聚丙烯纤维混凝土应用实例.pdf

第 4 3 卷第 1 1 期 2 0 1 2年 1 1月 Vo 1 4 3 No 1 l NO V 2 O1 2 建 筑 技 术 Ar c hi t e c t u r e Te c hn o l o g y 聚丙烯纤维混凝土应用实例 崔 扬 马小军 ，薄怀师2 ，王东军2 ，刘秀峰 ( 1 北京建 T四建 程建 设有限公 司， 1 0 0 0 7 5 ， 北京 ； 2 甘肃省 电力公司 ， 7 3 0 0 0 0 ， 兰 I、 I ) 摘要 ：研究总结聚丙烯纤维高强混凝土 的实际应用经验对确保 混凝土防裂抗渗具有重大意义 。 经实际应 用和分析表明， 与普通混凝土相比， 聚丙烯纤维混凝土可抑制混凝土的早期塑性裂缝， 使结构均匀性得到改善， 其抗裂性 、 抗渗i生明显增强。 关键词：混凝土； 聚丙烯纤维； 损伤； 硫酸盐腐蚀； 干湿循环； 防渗； 抗裂 中图分类号 ： T U 7 5 5 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 2 ) 1 1 1 0 3 7 0 2 EXAM PLES FoR APPLI CATI oN oF PoLYPRoPYLENE FI BER CONCRETE C U I Y a n g ，MA X i a o - j u n ，B O H u a i - s h i ，WA N G D o n g - j u n ，L I U X i u f e n g ( 1 B e i j i n g F o u r t h C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， 1 0 0 0 7 5 ，B e ij i n g ，C h i n a ； 2 G a n s u E l e c t r i c P o w e r C o r p o r a t i o n 7 3 0 0 0 0 L a n z h o u，C h i n a ) Abs t r a c t ： Aft e r r e s e a r c h， i t i s c o n c l u d e d t h a t p r a c t i c a l e x p e r i e n c e s i n a p p l i c a t i o n o f p o l y p r o p y l e n e fib e r h i g h- s t r e n g t h c o n c r e t e a r e s i g n i fic a n t f o r e n s u r i n g c r a c k r e s i s t a n c e a n d i mp e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e P r a c t i c a l a p p l i c a t i o n a n d a n a l y s i s r e s u l t s h o w t h a t p o l y p r o p y l e n e fib e r c o n c r e t e ， c o mp a r e d wi t h o r d i n a r y c o n c r e t e， c o u l d p r e v e n t e a r l y p l a s t i c c r a c k o f c o n c r e t e a n d i mp r o v e s t r u c t u r a l u n i f o rm i t y a n d t h a t i t s c r a c k r e s i s t a n c e a n d i mp e rm e ab i l i t y a r e o b v i o u s l y i mp r o v e d Ke y wo r d s ：c o n c r e t e ； p o l y p r o p y l e n e fi be r ； d a ma g e ；s u l f a t e c o r r o s i o n； a l t e r n a t i o n o f we t t i n g a n d d r y i n g ； i mp e rm e a b i l i t y ； c r a c k r e s i s t a n c e 调度通讯楼工程紧邻黄河。 是甘肃省重点工程、 国 家电网重点工程， 建筑面积9 0 6 9 1 m 2 ， 建筑高度1 8 8 m， 是甘肃省第一高楼，兰J 、I、I市新地标建筑。由于结构较 高， 同时该楼的地下1 ， 2 层配备了电力电压设施， 因此 对地下1 ， 2 层的结构及构件的强度、 抗裂防渗陛能要求 较高。为此， 在电力公司调度通讯楼的地下1 ， 2 层采用 了强度等级为C 6 0 的聚丙烯纤维高强混凝土。 根据工程特点，混凝土中掺适量的聚丙烯纤维， 以改善混凝土的物理力学陛能， 提高基体的变形能力， 增加混凝土的抗裂防渗效果。有效控制了混凝土塑生 收缩、 干缩和温度应力引起的裂缝， 从而提高了混凝土 抗裂防水能力。 