聚丙烯纤维混凝土的防水机理及应用方法

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现今的建筑物向高、大、宽发展，平面形状复杂，产生的约束力大而复杂，这样混凝土裂缝就比普通混凝土结构的裂缝多得多，而高强、大流动度的混凝土密实性能满足混凝土的抗渗等级要求。所以从防水角度来看，应从过去注重混凝土的密实性转向注重混凝土的抗裂性问题。

　　一、混凝土的本体结构防水措施

　　（一）膨胀补偿型

　　在混凝土中掺入适量膨胀剂，经水化反应生成32水硫铝酸钙结晶体产生膨胀，使混凝土凝结后体积微膨胀来补偿混凝土的凝结收缩应力，从而达到抗裂目的，如UEA膨胀剂等。但存在以下特点：①可靠度低，受施工条件、环境等因素影响大，如在42h内不及时连续浇水养护，不但不膨胀反而会收缩开裂；②掺量的范围较小，搅拌均匀度要求高，稍过量就会膨胀，产生裂缝或安全性不稳而龟裂，量稍小则达不到效果。

　　（二）填充密实型

　　在混凝土中掺入适量浮化的液态高聚物化学材料，使混凝土在拌合和凝结时高分子聚合物破乳，形成网状结构，填充和堵塞混凝土中的毛细孔隙而达到防水作用。但由于此种材料价格昂贵，如氯丁胶乳、环氧乳液等，所以也不是很适合在实际工程中应用。

　　（三）减水密实型

　　通过掺加各类型的减水剂，减小单位体积中水泥和水的用量，使混凝土中的水化热减小，减小混凝土的收缩裂缝，提高混凝土的密实性，达到密实防水的目的。但减水剂的用量必须严格控制。

　　（四）憎水型

　　一般是通过高分子材料与水泥中化学组分结合，生成具有憎水性的网状化合物，分布在混凝土的颗粒之中，使水分子在混凝土之间的界面表面张力提高而产生憎水效果。但在实践中很少单独使用。

　　（五）抗裂防水型

　　在混凝土中掺入适量的微纤维，搅拌过程中微纤维均匀地扩散到混凝土中，由于微纤维与混凝土有极强的结合力和抗拉强度，每立方米混凝土中含有数千万条的高抗拉强度的微纤维，从而产生了全方位的增强效果，削弱了混凝土的收缩应力，减少了混凝土收缩裂缝。堵塞混凝土中的道路，从而达到防水效果。

　　综上所述，抗裂防水措施在混凝土本体刚性防水措施中，具有设计、施工方便及经济性等明显的优势。聚丙烯纤维混凝土作为防水措施即属于抗裂防水型。

　　二、聚丙烯纤维混凝土的防水性能及机理

　　混凝土专用聚丙烯纤维的物理性能如下：密实0.91g/cm³；抗拉强度276Mpa；极限拉伸15％；无毒；耐酸碱性极高；熔点165℃；燃点593℃；导电、导热性极低。

　　聚丙烯纤维混凝土的防水属于刚性本体防水，通过改善混凝土的抗裂和抗渗两个途径来提高防水性能。其防水机理建立在对混凝土的固结、收缩的微观研究基础上。

　　（一）提高混凝土抗裂性能的机理

　　聚丙烯纤维阻滞混凝土的塑性收缩裂缝的产生和限制裂缝的发展。混凝土的塑性开裂主要发生在混凝土硬化前，特别是在混凝土浇筑后4-5h内，此阶段由于水分的蒸发和转移，混凝土内部的抗拉应变能力低于塑性收缩产生的应变，因而引起混凝土内部塑性裂缝。掺入聚丙烯纤维后，由于其分布均匀，起到类似筛网的作用，减缓了由于粗粒料的快速失水所产生的裂缝，延缓了第1条塑性收缩裂缝出现的时间。同时，在混凝土开裂后，纤维的抗拉作用阻止了裂缝的进一步发展。试验表明，混凝土塑性裂缝面积、裂缝最大宽度及失水速率均随着纤维体积含量的增大而降低，说明聚丙烯纤维有效地提高了混凝土的抗裂性能。

　　（二）提高混凝土抗渗性能的机理

　　在混凝土中掺入适量聚丙烯纤维后，均匀分布在混凝土中彼此相粘连的大量纤维起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水与集料的沉降，从而使混凝土中直径为50～100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低，有效提高了混凝土抗渗能力。此外，由于纤维的存在，减少了混凝土的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生，因而减少了渗水通道，提高了混凝土的抗渗性能。聚丙烯纤维混凝土和素混凝土抗渗性能试验结果表明；纤维含量为0.5、0.7、1.0㎏/m³的聚丙烯纤维混凝土抗渗能力分别比普通混凝土提高64％、73％和75％。

　　由于以上分析可知，聚丙烯纤维可以大提高混凝土抗裂、抗渗能力，作为混凝土本体刚性自防水的效果显著。聚丙烯纤维加高效减水剂的防水方案，目前已为国内外众多防水专家所肯定，可广泛应用于地下室、屋面、蓄水池、污水池等工程。

　　三、聚丙烯纤维混凝土的施工要点及注意事项

　　聚丙烯纤维掺入混凝土中，除不适宜采用人工搅拌外，对搅拌及施工工艺无特殊要求，只要适当保证搅拌时间即可，一般为3～5min.搅拌可先将砂、石、水泥与水在搅拌机内均匀拌合后再加入纤维，亦可先将纤维与砂、石、水泥干拌后再加水湿拌，整个搅拌时间较拌制普通混凝土适当延长1～2min.为改善拌合物的和易性，可掺加适量的引气剂、减水剂或高效减水剂，也可掺入不超过10％的粉煤灰。拌合好的纤维混凝土由搅拌站运至工地，时间不应超过30min；否则应在混凝土运到工地后再加入聚丙烯纤维。

　　四、聚丙烯纤维混凝土在防水工程中的应用实例

　　（一）上海瑞安广场地下室外墙工程

　　上海瑞安广场2层地下室面积为1100㎡，基础埋深-0.8m。因受地铁影响，地下室分两期施工，第1期外墙总长约250延m，采用普通防水混凝土C50，数月后发现有数10条垂直细裂缝，渗入严重。第2期外墙总长约70延m，混凝土设计强度等级C50。采用宁国42.5R普通硅酸盐水泥、中砂、5～25㎜连续级配碎石，掺加一定量的Ⅱ级粉煤灰和聚丙烯纤维及混凝土外加剂。实践证明，纤维混凝土对防止墙体细裂缝的出现是有效的。后来又在污水池、水箱等结构中应用，至今，这批纤维混凝土构筑物均未发现因干缩而引起的微细裂缝，无渗漏现象。

　　（二）广州万景台地下室工程1998年8月广州市距珠江边仅20m在万景台工程3层地下室基坑支护采用喷锚网工艺，考虑基坑临江面抗裂抗渗要求高，仅在该面的喷射混凝土中加入0.07％体积掺量的聚丙烯纤维（不临江的另外三面未掺入纤维）。工程完工后，尽管该面水压较高，但未发现裂纹，仅在两边锚头有轻微渗水；而其他三面均发现了不同程度的裂缝，多处锚点渗漏严重，说明聚丙烯纤维对控制和防止混凝土的塑性收缩裂缝、提高抗渗性有显著功效。

　　五、结语

　　在混凝土（砂浆）中添加适量聚丙烯纤维是克服其开裂的有效途径，纤维在混凝土（砂浆）中形成的乱向支撑体系，会产生一种有效的二级加强效果，能较大幅度提高混凝土的抗渗性和抗裂性。