聚丙烯纤维混凝土在桥面连续及伸缩缝中的应用.pdf

第 3 1卷 第 1 期 2 0 0 3年 1月 东北林业大学学报 V o j 3 I N o 聚 丙 烯 纤维 混 凝 土 在 桥 面 连 续 及 伸 缩 缝 中的应 用 王黎 明 ( 东北 林 业大学 ， 哈尔滨 ， I 5 0 0 4 0 ) 唐 维 中 ( 解放 军 6 5 4 1 I部 队后 勤部 ) 郭 浩 ( 东 北林 业大学 ) 摘要探 讨聚 丙烯 短 纤维掺 加 于 普通 混 凝 土 中改善 混凝 土 抗 冲击 、 抗 冻等性 能 的 作 用机 理 ， 结 合 实例 介 绍 了聚 丙烯 纤 维混凝 土在桥 面连 续及 伸 缩缝 中的应 用。 关键 词 聚 丙烯纤 维混 凝土 ； 抗 冲 击性 ； 抗 冻性 ； 桥 面连 续 ； 伸 缩缝 分类 号U 4 4 3 3 l Ap p l i c a t i o n o f Po l y pr o p y l e n e F i b e r Re i nf o r c e d Co n c r e t e t o t h e J o int o f Co n t i n u o u s S l a bd e c k a n d t h e Ex p a n s i o n J o int o f B r i d g e Wa n g L i mi n g ( N o r t h e a s t F o r e s t r y U n i v e r s i t y ，Ha r b i n 1 5 0 0 4 0， P RC h i n a ) ； T a n g We i z h o n g ( T h e C h i n e s e PL A 6 5 4l l T r o o p s )：Gu o Ha o ( No rth e a s t F o r e s t ry Un i v e r s i t y ) J o u r n a l o f No rth e a s t F o r e s t ry Un i v e r s i t y 一2 0 0 3， 3 l (1 ) 一4 95 O Ch a r ac t e r s o f c on c r e t e s uc h a s i mp a ct r es i s t a nc e a nd f r o s t r e s i s t a nc e c an be i mp r o ve d i f t h e p o l y p r o p yl e ne f i be r i s mi x e d i nt o t he pl a i n c on c r e t e Co mb i n ed wi t h t he c o nc r e t e e x a mp l e，t he a pp l i c at i o ns o f po l yp r o py l e n e f i b e r r ei n f o r ce d c o n c r e t e t o t h e i o i n t o f c o n t i n u o u s s l a bd e c k a n d t h e e x p a n s i o n j o i n t o f b r i d g e wa s i n t r o d u c e d K e y wo r d s Po l y p r o p y l e n e fi b e r r e i nfo r c e d c o n c r e t e；I mp a c t r e s i s t a n c e ；F r o s t r e s i s t a n c e；J o i n t o f c o n t i n u o u s s l a b d e c k；E x p a n s i o n j o i n t 2 O世纪 8 O年 代 以 来 随着 化 学 工 业 的发 展 ， 大 批 的合 成 纤 维纷 纷 出现 ， 它 们 即能 起 到传 统 金 属纤 维 增 强 混 凝 土 韧性 和 抗疲 劳 性 的作用 ， 同 时又 有施 工简 单 、 耐 腐 蚀 的特 点 ， 使 它 们 特别 适 合应 用 于 暴 露 在 外 且 受 到 反 复 荷 载 冲击 作 用 的 路 面 、 桥面 等处 。