1 聚丙烯纤维 混凝 土试 配 本工程所 用材料包括 ： P O 4 2 5 R 普通硅 酸盐水 泥； 细度模数为2 8 ， 表观密度为2 6 4 0 k g m 的中砂 ； 粒 径为5 2 5 m m 的破碎碎石： I 级粉煤灰 ： 等级为s 9 5 的 矿渣粉； 当量直径为2 5 + 5 m 的聚丙烯纤维。 1 1 聚丙烯纤维混凝土的配制 聚丙烯纤维混凝土生产前，应严格进行普通混凝 收稿 日期 ： 2 o 1 2 0 7 1 2 作者简介： 崔扬( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 河北承德人， e m a i l ： b e e g l z x m b 1 6 3 e o m 土配合比设计，当混凝土的各项工作性能指标满足泵 送及施工要求时，在普通混凝土配合比设计的基础上 每m 。 混凝土掺入0 9 k g 聚丙烯纤维进行搅拌， 在生产过 程中， 聚丙烯纤维混凝土搅拌时间延长3 0 s ， 以确保混 凝土出站时各项陛能均达标 ， 最终生产出抗裂、 防渗以 及泵送 、 施工均达标的纤维混凝土。 聚丙烯纤维混凝土 的配合比设计及工作性能和强度见表1 ， 2 。 1 2 纤维混凝土的使用效果 在混凝土浇筑完成后，对浇筑完的混凝土构件严 格按相关规范的规定进行养护，达到养护期的混凝土 结构构件墙面、 板面平整光滑， 均无任何裂纹产生。可 见聚丙烯纤维能够明显提高混凝土的抗裂 、 抗折性能， 对混凝土的长期性和耐久性起到很好的作用。 2 纤维混凝土的工作性能 2 1 纤维混凝土的抗裂性分析 有关试验表明，在混凝土中乱向分布的纤维可削 弱混凝土塑陛收缩及冻融时的张力； 其次 ， 聚丙烯纤维 在混凝土内部形成的乱向撑托体系， 可有效防止细骨 料的离析， 对粗骨料分离也起到一定作用； 再次 ， 聚丙 烯纤维的存在消除了混凝土早期的泌水性，从而阻碍 了沉降裂纹的形成。试验证明， 与普通混凝土相比， 当 纤维体积掺量为0 1 时， 纤维混凝土抗裂能力可提高 1 0 3 8 建筑技术 第 4 3 巷第 1 1 期 表 1 聚丙烯纤维混凝土配合比 k g r n 3 矿 粉煤 膨胀 聚丙烯 细， 卡 i 骨 外加 强度 级 水泥 7 K 粉 剂 纤维 料 料 刷 L I ) ( 3 5 f ) 8 3 2 0 7 0 7 0 2 6 7 8 7 l 0 0 2 1 6 5 l O 0 -2 _ ( 4 0 P 8 3 6 5 8 0 5 0 2 9 7 8 9 9 6 5 1 7 0 l 2 O C3 5， P 8 3 2 0 7 0 7 0 2 6 09 7 8 7 l 0 0 2 l 6 5 l 0 ( ) 1 ( ： 4 0 P 8 3 6 5 8 0 5 0 2 9 0 9 7 8 9 9 6 5 l 7 0 l 2 0 表 2 聚丙烯纤维混凝土工作性能和强度 埘糟 7 t l 抗J -J , 强 2 8 d 抗雎 2 8 d 抗折 r 作性 能 m m 度 MP a 强度 MP a 强度 MP a 拌 合物牾体 I 作性 3 4 8 4 4 6 4 7 J 8 O 能 良 ，可采送 流动性 、 包裹性 、 和 l 8 5 易性 各项性能均好 ， 4 0 5 5 1 1 5 1 J 泉送 拌合物流动性 、 包裹 l 7 5 件 、和易性各项性能 3 5 2 4 5 7 5 8 均妤 。 易象送 拌合物流新 、 包裹 1 8 O 、和 易性髯项性能 4 1 3 5 1 4 6 3 均 好， 易 送 近 1 0 0 。可见 ， 聚丙烯纤维的使用可有效抵抗混凝土 因温差而引起的补偿性裂缝( 图1 ) 。 裂缝 裂缝 ( a ) ( b ) 罔 1 纤维对裂缝的约束机理 ( a ) 机理1 ； ( b ) 机理2 ； 纤维混凝土的抗裂机理具体表现在以下两个方 面 ： ( 1 ) 塑生裂缝总是从混凝土表面的原生微裂缝处开 始扩展。 当微裂缝的长度大于纤维的间距时 ， 纤维将跨 越裂缝起到传递荷载的桥梁作用( 图1 a ) ， 使混凝土内的 应力场更加连续、 均匀， 使微裂缝尖端的应力集中得以 钝化， 裂缝的进一步扩展受到约束。( 2 ) 裂缝长度小于 纤维间距的原生裂缝扩展遇到纤维时，纤维将迫使其 改变延伸方 向或跨越纤维生成更细微 的裂缝 场 ( 图 l b 1 ， 显著增大了微裂缝扩展的能量消耗 。 2 2 纤维混凝土的抗渗性分析 混凝土在凝结硬化过程中会不断收缩，在混凝土 内部引起微裂缝。由于聚丙烯纤维均匀乱向分布于混 凝土内部 ， 故微裂缝在发展过程中会遭遇纤维阻挡 ， 从 而阻断裂缝发展达到抗渗作用。 大量试验表明，聚丙烯纤维的掺入口 l 显著减少裂 缝数量及其长度和宽度 ， 降低混凝 土的渗水量 ， 提高混 凝 土的抗渗性能 ；同时收到阻断混凝土内毛细作用的 效果。 混凝土中均匀而任意乱向分1布的短纤维对混凝 士 的增强机理 ， 存在以下两种解释 ： 一种是纤维间距机理 ( 义称纤维阻裂机理 ) ， 理论分析与实验证明， 当纤维的 平均中心间 E J J 于7 6 m m ，纤维混凝土的强度均得 以提高 ； 男一种是复合材料机理 ， 理论出发点是复合材 料构成的混合原理 ， 将纤维混凝土看成纤维强化体 系， 并应用混合原理来推定纤维混凝土 的抗拉和抗 弯强 度 ， 提出了纤维混凝土强度 与纤维的掺人量 、 方向 、 长 径比以及粘结力之间的关系。 