聚丙烯纤维在大体积混凝土中的应用.pdf

安徽建筑 2 0 1 4年第 1期( 总 1 9 5期 ) 聚丙烯纤维在大体积混凝土 中的应用 Me k r a l o n i n t h e Ap p l i c a t i o n o f Co n c r e t e i n Ma s s 李 己 恒 ( 甘 肃 第 一 建 设 集 团 有 限 责 任 公 司， 甘 肃 兰 州 7 3 0 0 5 0 ) 摘要 ： 混凝土在初期塑性收缩过程中因水化热过大而引起的温度裂 缝和收缩裂缝， 进而影响混凝土的抗压强度、 抗折强度及抗渗性能等， 影响 工程 结构的耐久性 。文章结合兰州铁 路枢纽工程基 础筏板施 工实 践 ， 对施 工配合 比设 计进行 大胆尝试 ， 在混凝 土配合 比 中掺加 了聚 丙 烯纤 维，既 实现 了混凝土表 面收 缩裂缝 以及 温度裂缝控制 的 目标 ， 又 达到 了大体积混凝 土耐 久性 的要 求。 关键词 ： 大体积混凝土； 聚丙烯纤维； 应用； 混凝土性能 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标识 码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 4 7 0 2 0 前言 为了改善混凝土的抗渗性能、 抗压强度低、 抗折强度低 ， 控 制混凝土因水化热过大而引起的温度裂缝和收缩裂缝， 满足对 混凝土高强度、 高韧性的要求 ， 通过在混凝土中掺加聚丙烯纤 维来达到上述要求 。 聚丙烯纤维是采用 1 0 0 聚丙烯为原料，经过特殊工艺加 工处理而形成的高强度束状单丝复合纤维，其固有的耐强酸、 耐强碱 、 弱导热性及稳定的化学性能， 掺加到砂浆或混凝土中 可有效控制砂浆、 混凝土在初期塑性收缩阶段中因温度变化等 因素引起的微裂缝隙， 防止及抑制微裂缝的产生及发展， 大大 改善混凝土的防裂和抗渗性能 、 抗冲击和抗震能力 ， 且使用范 围广泛， 适用于地下室底板 、 顶板、 墙体 、 屋面、 水池、 道路 、 外墙 抹灰等工程中， 是砂浆 、 水泥混凝土工程防裂抗渗的一种新型 理想材料， 目前已经被广泛使用。 新建宝鸡至兰州铁路客运专线兰州枢纽工程( B L - L Z s N I I 标段) 中， 为了改善大体积混凝土在初期收缩阶段出现裂缝而 影响工程质量， 在混凝土中掺加适量聚丙烯纤维 ， 从而大大提 高混凝土的抗压强度、 抗渗性能， 抑制了微裂缝的产生及发展 ， 为今后聚丙烯纤维在大体积混凝土中应用提供参考依据。 1 工程概况 新建宝鸡至兰州铁路客运专线兰州枢纽工程( B L - L Z S N I I 标段) ， 基础筏板为大体积预拌混凝土， 强度等级为 C 3 5 ， 抗渗 等级为 P 6 ， 混凝土方量为 5 0 0 0 m ， 采用分层浇筑循序渐进的施 工方法， 要求在 5 0 h内浇筑完毕。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 一 O 1 一 O 1 作者简介： 李记恒( 1 9 7 8 一 ) ， 男， 甘肃会宁人， 工程师。 2 混凝土原材料 的选用及设计 配合 比 2 1 西 客站基础筏板混凝土设计要求 设计要求的西客站基础筏板混凝土抗压强度为 C 3 5 ， 抗渗 等级为 P 6 ， 混凝土筏板密度为 2 0 m， 长度为4 0 m， 高度为 3 m， 总 的混凝土方量为 5 0 0 0 m ， 。 2 2材料准备 西客站基础筏板混凝土所采用的各种原料均为业主招标 采购， 各标号混凝土所用原材料均相同， 其品种、 规格和来源如 下。 