浅谈聚丙烯纤维的阻裂作用

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摘　要:对现浇混凝土裂缝产生的原因进行了分析,并结合工程实例从商品混凝土原材料控制的角度加以讨论,从而提出了改善混凝土抗裂性能的措施和方法。

关键词:商品混凝土;裂缝;聚丙烯纤维

中图分类号: TU377. 9 + 4; TU592　　　文献标识码: B　　　文章编号: 1008 - 3707 (2006) 08 - 0081 - 02

　　混凝土由于其抗压强度高,材料来源广泛,成本低廉等优点,被广泛应用于房屋建筑工程、道路桥梁工程、码头水利工程及水泥制品。另一方面却因其抗拉强度低,极限变形小,脆性大,不耐冲击等缺点,特别是现代建筑规模日趋增大,结构混凝土强度日趋提高,以及泵送混凝土的广泛使用,使混凝土早期裂缝的产生十分普遍。这种裂缝不仅对建筑物的防水产生不利影响,而且对建筑物的耐久性和安全性产生很大影响,成了长期困扰建筑师们的一大问题。

1　聚丙烯纤维的阻裂作用

　混凝土是抗压性能良好而抗拉性能很差的材料,其极限拉伸应变很小,因而极易产生裂缝。在长期研究和实践应用中,人们发现在混凝土中掺加纤维能提高混凝土的抗拉能力,从而克服和减少裂缝的产生。纤维品种很多,有钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、合成纤维。合成纤维又可分为聚丙烯纤维( PP纤维) 、维尼纶纤维( PVA纤维) 、晴纶纤维( PAN纤维)等。钢纤维、碳纤维用于混凝土中成本太高,非特殊工程很少使用; 而玻璃纤维耐碱性较差,且暴露于大气中强度和韧性会大幅度下降,因此应用受到一定的限制。合成纤维(特别是聚丙烯纤维)以其耐酸、耐碱、耐腐蚀、化学稳定性好、安全无毒、相对密度小、质地轻,与混凝土有较好的粘聚柔和性,握裹力很高等优点而得以广泛应用。聚丙烯纤维掺入混凝土的阻裂作用可分为两个阶段,一是在水泥混凝土硬化前(塑性混凝土)的阻裂作用,

二是在混凝土硬化过程中的阻裂作用。

　　1. 1　混凝土硬化前均匀分布在混凝土中的聚丙烯纤维三维网络结构,在一定程度上支撑着集料,阻止粗、细骨料的沉降,能有效地防止和抑制混凝土产生离析倾向,减少混凝土表面砂浆层太厚而产生表面裂缝。同时,当混凝土成型后,表面水分因阳光、空气流动的作用开始蒸发时,聚丙烯纤维能承受部分混凝土收缩而产生的拉应力,从而减少裂缝的产生和发展。
　　1. 2　混凝土硬化过程中当混凝土开始凝结时产生干燥收缩,一般水泥用量越大,用水量越大,空气中湿度越小,干缩量也就越大。当混凝土结构内产生的拉应力超过混凝土即时的抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝。同样,在混凝土处于约束的情况下,当温度变化时(水化反应产生水化热)会在混凝土结构内部产生温度拉应力,其拉应力超过混凝土抗拉强度时也会导致出现裂缝。聚丙烯纤维由于具有较高的抗拉强度(可达280～400 MPa) ,当聚丙烯纤维以三维网络结构均匀分布在混凝土中的时候,依靠纤维与水泥基料的结合力,可以大大提高混凝土的抗收缩能力,从而有效地控制了裂缝的产生。

2　聚丙烯纤维在工程实例中的应用

　　乐清市市民活动中心大楼地下室东西长170 m多,南北宽80 m多,底板厚500 mm,局部承台深达2. 5 m,属超大体积混凝土结构。混凝土等级为C30抗渗P6,采用泵送混凝土,施工坍落度要求为( 120±30) mm,设计建议掺加高性能建材纤维。根据工程实际情况,对不同纤维进行了对比分析,最后确定采用由宁波大成新材料股份有限公司研制生产的强纶建材纤维。这是一种由聚脂和聚丙烯同心复合制成的高性能建材纤维,其主要技术指标如表1。

　　根据公司推荐的强纶建材纤维应用比例参数,并参考其提供的由国家混凝土制品质量监督检验中心测试的一组数据,试验配合比如表2,试验数据表3。

　　另外,根据文献提供的杜拉纤维不同掺量试验结果判断,随着掺合量的增加,抗压强度有小幅下降,抗折强度略有增高,抗裂性能、抗渗性能指标提高较大。浙江省城乡规划设计院设计人员结合已完工工程的经验,确定本工程地下室结构混凝土掺加

　　纤维量为0. 9 kg/m3。同时委托浙江大学土木工程测试中心对C30混凝土添加0. 9 kg/m3 强纶纤维混凝土的抗折、抗裂性能和C30普通混凝土进行对比试验,试验结果也表明抗裂性能有较大提高。乐清市市民活动中心于2005年12月7日至12月28日完成了地下室底板及墙板的混凝土浇捣。经过业主及施工单位、监理单位每个月的跟踪检查,未发现明显裂缝。于2006年5月17日对基础部分进行工程验收,地下室墙板表面光洁,没有发现干缩和温度裂缝,墙面没有渗水及湿渍现象,大面积底板没有发现裂缝,根据回弹仪测试,强度也符合要求,收到了理想的效果。通过不同掺量对比试验,确定本工程地下室结构混凝土掺加纤维量为0. 9 kg/m3。分别于2005年12月7日至12月28日完成了地下室底板及墙板的混凝土浇捣,由于掺加了强纶建材纤维而明显减少了混凝土的干缩和温度裂缝,施工情况表明整个大面积的底板未发现明显裂缝,收到了理想效果。
3　结　语

　　该工程实例证明,水泥混凝土中掺加聚丙烯纤维是一种结构成型后防止裂缝出现的有效手段。它大大提高混凝土的抗裂性能,提高了混凝土的密实性从而提高了混凝土的抗渗性能以及其他性能,故可以在工程中广泛使用。