文 中对 典型 的聚 丙烯 纤 维 混凝 土 ( P o l y p r o p y l e n e F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e ， 以下 简 称 P F R C) 进 行 了 研 究 ， 同时 介绍 了其 在 桥梁 伸缩 缝及桥 面连 续 中 的应 用 实例 。 1 P F R C的 特 性 1 1 聚 丙烯 纤维 的 主要 性能和 作 用机理 聚丙 烯 纤维 是一 种典 型的 聚烯 烃 类 结 晶 聚合 物 ， 分 为 单 丝 和 网状 ， 其 物理 、 化 学性 能基 本相 同 ， 其物 化 特 征见 表 1 ( 短 纤 维 ) 。 表 1 纤维 的主要 物化特 征 注 ： 数据 取 自美 国 G o o d Ro a d牌 网状聚丙 烯纤 维说 明书 。 与传 统 的钢 纤维相 比较 ， 聚丙 烯 纤 维耐 腐 蚀 、 无 磁 性 ， 施 工简便 易 行 且价 格便 宜 。而碳纤 维 、 石棉 纤 维 、 玻璃 属 于高 弹 纤维 ( FE ， 1 ) ， 其 中碳 纤维 性能 全面 胜过 钢材 ， 但是 价格 昂 贵 ， 而 石棉 和玻 璃纤 维 对环境 有 一定污 染 。 低 弹纤 维 ( E ， 1 ) ， 如 聚 丙 烯 、 尼 龙 ， 其 价格 低 、 强 度 大 ， 无 污染 ， 近年 来发 展 较 快 。其 中聚 丙 烯 的性 价 比 、 加 工 工 艺等 相 对又 较尼 龙 等纤 维 有 一定 的优 势 。与 混 凝 土 比 较 其 容 质量 约 为 混 凝 土 的 0 0 0 4倍 ， 弹 性 模 量 约 为 0 0 50 1 5 倍 。抗 拉强 度约 为 1 0 0倍 。可 以看 出聚丙 烯纤 维是 一 种 高强 低 弹 的材 料 ， 混 凝土若 发生 变形 ， 则 在纤 维 发生 较大 的约 束应 第 一作 者 简介 ： 王 黎 明 、 男 ， 1 9 7 5年 1 1月生 ， 东 北 林 业 大学 土 木 ： L程学 院 ， 助教 。 收 稿 日期 ： 2 0 0 2年 7月 1 7 3日。 责任 编辑 ： 戴芳 天。 力前 即 已破裂 。所 以掺人 聚丙 烯不 会 显著提 高 混凝 土 的抗 拉 强度 和 抗压 强度 。 试 验和研 究 证 明掺 人适 量 聚丙 烯 的混凝 土 的性能 将 得到 明显改 善 。 1 2聚丙 烯纤 维 混凝 土性 能 的研 究 聚丙烯 具 有足 够 的强度 和 乱 向分 布使得 掺 人 聚丙烯 纤 维 的砼 可 以抑 制 裂缝 发展 。 由于减 少 裂缝 和 空 洞结 构 ， 使 得 混凝 土 获 得 了以 下 性 能 的改善 。 裂缝 的减少 和 聚丙 烯纤 维 相对 较低 的 弹性模 量 使混 凝 土可 具有 一定 的 韧性 ， 从 而 具 有更 强 的抗 冲 击 能 力 。表 2数 据表 明 ， 掺有 聚丙 烯 纤 维 的 混 凝 土试 件 的抗 冲 击 次数 较 不 掺 纤维 的成倍 提 高 ， 并 随着 纤 维 掺量 的增 加而 增加 ， 这一 性 能对 于受 反 复 冲击 作 用 的路 面 ， 桥 面是 十 分有 利 的。 