibre, and analyzes

general situation of influence on concrete of polypropylene fibre.

Key words: polypropylene fibre, concrete, mechanical capability, barrier property , crack resistance

前言

混凝土的发展已有100多年的历史，以其可以就地取材，易于成型、成本低廉、适用性强等诸多优点，被广泛地应用于土建工程，是当前最大宗的人造材料。但作为多孔材料，混凝土也有脆性大、抗拉强度低、抗冲击能力差、易开裂等缺点。从混凝土应用的历史来看，实际工程中大量的钢筋混凝土结构由于混凝土的耐久性不足导致建筑物破坏甚至不能使用。国内外大量资料表明，由此而造成的经济损失是非常巨大的[1]。

建筑科学　堡　Ｑ：！　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　聚丙烯纤维在混凝土工程中的应用　沈建东　（江苏省启东市长城建设工程质量检测有限公司　江苏启东　２２６２００）　摘要：裂缝问题在我国众多混凝土结构工程中普遍存在，是工程领域需要解决的主要问题。本文分析了混凝土裂缝产生的原因，并结合　国内聚丙烯纤维的应用情况，拟提出在混凝土中加入聚丙烯纤维来抑制混凝土裂缝的产生与扩展，并详细分析了聚丙烯纤堆在混凝土中　的作用机理，结合具体工程提出，在混凝土中适量加入聚丙烯纤维是抑制混凝土开裂的一种方法。　关键词：混凝土　裂缝　作用机理　中图分类号：Ｕ４１　６．２　２３　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌ６７　４－－０９８Ｘ（２０１ｏ）ｏ５（ｃ）一００４１－－０１　１混凝土裂缝问题　混凝土是结构工程中用量最多、应用　最广的建筑材料。在人们的传统观念中，总　认为混凝土是极为耐久的。因此，对混凝土　结构的使用寿命期望值很高。事实上，随着　使用时间的延长和使用环境的变化，混凝　土结构也往往表现出“早损坏，短寿命”的　特征。混凝土结构的耐久性问题已成为结　构工程领域不容忽视的重要问题。混凝土　工程开裂的原因和裂缝的形式是多种多样　的，混凝土裂缝开裂的主要原因有：混凝土　的水化热反应引起的温度收缩裂缝；外界　环境等原因引起的干燥收缩裂缝；混凝土　工程受力等在外界荷载作用下引起的结构　性裂缝…。　混凝土是当今社会工程建设的主要原　材料，但混凝土开裂引起的耐久性问题一　直影响着工程建设及维护。本文拟在混凝　土中加入聚丙烯纤维，利用聚丙烯纤维的　作用机理，来抑制裂缝的产生与发展，从而　提高混凝土工程的使用寿命。　２聚丙烯纤维　聚丙稀纤维是由丙稀聚合而成的高分　子化合物，是一种结构规整的结晶性聚合　物，其英文名称为ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　ｆｉｂｅｒ，简称为　ＰＰ纤维。生产纤维的聚合物为乳白色、无臭、　无味、无毒的热塑性材料。聚丙稀纤维具有　耐化学腐蚀性强、强度高、加工性能好等优　点，其一般性能主要包括：密度０．９ｔ／ｍ　，弹　性模量为（３～７）Ｘ　１　０　ＭＰａ，抗拉强度为　３００—６００ＭＰａ，极限伸长为１８％左右，熔点为　１６０～１７０℃，化学稳定性是几乎不吸水，与　酸、碱和有机溶剂接触不发生作用。目前，　我国市场上常用的几种进口聚丙稀纤维　为：美国的纤维网（ｆｉｂｅｒｍｅｓｈ），美国的杜拉　纤维（ｄｕｒａ　ｆｉｂｅｒ），丹麦的克裂速（ｃｅｍｆｉｂｅｒ）　等，国内用的较多的有天津欣建筑纤维公　司生产的“欣”纤维，江苏丹阳合成纤维厂　生产的“丹强丝”纤维等。国内外对聚丙稀　纤维的应用主要集中在混凝土领域。