聚丙烯纤维材料在公路工程中的应用

李晓冬

（上海港湾工程质量检测有限公司，上海 200000）

0 引言

公路工程是现代交通建设的重要组成部分，其质量和性能直接关系到公路的耐久性和安全性。为了提高公路工程的性能和使用寿命，聚丙烯纤维材料作为一种重要的增强材料被广泛应用于混凝土中。聚丙烯纤维材料具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐久性好等优良特性，可以有效地改善混凝土的抗裂性能、抗疲劳性能和抗冲击性能。因此，研究聚丙烯纤维材料在公路工程中的应用具有重要的意义。

1 聚丙烯纤维材料的特点

聚丙烯纤维材料是一种由聚丙烯（polypropylene）聚合物制成的合成纤维材料，其具有如下特点：

1.1 高强度

聚丙烯纤维具有较高的强度，表现在以下几个方面：

首先，聚丙烯纤维具有较高的拉伸强度，即在受到拉伸力的作用下，纤维不容易断裂。这使得它可以增强混凝土、水泥基材料等工程材料的拉伸承载能力，提高结构的抗拉性能。

其次，除了良好的拉伸强度，聚丙烯纤维在受到弯曲负荷作用时仍能保持结构强度和稳定性，能够降低裂缝和损伤的发生率。

最后，聚丙烯纤维能有效提高混凝土、土壤等材料的抗压强度。它能够增强材料的整体刚度和承载能力，使其更能够更大程度地承受来自上方的负载压力。

1.2 轻质

聚丙烯纤维的密度较低，这意味着在使用聚丙烯纤维材料时，整体结构的重量不会显著增加，有助于减轻结构的负担，可以降低对支撑和基础结构的要求。这有助于降低工程成本和施工难度。

1.3 耐酸碱性

聚丙烯纤维对酸、碱等化学物质具有较好的耐腐蚀性能，能够在一定的酸碱环境下保持较好的稳定性。

1.4 良好的耐热性

聚丙烯纤维具有良好的耐高温性能，能够在一定温度范围内保持较好的结构稳定性。

1.5 吸湿性较低

聚丙烯纤维的吸湿性较低，能够迅速排除内部湿气，保持纤维制品的干爽性和透气性[1]。

2 聚丙烯纤维材料在公路工程中的应用

2.1 工程概况

某公路工程地形条件异常复杂，现场施工难度较大，必须加强现场地质勘察和分析，确定最佳的施工方案，满足工程建设和运行的需要。经过地质勘察发现，该工程建设的不良地质条件主要是存在断裂问题，经过现场分析，决定应用聚丙烯纤维喷射混凝土方式施工，结构补强厚度为25cm。

2.2 聚丙烯纤维喷射混凝土配合比

2.2.1 选择原材料

在该工程施工中，需要经过试验分析选择符合工程要求的原材料，并对不同条件下的混凝土抗拉强度展开分析，确定聚丙烯纤维的加入比例为0.8km/m3，强度性能指标达到要求，可以有效抑制裂缝扩展，实现工程施工安全性的提升。经过对聚丙烯纤维混凝土的分析，硬化之后物理性能和质量提升较为明显，28d 的抗折强度达到4.9MPa，抗压强度37.2MPa，抗裂性能提升较为明显。结合施工要求，在混合料拌和环节，应用S12 级防渗及防水的C30 聚丙烯纤维混凝土。该材料主要由下述几种材料组成。

第一，水泥。结合工程需要，选择P.O42.5R 的水泥材料。

第二，聚丙烯纤维材料。根据喷射机输料管的半径、喷射长度等，确定聚丙烯纤维材料的最佳长度，按照不超过50mm 的标准进行设计，最终确定长度为19mm。同时，结合聚丙烯纤维材料的密度、直径、抗拉强度、伸长率、面积、长度和外观等因素对掺量进行分析，以确保聚丙烯纤维材料的掺量符合工程要求。