表 2抗冲 击落重 试验 提 高 了混凝 土 的抗渗 性 东 北 林业 大学 土 木 工程 学 院 所 做 的 试 验结 果 表 明 ， 干 混 凝土 吸水 率 比普通 混 凝土 减少 2 3 9 5 。 提 高 了混凝 土 的抗 冻性 由于 混凝 土渗 透水 降低 而 减 少 了混凝 土 内部 水 分 ， 又 由 于加入 纤 维后 ， 可 以缓解 温 度 变 化 引 起 的 混凝 土 内部 应 力 的 作用 ， 从 而 提高 了混 凝 土 的抗 冻性 。 按混 凝土 抗 冻 试验法 ， 经 2 5次冻 融循 环 ， P F R C无龟 裂现 象产 生 ， 经 1 0 0次 循 环后 强度 符合 要 求 。 1 3 聚 丙烯 纤维 改 善 混凝 上 的抗疲 劳特 性 试验 混 凝土 掺人 聚丙 烯 纤 维 后 ， 其静 力 弹性 模 量 低 于普 通混 凝土 j 、 聚 丙烯纤 维 网掺量 0 9 k g m 时 ， 经 试验 得 到 了如 表 3的 混凝 土理 论抗 疲 劳寿命 结 果 。这 说 明纤 维 网 混凝 土 在 动 力 荷载 作用下 具 有优 良的抗 弯 曲疲劳 性能 。 维普资讯 http:/ 东北林业大学学报 第 3 1 卷 表 3 混 凝土理 论抗 折疲劳 寿命 比较 注 ： 疲劳强度( M P a ) ； 5静载一次作用下 的极限弯拉应力( M P a ) 。 1 4聚丙 烯掺 量 影响 P F R C的强度 我们 在 对 比试 验 中 发 现 ， 掺 量 在 =l 的试 件 的 强 度 普 遍 比素 混凝 土试 件 降低 ， 但是 如果 延 长振 捣时 间 ， 则强 度 有 所 提 高 。表 4是 对 比试 验结 果 。 表 4振 捣时 间对强 度的影 响 注 ： 水泥： 牡丹江 4 2 5 ； 碎石 ： 粒径 5m m 2 0mm； 砂 ： 细度模数 2 8 3的 河砂 ： 纤维 ： 北京保耐威公 司生产 G o o d R o a d牌 网壮 聚丙烯短纤维。 水 泥混 凝 土聚丙 烯纤 维 的掺人 不 能提 高混 凝 土 的强度可 归 结 为 以下 3个 方 面的原 因 ： 纤维 使 混凝 土增稠 ， 流动 度 降低 在 与普 通混 凝 土同 样 的振 捣 条件下 ， 影 响混 凝 土 的密 实度 。 聚丙烯 纤 维的 不亲 水 性 ， 使 其 在 掺人 混凝 土 后 引 入 了 叠 加 的纤 维 基 材 界面 。对 强 度 产 生 不利 影 响 ， 且 骨 料 粒 径 愈 接 近纤维 长度 ， 纤维 与基 材 间界面 作 用越 明显 。 聚丙烯 纤 维较 低 的弹性 模量 。 当然 ， 聚丙 烯纤 维在 混 凝 土 中也 有 一 定 的 阻 裂 和传 递 荷 载 的能 力 ， 对混 凝 土 的强 度 也有 有 利 的 一 面 。我 们 能够 看 到 纤维 混 凝土 的抗 折强 度 比素混 凝土 提高 1 0 一1 6 。 2 P F RC的 应 用 2 1 桥 面连续 及 伸缩缝 处 的问题 伸 缩缝 是 桥面 系设 置的 重要结 构 物 。锚 定 伸缩 缝 的混凝 土 受 到复 杂应 力 的作 用 ， 常 常 发生 锚 固混 凝 土 啃边 、 掉 角 、 凹 坑 、 碎裂 、 锚 固松动 等病 害 ， 首先 被破 坏 。 为 了使桥 面连 续 及伸 缩 缝 混凝 土 在 有 足 够 的强 度 之 外 ， 还 要 具有 坚韧 而抗 冲击 、 抗 渗 、 耐 冻融 、 抗 疲 劳 等特 性 才 能 使 伸 缩 缝牢 固锚 定 ， 消除或 减少 桥面 连续 处 的裂缝 2 0 0 1年 在黑 龙江 省交通 厅 支持 下 ， 东 北 林 业 大 学 土木 工 程 学 院在佳 木 斯思 邈立 交桥 上进 行 了 “ 钢 纤 维混 凝 土 与 聚饼 烯 纤 维混 凝土 应 用于桥 面 连续 与 伸缩缝 ” 的应 用研 究 。 