聚丙烯纤维混凝土的特性评价及其在桥面铺装中的应用

论文导读：用聚丙烯纤维混凝土修筑路面。抗磨性能降低。聚丙烯纤维混凝土在桥面铺装中的施工工艺及质量控制。施工质量控制。性能，聚丙烯纤维混凝土的特性评价及其在桥面铺装中的应用。
关键词：聚丙烯纤维混凝土，性能，施工工艺，质量控制
 

聚丙烯纤维混凝土（PPC）就是在普通混凝土中掺入适量聚丙烯纤维（Polypropylene）而成的一种新型复合材料，近几年来在国内得到迅速发展。用聚丙烯纤维混凝土修筑路面，可显著提高混凝土的抗拉、阻裂、抗渗、抗冻、耐疲劳、高韧性等性能。普通混凝土在浇筑初期，会产生塑性收缩，使混凝土产生龟裂，影响其整体性。在温度应力及其他外力作用下，很容易发展成为裂缝或碎裂，从而影响到混凝土的耐久性，抗磨性能降低，钢筋容易锈蚀。下面结合桥面维修工程实际对聚丙烯纤维混凝土的特点、施工及质量控制分述如下。

1 聚丙烯纤维材料的物理性能

聚丙烯纤维混凝土中掺加的聚丙烯纤维因其不同的加工生产方法而区分为单丝、网状、粉状等。按其长度又可分为各种不同规格，最佳长度为5～19mm,向量直径为0.02～0.048mm，抗拉强度不低于350MPa，聚丙烯纤维的主要性能指标见表1。

表1 聚丙烯纤维的主要性能指标

2 聚丙烯纤维混凝土的特点

聚丙烯纤维是一种耐酸碱性好，化学稳定性强的高分子材料，具有抗老化不变质特点，加入混凝土基料中，在搅拌机的搅拌下，受到水泥、砂石料的冲击混合作用，成束的纤维会被撕裂成大量的单独的纤维（不会纠缠成团），以三维的方式均匀分布在混凝土中，能迅速地与混凝土材料均匀混合。由于纤维微细，比表面积大，每1cm3混凝土中有近二十条纤维，故能在混凝土内部形成一种乱向支撑体系，能有效控制混凝土早期的塑性收缩、干缩等非结构性裂缝的产生和发展；有效阻碍骨料的离析，阻碍沉降裂缝的形成；大大提高混凝土的阻裂、抗渗、抗冲击性能，增加混凝土的韧性和耐磨性，从而使混凝土结构物的寿命大大延长。与普通混凝土相比它具有以下几个特点。

2.1对混凝土阻裂作用的提升

纤维在混凝土中呈三维立体分布，可以有效降低微裂缝尖端的应力集中，可使混凝土因干缩引起的拉应力削弱或消除，阻止微裂缝的发生和扩展。在塑性混凝土中，聚丙烯纤维起到了支撑集料的作用，可以减少和抑制混凝土的离析倾向，故而减少甚至阻止了混凝土的表层裂缝的产生。因为普通混凝土浇注初期成流塑态时，其中比重大的物质如砂石等会自然地因自重向下移动，同时逼使自重较小的水向上运动，因而会形成条条微细裂纹，形成所谓的“塑性收缩龟裂”（亦即混凝土的“凝缩”或“干缩”）。所以在普通混凝土中，这种塑性收缩龟裂总是或多或少地早已潜伏存在混凝土中，严重影响了混凝土的整体耐久性。掺入聚丙烯纤维后，大量分布均匀的纤维限制了混凝土浇注初期不同比重物质的相对运动，首先抑制了毛细管的发展，进而抑制了塑性龟裂裂纹的产生，提高了混凝土的整体性。

美国圣荷西州大学等试验结果表明，纤维网对混凝土龟裂程度的控制效果比普通混凝土高出90%～100%，这就保证了凝固后的混凝土有较大的密度，能够发挥较高的强度。加上纤维网的约束作用，能够更好地抵抗温度变形和其他外力引起的裂缝发展。（试验结果见图1）。试验条件：混凝土试件暴露于实验室空气中，并置于风扇之下，以10～15m/min的速度吹向试件。实验室温度为22℃±2℃，相对湿度为24%±1%，经3h后，关闭风扇，然后将试件转移至室外暴露21h，用计数法评估试件各龄期的裂缝情况。

2.2对混凝土抗渗性能的改善

聚丙烯纤维可有效的减少混凝土的塑性裂缝，并抑制裂缝的发展和相互贯通。均匀分布的纤维单丝形成了承托体系，阻碍了表面析水和集料的沉降，降低了混凝土的泌水性，减少了混凝土的泌水通道，使混凝土中的孔隙率大大降低，故而使混凝土的抗渗性有明显的提高。（试验结果见图2）。试件龄期为28天，初始水压为0.1MPa,之后每经8h增加0.1MPa, 最大达到1.4MPa为止。

2.3对混凝土抗冻融性能的提高

由于混凝土中的聚丙烯纤维的存在可以有效的减少多次冻融循环而引起的抗拉应力集中，阻止了微裂缝的进一步发展。另外由于混凝土抗渗性的提高，当然也有利于改善其抗冻融性（试验结果见图3）。试件尺寸为100×100×350mm圆柱形，龄期为28天，冻结温度为（-17±1）℃，解冻温度为（8±1）℃，共进行300次冻融循环，每一循环为4h。