第三，粗骨料。根据试验参数，并结合国家相关标准，对粗骨料的含泥量、压碎值和空隙率等关键指标进行严格把关，以确保粗骨料的强度性能达到相应标准。

第四，速凝剂。根据工程需要，选择适宜的速凝剂材料，加入比例为4%。28d 的抗压强度超过75%，损失在25%以内，符合工程要求[2]。

2.2.2 确定配合比

进行聚丙烯纤维混凝土施工前，需要根据工程要求，确定混合料的配合比。

首先，在该工程中，根据回弹量设计强度和S12 防渗等级要求，进行管路和喷嘴堵塞情况评估，并设定喷射标准。

其次，在胶骨比设计方面，由于增大水泥加入比例会导致收缩变形增大，减小水泥加入比例则会导致回弹量过大，为满足强度标准要求，该工程将胶骨比设计为1∶3.72。

再次，需要根据工程要求和混凝土性能确定砂率，以达到结构强度和耐久性要求。在该工程中，通过试验分析，确定砂率为50%，坍落度为80～100mm，水灰比为0.49。

最后，在配制过程中，应严格按照配合比设计要求进行配料、拌和，保证混凝土质量。

2.3 设备选型

结合工程要求，准备湿喷机2 台，空压机1 台，拌和机1 台。

2.4 施工准备

在施工前，需要对各项施工机械设备进行检测，确保动力系统、传动系统、液压系统等满足需求。另外，在喷射施工之前，需要采用风枪和特定的喷射材料，清除表面松动、欠挖等部分，并确保受喷面的平整度和黏结力，以保证喷射施工的质量和效果。

2.5 混合料拌和

按照1∶5 的比例拌和速凝剂和水，拌和时间控制在2～3min，以确保速凝剂和水充分混合。对聚丙烯纤维材料、砂子和集料进行充分拌和，确保拌和均匀。同时，适当处理水泥，确保其与其他材料充分混合。拌和完成后，禁止添加纤维材料，以免纤维分布不均匀或结块。在材料拌和过程中按照配合比方案执行，并进行各项参数检测，只有所有参数均符合要求才能使用混合料，如有不合格情况，应作废处理[3]。

2.6 风压水压控制

风压控制。启动喷射设备之后，应先打开进气阀，调节空载运行的压力。在喷射拌料开始后，应适当增加风压并保持相对稳定的状态，根据喷嘴的回弹率进行压力调整，以满足运行压力标准。在施工过程中，压力一般设定为0.3MPa。

水压控制。水压设置过高或过低都可能导致材料回弹等问题的出现。因此，在具体操作过程中，需要根据喷射效果、喷射距离、涂层厚度等因素进行风压和水压的控制和调整，并进行喷射效果评估、喷射距离调整以及涂层厚度控制。通常情况下，水压的设定范围应在0.35～0.70MPa 之间。

2.7 喷射施工

在该工程施工中，聚丙烯纤维喷射混凝土展现出了卓越的应用效果，特别是在隧道初期支护施工中发挥了重要作用。通过细致分析方案和现场情况，采用新奥法开挖隧道施工方式，并采取分段、分层、分片的施工方式，以确保开挖作业阶段和支护喷射作业能够紧密配合，提升支护效果。

在该工程施工中，采用三层喷射方案。

初喷厚度为5cm，待混凝土终凝后开始第二层喷射施工，最后进行第三层喷射施工。后两次喷射施工的厚度需要与喷射角度、方向以及速凝剂的使用等因素相结合进行控制，具体参数还应根据工程位置而定。例如，在拱部的喷射作业中，采用自上而下的施工方式，厚度控制在5～7cm；在边墙结构的喷射作业中，厚度控制在7～10cm；底部的喷射施工也采用自上而下的方式进行，厚度控制在15～20cm。喷枪与喷射面的距离应控制在0.8～1.5m 之间，喷射间隔为20～25min，以确保各个结构层的性能满足标准要求[4]。

2.8 养护管理

对该工程来说，养护施工的核心是预防表面过快干燥和控制收缩应力。在养护工作中，先在喷射结构表面设置测温孔，检测温度参数。由于喷射厚度较小，压力较大，速度变化相对较快，因此在养护施工中，在温度处于相对稳定的条件下，需要加强喷水养护施工。从检测结果来看，经过24h 之后，测温孔的温度达到恒定状态，因此可以执行养护作业。在后续养护环节中，每间隔5h 进行一次喷水，养护时间超过14 天[5]。

