聚丙烯复合纤维混凝土在水利工程中的应用.pdf

浙 江建 筑 ， 第 2 8卷 ， 第 4期 ， 2 0 1 1 年 4月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n，Vo 1 2 8，No 4，Ap r 2 0 1 l 聚丙烯 复合 纤维混凝 土在水 利工程 中的应 用 Ap p l i c a t i o n o f Po l y p r o p y l e n e Co mp o s it e F i b e r Con c r e t e on Hy dr au l i c En g i n ee r i n g 林娇 青 ， 余锐 ， 刘 圣尧。 L I N J i a o q i n g，Y U Ru i ，L I U S h e n g y a o ( 1 江西蓝天学院土木系 ， 江西 南昌 3 3 0 0 9 8 ； 2 江西省公路科研设计院 ， 江西 南昌 3 3 0 0 0 0； 3 浙江省水利河 1：3 研究院 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 2 0 ) 摘要： 沿海水 工构 筑物要求 混凝土具有 良好的抗渗 、 抗裂 、 抗磨损 、 抗 冲击韧性 和耐久 性 ， 而 聚丙烯复 合纤维混 凝土作 为一 种新型 的建筑材料 ， 能满足 上述 的这些性 能 ， 在水 利工程 中得到 了广泛 的应用 。以下主要介 绍 聚丙烯复合 纤维 混凝士 的基本 性 能 ， 并结合聚丙烯复合纤维混凝土 在沿海水工构 筑物中的应 用 ， 对其发展前景进行了展望。 关键词 ： 聚丙烯复合纤 维混凝 土； 抗裂 ； 耐久性 ； 应用 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 7 2 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 83 7 0 7 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 6 9 0 2 由于海 工构筑 物长期受 海水侵 蚀 、 渗 入 、 冲刷 、 冻 融等的影响较大 ， 使其 比其他构筑物的工作环境更为 恶劣和复 杂 ， 极 易导致 混凝 土腐 蚀 破坏 。 因此 防止 或 减少混凝土结构的过早腐蚀破坏 ， 延长混凝土结构的 寿命 ， 即提高 沿海地 区水工构筑 物 的混凝 土耐 久性 问 已成为 国内外工程 界普遍关 注 的问题 。 在 沿 海 混凝 土 结 构 中 ， 由于 氯 盐 的 侵蚀 引起 钢 筋 锈蚀 ， 最终 引起 混 凝土 结 构破 坏 ， 被 公认 是 导致 沿 海 工程 混 凝 土 结 构 破 坏 的 主 要 原 因 。而 混 凝 土 的裂 缝 又是 影 响钢筋 锈蚀 和 混凝 土耐 久性 的最 重 要 因素之一 ， 裂缝的存在大大促进氯离子进入混凝土 中的速度 ， 从 而导 致钢 筋锈 蚀 破坏 的发 生 。 因此 ， 为 了减 少氯 盐 引起 的 混凝 土腐 蚀 破坏 ， 除 了采 取 提 高 混凝 土 的密实 性 ， 增加 混凝 土保 护层 厚 度等 措施 外 ， 还 要最 大 限度地 防止混 凝 土裂缝 的产 生 。 1 聚丙烯复合纤 维混凝土 的主 要性 能 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 ， 简称 P P F R C) 是 近 年 来 迅 速 发 展 起 来的一种优 良且应用广泛 的新型复合材料。