3 结语 ( 1 )与普通混凝土相 比， 聚丙烯纤维混凝土抑制 了混凝土早期塑性裂缝， 使结构均匀性得到改善， 其抗 裂性 、 抗渗f 生明显增强。 ( 2 )本丁程中应用的高强聚丙烯纤维混凝土满足 本 T程实际结构较为复杂 、使用功能较为特殊的各项 指标 ， 保证了本工程结构混凝土的强度 、 抗裂 、 抗渗 、 耐 久性的要求。 参考文献 1 J 左晓宝， 孙伟 硫酸盐侵蚀下的混凝士损伤破坏全过程 l J l 硅酸 盐学报，2 0 0 9 ，3 7 ( 7 ) ： 1 0 6 3 1 0 6 7 2 汪廷秀， 高建明， 丁平华， 等 干湿交替作用 卜 混凝 L 抗硫酸盐侵蚀 性能研究 J 混凝士与水泥制品， 2 0 1 l ( 2 ) ： 1 7 2 1 3 1 M o n t e i r o P a u l o J M， K u r t i s K i m b e r l y E T i me t o f a i l u r e f o r C O I 1 c r e t e e x p o s e d t o s e v e r e s u l f a t e a t t a c k J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ，2 0 0 3 ，3 3 ( 7 ) ：9 8 7 9 9 3 4 Marc h a n d J ，S a m s o n a E ，Ma l t a i s a Y ，e t a1T h e o r e t i c a l a n aly s i s o f t h e e f f e c t o f w e a k s o d i u m s u l f a t e s o l u t i o n t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 2 ，2 4 ( 3 4 ) ：3 l 7 3 2 9 5 N a j i m i M ，S o b h a n i J ，P o u r k h o r s h i d i A R D u r a b i l i t y o f c o p p e r s l a g c o n t a i n e d c o n c r e t e e x p o s e d t o s u l f a t e a t t a c k J C o n s t r u c t i o n a n d Bu i l d i n g Ma t e r i a l s ，2 01 1 ，2 5 f 4 ) ：1 8 9 5 1 9 0 5 6 K MA H o s s a i n ，M L a e h e m i P e r f o r m a n c e o f v o l c a n i c a s h a n d p u mi c e b a s e d b l e n d e d c e me n t c o n c r e t e i n mi x e d s u l f a t e e n v i r o n - m e n t J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ， 3 6( 6 ) ：1 1 2 3 一 l 1 3 3 7 J i n Z u q u a n ， S u n We i ， J i a n g J i n y a n g ， e t a 1 D a m a g e o f c o n c r e t e a t t a c k e d b y s u lf a t e a n d s u s t a i n e d l o a d i n g J _ J o u rna l o f S o u t h e a s t U n i v e r s i t y ( E n g l i s h E d i t i o n ) ， 2 0 0 8 ，2 4 ( 1 ) ： 6 9 - 7 3 8 B a s s u o n i a M T ， N e h d i M L D u r a b i l i t y of s e l f - c o n s o l i d a t i n g c o n c r e t e t o s u lf a t e a t t a c k u n d e r c o mb i n e d c y c l i c e n v i r o n me nt s a n d f l e x u r al l o a d i n g C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e arc h ，2 0 0 9 ，3 9 ( 3 ) ： 2 0 6 - 2 2 6 9 滕海 文， 黄峰洲， 马德 云， 等 硫酸盐 与多因素共 同作 用下混凝 土的 耐久性研究 J 建筑技术， 2 0 1 0 ， 4 1 ( 9 ) ： 8 3 4 8 3 6