3 公路工程聚丙烯纤维材料施工要点

在公路工程中，加强聚丙烯纤维材料施工质量控制是保证工程稳定性和耐久性的关键。

3.1 加强原材料和配合比控制

在选择原材料和制订配合比时，应严格遵循设计要求和相关标准，选用符合要求的聚丙烯纤维材料。聚丙烯纤维的类型、长度、直径等参数需要符合相关标准，并根据工程需要进行适当调整。此外，聚丙烯纤维与水泥、砂子、骨料等混合材料的配合比要合理，确保混凝土的性能达到设计要求。

3.2 加强混凝土拌和控制

在施工过程中，对混凝土的拌和时间、拌和速度和拌和方式进行严格控制至关重要。拌和时间是混凝土拌和的一个关键参数，拌和时间过短可能导致混凝土中各组分无法充分混合，从而影响混凝土的均匀性和强度。相反，拌和时间过长可能会导致混凝土中的空气含量过多，降低其密实性。因此，应根据混凝土的类型、配合比和气温等因素，合理确定拌和时间，确保混凝土在拌和机内达到充分混合状态。

拌和速度的选择直接影响混凝土中各组分的均匀性和混合效果。通常情况下，拌和速度较慢有助于减少混凝土中的空气含量，但需要更长的拌和时间；拌和速度较快能够更快地混合各组分，但可能引起混凝土分层和过度磨损。因此，在确定拌和速度时，应综合考虑混凝土的配合比和拌和机的类型，以获得最佳的混合效果。

拌和方式通常有强制拌和和重力拌和两种。强制拌和通常适用于高强度混凝土或需要特殊配合比的混凝土；重力拌和适用于一般混凝土工程。选择拌和方式时，要考虑混凝土的类型和工程要求，确保拌和方式与工程要求相匹配。因此，应结合工程要求选用适当的拌和方式，以确保混凝土的质量和性能达标。

3.3 加强喷射施工控制

在喷射施工过程中，要特别注意对喷射厚度、喷射速度和喷射压力的控制。喷射厚度的确定应充分考虑具体的施工部位和工程要求，避免材料浪费和成本增加，同时确保工程结构的性能和耐久性达到工程要求。

喷射速度的适当调整是保证喷射施工过程稳定性和喷射均匀性的关键。对于不同的施工部位，可能需要不同的喷射速度。通过调整喷射速度，可以确保混凝土在施工过程中均匀分布，并达到所需的密实度。施工人员应根据具体施工情况进行调整，以确保施工质量。

喷射压力直接关系到混凝土的喷射质量。喷射压力应根据混凝土的特性和设计要求进行精确调整。过高的喷射压力可能导致混凝土分层和过度挤压，从而影响施工效果；过低的喷射压力可能导致混凝土黏性增加，难以均匀喷射。因此，施工人员应根据实际需要，将喷射压力调整在适当范围内，以保证施工质量和性能达标。

3.4 加强质量检查和验收

在施工现场，严格执行相关质量检测和验收标准是确保聚丙烯纤维混凝土工程质量的重要措施。针对聚丙烯纤维混凝土的性能指标，如抗压强度、抗折强度、密实度等，需要进行定期抽样检测和试验室测试，以验证混凝土的质量是否符合工程要求。

第一，抗压强度测试。通过在规定时间内对混凝土样本进行加压测试，评估混凝土的承载能力。

第二，抗折强度测试。通过对混凝土试件进行三点弯曲测试，评估混凝土的抗折能力。此外，需要进行密实度测试，通过测量混凝土的密度和孔隙率，评估混凝土的致密程度。在喷射施工过程中，需要观察喷射施工过程中的喷射厚度、表面光洁度等指标，以及喷射混凝土的硬化情况。通过现场监控，及时发现施工中的问题，并采取相应的纠正措施，以确保工程质量的可控性。

第三，工程验收。通过外观检查、尺寸测量、性能测试等方面对混凝土结构进行检查，以评估混凝土结构的质量和工程效果是否符合设计要求和验收标准。如果存在问题或不合格项，需要及时进行整改和修复，确保工程的安全性和可靠性。

4 结语

综上所述，聚丙烯纤维材料的应用对提高公路工程的建设质量有重要作用。基于此，文章对聚丙烯纤维材料的应用要点进行了探讨，为更好地保证该材料在公路工程中的应用效果，日后还需要加强对该材料应用的研究，不断改进施工技术，以有效提高公路工程建设效果，为公路工程的高质量开展奠定基础。