与普通 混 凝 土相 比较 ， 聚 丙 烯 纤 维 混 凝 土 在 延 性 、 耐 久 性 、 抗 冲击 性及 耐磨 性 等方 面有 更 为优 良的特性 。它 能 增 强混凝 土 早期 抗 拉 强 度 ， 减 少 混 凝 土 非 结 构 性 裂 缝 的产 生 ， 改善 混凝 土 的抗渗 、 抗 裂 、 抗 磨 损等 性能 ， 又 可提 高混 凝 土 的抗 冲击 性 、 柔 韧性 和疲 劳性 。 聚 丙烯纤维 的价格低廉 ， 掺人的工艺简单 ， 已在国内外 得 到 了广 泛应 用 。 聚丙烯复 合纤维 为聚丙 烯 ( 皮 ) 和 聚酯 ( 心 ) 两种 材料复合形成的双组分纤维， 其纤维芯为聚脂材料 ， 利 用 了聚酯 材料 相 对 于聚 丙烯 材 料所 具 有 的更 高 的 强度 ； 外包聚丙烯材料 ， 使纤维与混凝土结合更好 ， 且 聚丙烯较之 聚酯 材料更 耐 碱性环 境 ， 耐 久性 更好 。其 次 ， 该纤维 比重大于 1 0 ， 在混凝土 中分散性更易保证 。 2 工 程应 用 2 1 工 程 概 况 本工程位 于沿海地 区， 总 围垦面积 约6 7 6 h m2 ， 主要 目的是 围涂 造地 ， 发 展水产 养殖 ， 进 行土地 开 发 ， 建 设 高标 准 海 塘 ， 提 高 围 区 及 沿 海 地 区 的 防洪 ( 潮 ) 排涝 能 力 ， 促 进 城 市 化 发 展 。本 工 程 由 南 、 北 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 11 9 作者简介 ： 林娇青 ( 1 9 8 1 一 ) ， 女 ， 浙江 台州人 ， 讲 师 ， 从 事建 筑结构 专业的教学与研究工作。 7 0 浙江建筑 t 2 0 1 1 年第2 8 卷 直 堤 、 顺 堤 、 水 闸 、 排涝河 及 围区 配套工程 组成 ， 由排 涝河 道分 割 ， 围 区分 南北 两片 子 围区 ； 布 置两 座排涝 闸 ， 分别 为城东 闸和 白龙 港 闸 ， 另 布 置 两 座 纳潮 闸 ， 沿顺堤分别布置在南北围区。为满足近期围区养殖 区进排水要求 ， 南北围区设计 3座排水节制 闸。另 为保 证现状 养殖 区 的纳 排水 ， 同 时不 与新 围区河 道 交叉 污染 ， 拟在 南 区老 塘外 侧布 置 两座节 制 闸。 2 2设计 方案及 材料 性 能 为 了提 高海 堤 延 伸段 栅 栏 板混 凝 土 的抗 裂 、 抗 冲击 、 抗磨损性能及混凝 土韧性 ， 提 高栅栏板耐久 性 ， 减少维修费用 ， 栅栏板预制及现浇部分混凝土中 均掺入聚丙烯复合纤维。聚丙烯复合纤维不仅能改 善 上述 混凝 土 的性 能 ， 而且 与水 泥基 体相 容性好 ， 化 学性能稳定 ， 价格低廉 ， 无毒， 环保。 由于 聚丙烯 复合 纤维 的掺 人不影 响混 凝土 的配 合 比， 根据技术规范要求和经济合理的原则 ， 经过试 配 比试 验 ， 本 工 程 混 凝 土 采 用 C 3 0 ， 配 合 比 为 水 泥 ： 水 ： 砂 子 ： 碎 石 ：1： 0 4 7：1 7 4 ： 3 3 7 ， 每 1 m 混 凝土 聚丙烯 复合 纤 维 的 掺入 量 为0 9 k g 。所 用 的 水 泥 为普 通硅 酸 盐 水 泥 3 2 5号 ； 粗 骨 料 为碎 石 ， 粒 径 为 5 2 5 ， 级配 连续 ； 细 骨 料 为河 砂 ， 级 配 为 中砂 ， 且 级配 良好 。 