聚丙烯纤维： 采用甘肃开元土工材料有限公司生产的聚丙 烯纤维 ， 当量直径为 2 6 2 9 IL IT I ， 断裂强度为 6 6 2 M P a ， 纤维密度 为 0 9 1 ， c m ， 长度为 5 e ra， 掺量为 0 9 k g m 。 水泥：采用祁连山股份有限责任公 司生产 的祁连 山牌 P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥， 比表面积为 3 2 8 m 2 k g ， 初凝时间为 2 h 5 0 m i n ， 终凝时间为 3 h 4 5 m i n ， 2 8 d抗折强度为 8 5 MP a ， 2 8 d 抗 压强度为 4 4 1 M P a ， 安定性合格。 砂： 采用产地为中川的洗砂 ， 细度模数为 2 6 ， 属于 I I 区中 砂 ， 表观密度为 1 6 2 0 k g m3 , 堆积密度为 1 6 7 0 k g 1 1 1 ， 含泥量为 1 9 。 石子 ： 采用大青沟 5 3 1 5 mm的连续级配的碎石 ， 表现密 度为 2 6 9 0 k g In ， 堆积密度 1 6 0 0 k g i n ， 空隙率为 3 9 ， 压碎指 标为 5 7 ， 针片状含量为 5 1 。 粉煤灰 ：采用西固宏达热电厂 F类 I I 级粉煤灰，细度为 1 6 ， 需水比为 9 7 ， 烧矢量为4 1 。 膨胀剂： 采用北京成城交大建材有限公司生产的 I 型膨胀 剂， 膨胀率为0 0 3 1 。 水： 采用符合预拌混凝土要求的饮用水。 外加剂： 采用北京成城交大建材有限公司生产的 C C 一 3型 缓凝高效减水剂， 减水率为 2 1 。 2 3混凝土设计配合比 试验依据 普通混凝土配合比设计规程 ( J C J 5 5 2 0 1 1 ) 设 计配合比。为了减小水泥水化热带来的不利因素， 配合比设计 时采用了用粉煤灰替代部分水泥，替代量为单方水泥用量的 2 1 ，为了防止温度裂缝和收缩裂缝 ，满足抗渗等级 P 6的要 求， 掺加了6 的膨胀剂， 在普通配合比数据不变的情况下掺入 0 9 k g m s 的聚丙烯纤维， 经试验室试配调整形成 3个配合比， 再 选用一个不掺加聚丙烯纤维的配合比组成 4个配比进行比较， 确定了西客站基础筏板混凝土 C 3 5 P 6的配比， 其配合比见表 1 。 施 工 技 术 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 _ 重 2 0 1 4年第 1 期 ( 总 1 9 5期 ) 安徽建筑 施 工 技 术 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 2 4主要的试验方法 本试验依据 普通混凝土配合比设计规程 ( J G J 5 5 2 0 1 1 ) 设计配合 比， 在普通配合比数据 不变的情况下掺入 O 9 k g m， 的聚丙烯纤维， 经 试验室试配调整形成 3个配合比，再选用一个 不掺加聚丙烯纤维的配合比组成 4个配比进行 比较 ， 确定了西客站基础筏板混凝土 C 3 5 P 6的 配比。 力学性能试验依据 普通混凝土力学性能 试验方法标准 ( G BT 5 0 0 8 1 ) 进行， 耐久性试 验依据 普通混凝土长期性能和耐久性能试验 方法标准 ( G BT 5 0 0 8 2 ) 进行试验。 3 结果与讨论 掺加聚丙烯纤维后混凝土的性能指标见表 2。 依据生产厂家提供的使用说明书，在普通 配合 比数据不变的情况下掺入0 9 k g , m3 的聚丙 烯纤维， 混凝土初始塌落度明显减小， 通过调整 用水量和外加剂掺量，在满足混凝土坍落度在 1 8 0 m m一 2 2 0 m m之间，满足混凝土的可泵性及 设计要求， 混凝土的初凝时间达到 8 h以上。 