１９６０　年，首先是英、美国家把聚丙烯纤维切短　后拌入混凝土中以改变混凝土的若干物理　力学性能，其后意大利、丹麦、联邦德国也　开展了这方面的研究。ｌ　９６５年，美国学者　Ｃｏｌｅｈｉｎ建议用聚丙烯纤维混凝土建造美军　工兵部队的防爆建筑。随着应用的增多，逐　渐形成工程用聚丙烯纤维的工业化生产并　且大量应用干不同场合的混凝土中。美国　希尔兄弟化工公司生产的ｄｕｒａ　ｆｉｂｅｒ于ｌ９９０　年进入中国，从此国内就开始大量研究和　使用聚丙烯纤维。目前，聚丙烯纤维已成功　应用到道路、桥梁、机场、地铁、水利和工业　民用建筑的各个方面（部分引自《丹强丝使　用说明书　）　，如长江三峡工程泄洪坝段、　江苏省南通体育馆、深圳地铁、重庆机场、　重庆黄花园大桥，广州名江商城等千余个　实际工程采用过聚丙烯纤维。大量的工程　实践与试验研究表明：在混凝土中掺加聚　丙烯纤维对抗压强度影响不大，但可提高　混凝土材料介质的连续性、整体性，使混凝　土的性能得到改善，尤其是抗裂、阻裂效果　显著。　３聚丙烯纤维作用机理　对于聚丙稀纤维在混凝土中的作用机　理可以从以下两方面去分析。首先从聚丙　稀纤维改变混凝土内部水分迁移方面＿５】。混　凝土成型后，由于水和水泥基材料的亲润　性，在水分蒸发时，表层材料毛细管中便形　成凹液面，而凹液面上张力的垂直分量形　成了对管壁及管壁间材料的拉应力，此时　材料即处于干缩性阶段。混凝土内部水分　迁移，其干缩经历了毛细孔张力作用，层间　水作用以及结晶水作用三个过程。当在混　凝土中掺入聚丙稀纤维材料后，由于此时　表层材料中存在纤维材料，使得其失水面　积有所减小，水分的迁移较为困难，使毛细　管张力作用大为减小。再次从聚丙稀纤维　混凝土基体受力、变形方面　。聚丙稀纤维　密度很低，当少量掺入时即有大量纤维存　在于混凝土中，纤维一方面填充了内部孔　隙，增加了整体的密实性；另一方面大量乱　向分布干混凝土中，纤维起到了阻止裂缝　产生的作用。当微裂缝产生后，微裂缝发展　过程中必然碰到多条不同向的纤维，由于　遭遇到纤维的阻挡，消耗了能量，裂缝发展　受到约束。从受力分析去考虑，乱向分布的　聚丙稀纤维在裂缝扩展经过纤维横截面　时，也承担了部分收缩应力。因此聚丙稀纤　维加入到混凝土中起到了阻止、牵制裂缝　发展，从而改善混凝土的性能。　４聚丙烯纤维混凝土的施工应用　某四层平楼建筑物，楼层面厚度本为　普通混凝土浇筑，两年后表面裂缝众多，经　检测公司方案比较，决定在其楼面用聚丙　烯纤维混凝土加固。聚丙烯纤维采用江苏　丹阳合成纤维厂生产的“丹强丝”纤维。该　品牌纤维由引进的全套生产线生产，具有　自主知识产权的独特工艺制造技术。产品　采用了特殊的纤维表面处理技术（即在２００　倍显微镜下，纤维端面呈星性截面），在混　凝土和砂浆中具有良好的握裹力。　聚丙烯纤维的掺量比较严格，掺量过　少，起不到阻裂效果，掺量过大，聚丙烯纤　维容易起团，影响混凝土质量，本工程在分　析比较基础上采用如下配合比。　混凝土搅拌完成后，选择最佳浇筑时　间，避开晴热天气进行浇筑，浇筑完成后聚　丙烯纤维混凝土表面与普通混凝土相似，　但使用至今开裂现象明显减少。　５结论　开裂是混凝土结构的普遍问题，本文　在分析混凝土开裂原因与聚丙烯纤维作用　机理的基础上，结合工程实际，提出在混凝　土中加入聚丙烯纤维来抑制裂缝的开裂与　扩展，这是解决混凝土开裂的一种好方法。　参考文献　【ｌ】沈捷，刘军，李清富．水工混凝土抗裂性　的影响【Ｊ】．河南建材，２００７．　［２］李影．路用纤维为道路延寿［Ｊ］．建设科　技，２００４．　［３】徐至钧．聚丙稀纤维在路桥工程中的应　肌Ｊ１．特种结构，２００２．　［４】吕正权，叶晓娟．聚丙烯纤维混凝土在　滨江商业街项目中的应用［Ｊ】．科技创新　导报，２００８（２）．　【５】成全喜．改性聚丙烯纤维砂浆抗裂性能　试验研究　．科技创新导报，２００９（５）．　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