本工程聚丙烯复合纤维的技术性能指标见表 1 。 表 1 聚丙烯复合纤维性能指标 由于聚丙烯复合纤维抗拉强度、 弹性模量和断裂 延伸率等试验难度较大 ， 以上试验取消， 但所用产 品 都是经出厂检验合格的产品， 并要求供货商提供的质 量保证 文件 中有关技术 指标应达 到工程的要求 本工 程进 行 了纤维 抗裂性 能 的纤维 混凝 土收 缩 裂缝 试验 ， 该试 验 主要 检 测 纤 维 降 低混 凝 土 早 期 收 缩裂缝的有效性。试验方法按 纤维混凝土结构技 术规程( C E C S 3 8 ： 2 0 0 4 ) 附录 D， 试验 中纤维混凝土 和对 比用 的基 体混 凝 土 各 2组 ， 试 验 所 得 限 裂 等级 应 达到一 级要 求 。纤 维在 混凝 土拌 和物 中分散 性检 验在确定施工工艺参数 ( 主要是混凝 土搅拌时间和 水灰 比) 时检测 一 次 即可 ， 分 散性 不 再 检验 ， 施 工 过 程 中须按此 确定 的参 数施 工 。 工程施工前 对混凝土进行 了掺和不掺聚丙烯 复合纤 维 的对 比试验 ， 试验 结果 见表 2 。 表 2普通 混 凝 土 与聚 丙 烯 复合 纤 维 混凝 土 的试 验结 果 比 较 根 据试 验 结 果得 到 ， 在 普 通混 凝 土 中掺 入 聚丙 烯复合纤维后 ， 聚丙烯 复合纤维会降低混凝土的坍 落度 ， 但仍能较好地满足施工要求 ； 聚丙烯复合纤维 对不同龄期的混凝土强度会有一定 的降低 ， 但是降 低 的 幅度 较小 ， 不会 显著 影响 混凝 土的强 度 。 2 3 施 工 工 艺 ( 1 ) 安排人 员专 门 负责 添 加 聚丙 烯纤 维 和 聚酯 纤 维 ， 在加 入 干料 ( 砂 石 、 水 泥等 ) 之后 ， 加 水 之前 投 入 ， 其配合 比保 持不 变 。 ( 2 ) 拌和 时 间适 当 延 长 ， 比普 通 混 凝 土 延 长 3 0 6 0 s ， 以保证纤维能在混凝土中混合均匀。 ( 3 ) 纤维混凝土拌面压光较普通混凝土费工 ， 压 光一般 需二 次 完成 。为 避免 将 纤 维 勾 出 ， 混凝 土 出模 后压 面 时尽量 利用钢 或铁 质抹子 。 ( 4 ) 混 凝 土养护 同普通 混凝 土一样 。 2 4工 程 效 果 本工程聚丙烯复合纤维混凝土 的施工实践表 明 ， 聚丙烯 复合 纤维 经过 一段 时间 的充分 搅拌 后 ， 完 全可以搅拌均匀 纤维不打弯 ， 不结团， 施工方便 ， 不 需要改变原来的配合 比， 能较好地提高混凝 土的抗 压 强 度 、 抗 渗 性 和 耐 久 性 ， 同 时 可 以 有 效 的 降 低 成 本 。 3 结 论 与普通混凝土相比， 聚丙烯纤维混凝土具有减 少干缩裂缝产生 ， 提高抗冲击力 ， 提高抗渗性 ， 易施 工 ， 节省养护及维修 费用 ， 适用性广泛 ， 使用效果显 著等优 点 ， 在水 利 工 程 中得 到 了广 泛 的应 用 。但 是 聚丙烯复合纤维混凝土作为一种新型的建筑材料 ， 在我 国的研究和应用时间不长 ， 还需要通过大量 的 试验和工程实践去进一步认识它的性 能， 更好地在 工程 中推广 应用 。 参 考 文 献 1 田俊峰， 王胜年 ， 黄君哲 ， 等 海港工程混凝土 耐久 性设计与寿 命 预测 J 中国港湾建设 ， 2 0 0 4( 6 ) ： 13 2 卢安琪 ， 祝烨然 ， 李克亮 ， 等 聚丙烯纤维混凝 土试验研究 J ， 水利水运工程学报 ， 2 0 0 2 ( 4) ： 6 1 6 3