4 结论 4 1混凝土的初始性能 聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土相 比， 在 配合 比相同的条件下。聚丙烯纤维混凝土的泌 水率减小 ， 塌落度明显减小， 对混凝土的早期收 缩起到了一定的限制，使混凝土早期收缩有所 降低 ， 有效控制了混凝土的早期收缩裂缝 ， 掺入 纤维的混凝土，纤维在混凝土内部起到了阻隔 通道作用 ， 阻止骨料的沉降， 提高了混凝土的均 匀性 。 4 2混凝土的抗压强度 聚丙烯纤维混凝土与普通大体积混凝土相 比， 抗压强度有了一定提高， 但提高幅度不大 ， 大约是 1 左右 ， 在抗压强度试验中， 普通混凝 土试件在达到极限荷载时压力机读数突然降 低， 试件表面出现材料剥落， 表现为明显的脆性 破坏， 而纤维混凝土试件达到极限荷载时， 压力 机读数慢慢下降， 试件表面出现许多裂缝 ， 而不 呈现材料表面明显的剥落现象，这说明聚丙烯 纤维混凝土比普通混凝土具有较强的抗裂 、 抗 变性能。 4 3混凝土 的抗渗性能 聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土都能满足 混凝土配合比( k g m。 ) 表 1 设计要求 ， P 6 等级的情况下 ，剖开试件后 ，普通混凝土断面的水侵入高度为 6 c m左右， 而聚丙烯纤维混凝土中的水漫高度在 4 c m左右， 这是因为混凝土中 的聚丙烯纤维减小了基体的失水表面， 增加了水份迁移难度， 一定程度上减小 了毛细管张力， 减小了混凝土的裂缝 ， 提高了混凝土的抗渗能力。 5 聚丙烯纤维混凝土的施工特点 聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土在生产过程中相比较有以下区别，普通 混凝土在生产过程中按常规投料顺序进行 ，即砂一石一水泥水纤维一外 加剂，搅拌出料后发现纤维分散不均匀，有纤维被水泥浆包裹形成团块的现 象 ， 为了改变这一现象的发生 ， 改变投料顺序 ， 即砂一石一纤维一水泥一水一 外加剂， 搅拌出料后发现， 纤维与砂、 石经搅拌后， 分散相对均匀 ， 再无纤维结 成团块的现象发生。为了混凝土能够搅拌均匀， 纤维混凝土的搅拌时间较普通 混凝土延长 1 5 3 0 s 。 6 结语 在新建宝鸡至兰州铁路客运专线兰州枢纽工程中，使用聚丙烯纤维混凝 土较好的满足了混凝土的设计要求，利用了聚丙烯纤维能够减少混凝土的塑 性收缩裂缝和龟裂的特定， 弥补了大体积普通混凝土容易产生收缩裂缝， 温度 裂缝的不足， 施工证明聚丙烯纤维混凝土可以提高内部黏结能力， 提高混凝的 抗裂能力和抗冲击能力， 减小了混凝土的脆性， 补偿温度抗裂和收缩裂缝。总 之， 掺入聚丙烯纤维对提高混凝土力学能力， 改善其内部结构， 防止裂缝有着 明显的特点。 参考文献 【 1 】 何伟 聚丙烯纤维混凝土在桥面施工中的应用 J 】 _桥梁工程， 2 0 1 1 ( 1 ) 2 】 孙家瑛 ， 栾峰， 张羽 网状聚丙烯纤维对高性能混凝土耐久性能的影响 J 1 硅酸盐学 报 ， 2 0 0 0 ( 1 2 ) 【 3 陈翠苹 ， 高超 聚丙烯纤维在杭州湾大桥海工混凝土中的应用l j l1 新型建筑材料 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) 【 4 】 卫爱民， 赵涛 聚丙烯纤维混凝土的研究与应用J 1 山东建材 ， 2 0 0 5 ( 2 ) 5 J G J 5 5 2 0 1 1 ， 普通混凝土配合比设计规程【 s 】 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 1 1 虽