思邈 立交 桥 为鹤 大公 路 佳 木 斯 到七 台河 段 跨 线 立 交 桥 ， 全桥 采 用先简 支后 连 续 施 工 工艺 ， 桥 面 连续 沿 桥 长 方 向 配单 层 0 3 2加强 筋 ， 浇铸 混 凝土 厚 度 1 5 c m， 带 结 构 筋 。伸 缩 缝 采 用 毛勒 c一8 0型 钢伸缩 缝 ， 沿桥 宽 方 向 自钢筋 锚 固于 桥 面 混 凝 土 ， 锚 固长度 达 到 每 边 5 0 c m。我 们 在 其 中 的两 道 桥 面 连 续 及 四道伸 缩缝 中采用 了 P F R C。 经 观察 效果 良好 ， 但有 待 于进 一步 的交 通 与冻融 考 验 。 2 2设计 与施 工要 点 2 2 1 P FRC配 合 比设 计 本试 验要 求配制 C A O及 C 5 0混凝 土各 一种 ， 施 工坍 落度 大 于 3 c m 。经过 2 o余组试 件的试验 ， 确定 了如表 5的施工配合 比。 表 6 P F R C强 度试验 结果 其 砂率 控 制 在 4 5 一4 7 ， 水 灰 比 以混 凝 土 坍 落 度 控 制 ， F D N掺量 为水 泥量 的 1 ； 纤 维掺定 除 5号为 =0 1 1 外 ， 其余 为 0 1 。 2 2 2 P F RC 的 施 工 本 次所用网状聚丙烯纤维 ， 原始 状态为短束 ， 干料拌 制 1 2 m i n后 即可投入 水泥。正常湿拌 3 m i n或延长时 间都不会 出现结 团现象 ， 这说 明网状纤维 的纤度较 单丝 纤维小 ， 更易分散 。 施 工过 程 中 P F R C 比普 通 混 凝 土 和 易 性 更 好 ， 聚丙 烯 的 掺人 对 混凝 土 的其他 工作 特 性影 响不 大 ， 其 流动性 稍 有 降低 ， 但依 然能 正 常振 捣 ， 整 平 过 程 与 普 通 混凝 土 完 全 相 同 。振 捣 时 间 的延 长 对提 高 P F R C的性能 有 利 。振 捣棒 与 平 板振 捣 器 结 合使 用效 果 良好 。 3 结 束 语 P F R C有 着 优越 的技 术 、 经 济 性 能 ， 是 解决 桥 面 连续 与伸 缩 缝处 病 害 的有效 方 法 ， 值得 推 广应 用 。 对于 文 中讨 论 的聚丙 烯纤 维 的掺人 使 混凝 土抗 压强 度 及 抗 折 强度 降低 的 问题 ， 我 们 主要从 两方 面 着手解 决 ， 一是 论证 聚丙 烯纤 维 掺率 与骨 料粒 径 、 砂 率 、 水灰 比 、 搅拌 时 间 、 振 捣 时 间 的关 系 ， 二是 采 用高 弹 一低 弹 混合 纤 维 。 以上 两 方 面 的 研 究 已有人 开展 ， 但是 并 未 形成 如 钢 纤 维 混 凝 土一 样 的完 备 的 理论 体 系 。因此 伴 随 P F R C在 国 内 日益 广 泛 的应 用 对 该 问 题还 有 待于 进一 步 地研 究 。 参 考 文 献 1 朱 江 聚丙烯 纤维 混凝 土在 路面 工程 中的应 用研究 广东 工业 大学 学报 ， 2 0 0 1 ( 7 ) ： 1 82 2 2戴建 国 ， 黄 承达 网状 聚丙烯 纤 维混 凝 土 的 试验 研究 混 凝 土 与水 泥制 品 ， 1 9 9 9 ( 4 )： 3 5 3 6 3 Ha n n a n t D J 著 纤 维水 泥 与纤 维 混 凝 陆 建 业 译 北 京 ： 中 国建 筑 工 业 出 版 社 。 1 9 8 7 4曹诚 ， 王 立军 ， 王德 群 振 动时 间对 合 成纤 维混 凝 土 强度 的影 响 研 究 中 围市 政 ： 【程 ， 1 9 9 9( 1 ) ： 3 33 4 5谷 章昭 ， 邓 咏梅 合成纤维 混凝 土的性 能 及其 【 ： 程应 j 建筑技 术， 2 0 0 0 ( I )： 3 03 I 维普资讯 http:/