聚丙烯纤维在大体积混凝土中的应用

李记恒 （甘肃第一建设集团有限责任公司，甘肃 兰州 730050）

0 前 言

为了改善混凝土的抗渗性能、抗压强度低、抗折强度低，控制混凝土因水化热过大而引起的温度裂缝和收缩裂缝，满足对混凝土高强度、高韧性的要求，通过在混凝土中掺加聚丙烯纤维来达到上述要求。

聚丙烯纤维是采用100%聚丙烯为原料，经过特殊工艺加工处理而形成的高强度束状单丝复合纤维，其固有的耐强酸、耐强碱、弱导热性及稳定的化学性能，掺加到砂浆或混凝土中可有效控制砂浆、混凝土在初期塑性收缩阶段中因温度变化等因素引起的微裂缝隙，防止及抑制微裂缝的产生及发展，大大改善混凝土的防裂和抗渗性能、抗冲击和抗震能力，且使用范围广泛，适用于地下室底板、顶板、墙体、屋面、水池、道路、外墙抹灰等工程中，是砂浆、水泥混凝土工程防裂抗渗的一种新型理想材料，目前已经被广泛使用。

新建宝鸡至兰州铁路客运专线兰州枢纽工程（BL-LZSN-II标段）中，为了改善大体积混凝土在初期收缩阶段出现裂缝而影响工程质量，在混凝土中掺加适量聚丙烯纤维，从而大大提高混凝土的抗压强度、抗渗性能，抑制了微裂缝的产生及发展，为今后聚丙烯纤维在大体积混凝土中应用提供参考依据。

1 工程概况

新建宝鸡至兰州铁路客运专线兰州枢纽工程（BL-LZSN-II标段），基础筏板为大体积预拌混凝土，强度等级为C35，抗渗等级为P6，混凝土方量为5000m3，采用分层浇筑循序渐进的施工方法，要求在50h内浇筑完毕。

2 混凝土原材料的选用及设计配合比

2.1 西客站基础筏板混凝土设计要求

设计要求的西客站基础筏板混凝土抗压强度为C35，抗渗等级为P6，混凝土筏板密度为20m，长度为40m，高度为3m，总的混凝土方量为5000m3。

2.2 材料准备

西客站基础筏板混凝土所采用的各种原料均为业主招标采购，各标号混凝土所用原材料均相同，其品种、规格和来源如下。

聚丙烯纤维：采用甘肃开元土工材料有限公司生产的聚丙烯纤维，当量直径为26.29μm，断裂强度为662MPa，纤维密度为0.91g/cm3，长度为15cm，掺量为0.9kg/m3。

水泥：采用祁连山股份有限责任公司生产的祁连山牌P.O42.5级普通硅酸盐水泥，比表面积为328m2/kg，初凝时间为2h50min，终凝时间为3h45min，28d抗折强度为8.5MPa，28d抗压强度为44.1MPa，安定性合格。

砂：采用产地为中川的洗砂，细度模数为2.6，属于II区中砂，表观密度为1620kg/m3,堆积密度为1670 kg/m3，含泥量为1.9%。

石子：采用大青沟5～31.5mm的连续级配的碎石，表现密度为2690 kg/m3，堆积密度1600 kg/m3，空隙率为39%，压碎指标为5.7%，针片状含量为5.1%。

粉煤灰：采用西固宏达热电厂F类II级粉煤灰，细度为16%，需水比为97%，烧矢量为4.1%。

膨胀剂：采用北京成城交大建材有限公司生产的I型膨胀剂，膨胀率为0.031%。

水：采用符合预拌混凝土要求的饮用水。

外加剂：采用北京成城交大建材有限公司生产的CC-3型缓凝高效减水剂，减水率为21%。

2.3 混凝土设计配合比

试验依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）设计配合比。为了减小水泥水化热带来的不利因素，配合比设计时采用了用粉煤灰替代部分水泥，替代量为单方水泥用量的21%，为了防止温度裂缝和收缩裂缝，满足抗渗等级P6的要求，掺加了6%的膨胀剂，在普通配合比数据不变的情况下掺入0.9kg/m3的聚丙烯纤维，经试验室试配调整形成3个配合比，再选用一个不掺加聚丙烯纤维的配合比组成4个配比进行比较，确定了西客站基础筏板混凝土C35P6的配比，其配合比见表1。

