聚丙烯纤维混凝土性能分析

王宁

（申成路桥建设集团有限公司，河北 保定 071000）

0 引言

聚丙烯纤维混凝土是聚丙烯、纤维和水泥基料（水泥石、砂浆或混凝土）组成的复合材料的统称。聚丙烯纤维混凝土是一种高性能混凝土，其拌合物具有良好的工作性能，即使在密集配筋情况下仅靠混凝土自重而无需振捣也能均匀密实成型。纤维可控制基体混凝土裂纹的进一步发展，从而提高了聚丙烯纤维混凝土的抗裂性。本文将对公路桥梁用聚丙烯纤维混凝土的原材料、配合比、工作性能和力学性能进行分析。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

严格选材，确保材料性能满足要求。最终选定的主要材料如下：P·O52.5 普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂、 聚丙烯单丝纤维、 聚羧酸高性能减水剂。材料的技术指标如表1～表8所示。

表1 水泥技术指标

表2 粉煤灰技术指标

表3 矿粉技术指标

表4 膨胀剂技术指标

表5 聚丙烯纤维技术指标

表6 外加剂技术指标

表7 中粗砂技术指标

表8 碎石技术指标

1.2 混凝土配合比

按照《混凝土应用技术规程》（JGJ/T 283—2012）和《混凝土设计与施工指南》（CCES 02—2004） 的有关要求，采用体积法进行配合比设计及试拌。普通混凝土的基准配合比为：水胶比为0.3，胶凝材料用量为550kg/m3，其中粉煤灰占胶凝材料的15%，矿粉占胶凝材料的15%，砂率为46%，细集料用量为746kg/m3，粗集料用量为861kg/m3，高性能减水剂为胶凝材料用量的1%～2%。在基准配合比的基础上掺入0.9kg/m3的聚丙烯纤维。聚丙烯纤维混凝土的配合比详见表9。

表9 聚丙烯纤维混凝土的配合比 单位：kg/m3

2 试验方法

混凝土搅拌方法如下：将称量好的骨料、胶凝材料倒入搅拌机干拌1～2min，之后加入纤维再干拌1～2min， 再加入高效减水剂和水拌和2min 左右，停止搅拌并观察是否有离析、纤维成团等状况，然后进行工作性能检测。

按照规程采用坍落扩展度试验和V 形漏斗试验、U形仪对聚丙烯纤维混凝土的工作性能进行检测。

坍落扩展度采用标准坍落度筒和一块1000mm×1000mm 的硬质不吸水钢板进行测试，从开始装料到提离坍落度筒的整个过程应不间断进行，且不进行任何捣实与振动，在150s 内完成。试验过程中必须保证钢板润湿。

V 形漏斗试验用以测定混凝土的稠度和填充性，以两次试验混凝土全部流出时间的算术平均值作为V形漏斗试验结果。润湿V形漏斗，将混凝土拌合物由漏斗的上口一次性填入漏斗至满，装料的整个过程不应搅拌或振捣，并用刮刀沿漏斗上口将混凝土拌合物试样的顶面刮平，静置10s，然后打开出料口密封盖，测量漏斗内混凝土全部流出所用的时间。

设置钢筋栅的U形仪是用来检测混凝土拌合物在有阻挡情况下的抗离析性能和钢筋通过能力。润湿U 形仪，用混凝土将前槽填满抹平，静置1min 后，提起闸板使混凝土流进后槽。当混凝土停止流动后，分别测量前后槽混凝土的高度，以计算填充的高度差h。

混凝土设计标准为：新拌混凝土的坍落度扩展度为650mm±50mm，V 形漏斗通过时间为5～15s，U 形仪检测的填充高度差≤30mm。聚丙烯纤维混凝土的工作性能检测结果见表10。

表10 聚丙烯纤维混凝土的工作性能

由表9可知，随着纤维掺量的增加，新拌混凝土扩展度减小，U 形仪检测的高度差h 增大，聚丙烯纤维混凝土工作性能逐步降低。当纤维掺量大于1.2kg/m3时，新拌混凝土的工作性能不满足工作要求。

3 混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度试验

按照以上配合比和《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002） 成型100mm×100mm×100mm 的立方体试件，进行标准养护后，测定不同纤维掺量混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度值，结果分别如图1和图2所示。

图1 抗压强度

图2 劈裂抗拉强度

试验结果表明，在纤维掺量从0 增加至0.6%的过程中，聚丙烯纤维混凝土的抗拉强度变化极小，劈裂抗拉强度的变化也较小；随着纤维量的进一步增加，聚丙烯纤维混凝土的抗压强度略有降低，但劈裂抗拉强度提高明显。聚丙烯纤维混凝土的抗压强度主要与纤维混凝土基体界面有关，当聚丙烯纤维掺入量较少时，其对混凝土力学性能的影响较小，若聚丙烯纤维掺入量较大，则会导致界面薄弱层增多，使得混凝土的抗压强度有所降低；由于聚丙烯纤维的阻裂作用，混凝土的劈裂抗拉强度得到提高。

4 工程应用

某公路桥梁桥面使用C50聚丙烯纤维混凝土进行施工，对不同浇筑部位分别进行工作性能和抗压强度检测，检测结果如表11 所示。混凝土的泵送性能优良，在搅拌出槽后纤维分散均匀， 没有絮凝成团现象，拌合物表现出良好的保水性和黏聚性。现场纤维混凝土外观光洁，无肉眼可见裂纹。

表11 C50聚丙烯纤维混凝土工作性能和抗压强度检测结果

5 结语

聚丙烯纤维混凝土具有良好的工作性能和力学性能，适合用于结构加固和复杂的、难以浇筑的部位，聚丙烯纤维和膨胀剂二者的复合叠加效应可有效抑制混凝土开裂。该材料的应用使得结构外观光滑，无蜂窝、麻面等现象，是一种理想的工程材料。