2.4对混凝土抗冲击性和韧性的提高

聚丙烯纤维有助于吸收混凝土构件受冲击时的动能，并且由于纤维的阻裂效应，在混凝土受冲击荷载作用时，聚丙烯纤维可以阻止内部裂缝的迅速发展，故而可以有效增进混凝土的抗冲击性和韧性（试验结果见图4和图5）。试验表明，由于纤维网在混凝土中的牵扯约束作用，混凝土破裂前聚丙烯纤维大约有15%的拉长，承担了部分破裂能量，从而使混凝土的柔韧性比普通混凝土大约提高40%，抗冲击能力提高了1倍，抗疲劳性能也增加了3倍。

2.5对混凝土耐久性的改善

由于聚丙烯纤维良好的阻裂效果，从而大大减少裂缝的发生和扩展，南边孔隙率的降低，使得外部环境中的水分、化学介质、氯盐等侵蚀、渗透减缓，也就是说，需要由裂缝提供的使破坏性、腐蚀性作用逐渐渗透并扩大到渠道大量减少，大大减轻了对结构主筋的锈蚀，从而使混凝土的耐久性得到了极大的改善和提高。

3 聚丙烯纤维混凝土在桥面铺装中的施工工艺及质量控制

3.1 配合比设计

聚丙烯纤维的加强作用是物理过程，不是化学过程，在混凝土配合比中不需要增加水或改变配合比比例，所以聚丙烯纤维的掺入不改变混凝土配合比。如混凝土配合比已经确定，聚丙烯纤维的加入也不改变原来的配合比。根据符合技术规范要求和经济合理的原则，经过试配对比试验，确定本桥面C40聚丙烯纤维混凝土铺装采用表2所列的配合比。

表2 C40聚丙烯纤维混凝土配合比

3.2 施工工艺

3.2.1 旧桥面铺装层的处理

在聚丙烯纤维混凝土浇注前，首先将原桥面铺装层用人工配合风动凿岩机全部凿除，用空压机将桥面彻底清理，并用水冲刷干净。由于本桥为双幅桥，所以以桥面中轴线为界，分两幅施工，在桥面防撞栏上及人行道路缘石上弹墨线以做标记。

3.2.2 钢筋铺设及模板支立

按图纸设计位置及间距精确地施放钢筋，对于局部厚度小于设计要求的部位，加铺钢筋网补强。论文写作，性能。模板安装时严格保证纵、横向的顺直度和坡度以及顶部高程，并牢牢加固，不得跑模。严格检查钢筋网与结构层顶面的净距。论文写作，性能。论文写作，性能。

3.2.3 聚丙烯纤维混凝土的拌合及运输

聚丙烯纤维混凝土采用双卧轴强制式搅拌机拌合。论文写作，性能。聚丙烯纤维混凝土拌合与普通混凝土相同，应对各种材料进行准确称量，水和水泥的误差为1%，集料为3%，纤维与碎石同时加入，按每立方米混凝土加入0.9Kg聚丙烯纤维，然后强制搅拌3～4min后，与普通混凝土一样出料运输。论文写作，性能。在混凝土运输过程中应保证混凝土不发生离析现象，本工程中混凝土搅拌机置于桥头处，运距短，采用三辆小型混凝土搅拌运输车运送，未发生离析现象。

3.2.4 聚丙烯纤维混凝土的浇注振捣

聚丙烯纤维混凝土运送至施工地点倾倒后，用人工大致摊铺整平，将振捣梁放置在两侧钢模板上，开动振动电机，可用插入式振捣器以及平板振动器配合振捣，人工配合再次整平。振捣时间以混凝土停止下沉，不再冒出气泡并泛出水泥浆为准，不宜过振。振捣时注意振捣器行程方向一致，振捣梁托平后再用刚滚筒依次滚压，进一步提浆整平，压面后表层纤维呈毛状突起，分布均匀，不影响光洁度，采用刮杠找平、滚杠提浆、木模抹面2遍、铁模压面4遍地施工工艺。由于掺入聚丙烯纤维后，混凝土的坍落度有一定降低，振捣后与普通混凝土不同，出浆量相对减少，应及时对表面进行抹平。在抹平过程中，可能有部分纤维露出表面，影响抹平，这是应人工拍打进行抹平。

3.2.5 养护与刻纹

成型桥面应及时采用湿法养生，终凝后覆盖塑料薄膜潮湿养护10天。在此期间封闭交通，待强度测试达到设计要求时方可开放交通。压纹和假缝锯割作业应比普通混凝土滞后约0.5～1.5h，这样可以避免缝边因存在纤维网而出现拉毛现象。在施工中根据现场条件、气温以及经验，经试验确定。

3.3 施工质量控制

聚丙烯纤维混凝土从原材料检验、配合比设计到拌合、浇注，每一道工序都有专人负责。为保证混凝土的级配准确，集料仓采用电子秤配料，重点对聚丙烯纤维混凝土的搅拌、聚丙烯纤维的投入以及混凝土的振捣加强控制，确保聚丙烯纤维在混凝土中分布均匀。同时严格控制水灰比，加大坍落度检验频率，并按规定对每一工作日浇注的混凝土做试件与桥面混凝土同条件养护。同时，在施工时严格控制立模的精度及模板的加固，注意各工序的衔接，有效地控制桥面的平整度、厚度以及构造深度等技术指标。

4 聚丙烯纤维混凝土铺装与普通混凝土铺装的技术、经济比较

本工程中两幅桥面分别采用聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土铺装，按照选定的普通混凝土配合比，通过掺入聚丙烯纤维进行对比试验，同一单位同期施工，排除了施工环境因素及材料价格对工程的影响，其技术指标及经济指标具有很强的可比性，主要指标对比如下。

4.1 主要力学性能比较

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