2.4 主要的试验方法

本试验依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）设计配合比，在普通配合比数据不变的情况下掺入0.9kg/m3的聚丙烯纤维，经试验室试配调整形成3个配合比，再选用一个不掺加聚丙烯纤维的配合比组成4个配比进行比较，确定了西客站基础筏板混凝土C35P6的配比。力学性能试验依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB／T50081）进行，耐久性试验依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB／T50082）进行试验。

3 结果与讨论

掺加聚丙烯纤维后混凝土的性能指标见表2。

依据生产厂家提供的使用说明书，在普通配合比数据不变的情况下掺入0.9kg/m3的聚丙烯纤维，混凝土初始塌落度明显减小，通过调整用水量和外加剂掺量，在满足混凝土坍落度在180mm～220mm之间，满足混凝土的可泵性及设计要求，混凝土的初凝时间达到8h以上。

4 结 论

4.1 混凝土的初始性能

聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土相比，在配合比相同的条件下。聚丙烯纤维混凝土的泌水率减小，塌落度明显减小，对混凝土的早期收缩起到了一定的限制，使混凝土早期收缩有所降低，有效控制了混凝土的早期收缩裂缝，掺入纤维的混凝土，纤维在混凝土内部起到了阻隔通道作用，阻止骨料的沉降，提高了混凝土的均匀性。

4.2 混凝土的抗压强度

聚丙烯纤维混凝土与普通大体积混凝土相比，抗压强度有了一定提高，但提高幅度不大，大约是1%左右，在抗压强度试验中，普通混凝土试件在达到极限荷载时压力机读数突然降低，试件表面出现材料剥落，表现为明显的脆性破坏，而纤维混凝土试件达到极限荷载时，压力机读数慢慢下降，试件表面出现许多裂缝，而不呈现材料表面明显的剥落现象，这说明聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土具有较强的抗裂、抗变性能。

4.3 混凝土的抗渗性能

聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土都能满足设计要求，P6等级的情况下，剖开试件后，普通混凝土断面的水侵入高度为6cm左右，而聚丙烯纤维混凝土中的水漫高度在4cm左右，这是因为混凝土中的聚丙烯纤维减小了基体的失水表面，增加了水份迁移难度，一定程度上减小了毛细管张力，减小了混凝土的裂缝，提高了混凝土的抗渗能力。

混凝土配合比（kg/m3） 表1

掺加聚丙烯纤维后混凝土的性能指标 表2

5 聚丙烯纤维混凝土的施工特点

聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土在生产过程中相比较有以下区别，普通混凝土在生产过程中按常规投料顺序进行，即砂—石—水泥—水—纤维—外加剂，搅拌出料后发现纤维分散不均匀，有纤维被水泥浆包裹形成团块的现象，为了改变这一现象的发生，改变投料顺序，即砂—石—纤维—水泥—水—外加剂，搅拌出料后发现，纤维与砂、石经搅拌后，分散相对均匀，再无纤维结成团块的现象发生。为了混凝土能够搅拌均匀，纤维混凝土的搅拌时间较普通混凝土延长15～30s。

6 结 语

在新建宝鸡至兰州铁路客运专线兰州枢纽工程中，使用聚丙烯纤维混凝土较好的满足了混凝土的设计要求，利用了聚丙烯纤维能够减少混凝土的塑性收缩裂缝和龟裂的特定，弥补了大体积普通混凝土容易产生收缩裂缝，温度裂缝的不足，施工证明聚丙烯纤维混凝土可以提高内部黏结能力，提高混凝的抗裂能力和抗冲击能力，减小了混凝土的脆性，补偿温度抗裂和收缩裂缝。总之，掺入聚丙烯纤维对提高混凝土力学能力，改善其内部结构，防止裂缝有着明显的特点。

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