聚丙烯网状纤维对桥面铺装砼耐久性的影响.doc

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1、聚丙烯网状纤维对桥面铺装混凝土耐久性的影响长春市建业工程咨询公司赵亚娟长春市市政工程设计研究院李建国徐强 杜艳滔 张君玲长春市政建设集团机械化分公司许言平一、引言 混凝土耐久性是指结构使用期内对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其它破坏过程的抵抗能力。由于混凝土的缺陷(如裂缝、孔道、气泡、孔穴等)，环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，产生碳化、冻融、锈蚀作用而影响结构的受力性能，并且在结构的使用期内还会受到各种机械物理损伤(腐损、撞击)及冲刷、溶蚀、生物侵蚀的作用。所以，大量应用于各类土建工程的混凝土材料在平均不到50年使用期就已经开始劣化，导致一些建筑物仅使用二、三十年甚至更短时间就

2、出现不同程度混凝土结构的劣化。1998年美国土木工程学会的调查结果中，美国现有50万座桥梁，平均每年有150200 座部分或完全倒塌，20万座已有损坏，平均寿命不足20年。这些桥梁之所以过早产生劣损破坏，除荷载增加、地震和船舶撞击外，主要原因就是混凝土的耐久性较差。我国近几年对混凝土结构的耐久性也十分重视，对重要工程都提出了严格的耐久性要求，如在建的杭州湾跨海大桥、东海大桥以及拟建的京沪高速铁路都提出了100年使用寿命的要求，要达到这些要求，混凝土材料首先必须达到相应的耐久性指标，如抗冻性能，抗裂性能，抗钢筋锈蚀，抗碱骨料反应等。 二、聚丙烯网状纤维 聚丙烯网状纤维是以聚丙烯为原材料，通过特殊

3、工艺制造而成的。其外观为多根纤维单丝相互交连而成网状结构。当聚丙烯网状纤维投入到混凝土后，在混凝土搅拌过程中，纤维单丝间的横向连结经混凝土自身的揉搓和摩擦作用而破坏，形成纤维单丝或网状结构充分张开，从而实现数量众多的聚丙烯纤维混凝土的效果。同钢纤维相比，聚丙烯网状纤维在充分分散后获得的聚丙烯纤维单丝具有细度大、数量多的显著优势，加之聚丙烯纤维自身所具备的不吸水、抗酸碱能力强等特性，使其对混凝土的抗渗性、护筋能力、耐酸碱性、抗裂能力、抗塑性变形能力有改善作用。聚丙烯网状纤维性能参数表密度(g/cm3)0.91弹性模量(MPa)3500长度(mm)6,10,12,15,20当量直径( m)100产

4、品形状束状网断裂延伸率(%)10抗酸碱性强吸水性不吸水抗拉强度(MPa)346-560熔点()160170三、聚丙烯网状纤维提高桥面铺装混凝土耐久性的作用机理 聚丙烯网状纤维提高桥面铺装混凝土耐久性主要表现在抗裂、抗冻融、抗渗方面，而上述三方面恰恰是造成桥面铺装混凝土破坏的主要原因。3.1 聚丙烯网状纤维提高混凝土抗裂能力的机理分析 3.1.1 塑性裂缝产生的原因在混凝浇土浇筑震捣后，由于脱水而产生收缩，这种收缩受到主梁顶板、模板和钢筋等不同程度的约束作用，因而混凝土内部产生拉应力。但此时混凝土仍处于塑性阶段，其抗拉强度几乎为零，不能抵抗拉应力，所以混凝土产生了不同程度的裂缝。在混凝土凝结硬化

5、过程中，由于混凝土表面水分的蒸发速度大于泌水的速度，在混凝土表面产生温度梯度和湿度梯度，导致混凝土表面的开裂。环境温度越高、混凝土温度越高、环境湿度越低、空气流动度越大，混凝土的水分蒸发量越大，早期的塑性裂缝和硬化后期的干缩裂缝也越严重。 3.1.2 聚丙烯网状纤维的作用机理聚丙烯网状纤维掺入后，对混凝土主要的阻裂作用体现在有效地阻止了混凝土中因塑性变形、干缩等原因引起的原生裂缝的产生和发展。聚丙烯网状纤维掺入混凝土中所起的阻裂作用大致可分为两个阶段，一是在塑性混凝土中的阻裂作用；二是在硬化混凝土中的阻裂作用。纤维的主要作用是从混凝土浇注到硬化前（塑性阶段），混凝土尚未产生足够的强度以抵抗水泥

6、收缩的应力导致微裂缝时，加入的纤维可以部分抵消内部应力， 抑止微裂缝产生和发展。作用机理如下： 1)、聚丙烯网状纤维加入混凝土中经搅拌后呈三维乱向分布，构成一种三维乱向支撑体系，混凝土收缩的能量被分散到这种纤维上，增加了混凝土的韧性，同时混凝土的粘聚性增大，有效阻止了混凝土的离析，使水分转移困难，从而减少了由于水泥浆体塑性收缩产生开裂的可能性。控制了混凝土的微细裂缝的产生与发展。 2)、聚丙烯网状纤维具有较高的抗拉强度和弹性模量，受荷时纤维具有一定的传递荷载的作用。在塑性阶段，纤维将承担更大一部分塑性开裂应力，也增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度。3.2聚丙烯网状纤维提高混凝土抗冻性能的机理分析

7、 3.2.1 冻融作用破坏的原因 混凝土内部孔隙中的水在负温下结冰并且体积膨胀造成了静水压力，因冰水蒸汽压差推动未冻水向冻结区的迁移所造成了渗透压力。当这两种压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，多次冻融循环使裂缝不断扩展，强度降低直至破坏。3.2.2聚丙烯网状纤维的作用机理影响混凝土抗冻性能的主要因素有混凝土含气量大小、气泡间距系数、水胶比，矿物掺料种类和掺量等。试验结果表明，不掺纤维的C50混凝土抗冻融循环次数仅能达到50 次，这说明C50 混凝土虽然强度较高，但其抗冻性能十分不理想。当聚丙烯网状纤维掺量为1.8kg/m3，混凝土的抗冻融性能有了大幅度的提高，冻融循

8、环达到300400 次，这说明掺入聚丙烯网状纤维可以有效提高混凝土抗冻性能。机理分析如下：1)、由于聚丙烯网状纤维的直径非常细小，纤维间距小，纤维在混凝土中形成乱向网络结构，结果使得混凝土的粘稠度增加，减少了混凝土的泌水，使混凝土变得更加匀质，提高了混凝土的质量，对后期耐久性能有利。 2)、聚丙烯网状纤维的掺入提高了混凝土早期阻裂性能，减少了混凝土早期硬化的缺陷，降低了原生裂隙尺度，对后期抗冻性能有益。 3)、聚丙烯网状纤维的掺入后有效提高了混凝土极限抗拉强度和韧性性能，增加了混凝土冻融损伤过程中的能量损耗，一方面有效阻止了裂缝的不断扩展，另一方面还可以防止在冻融过程中外界水分的侵入，从而有效

9、降低混凝土的冻胀开裂，提高混凝土的抗冻能力。 4)、聚丙烯网状纤维在混凝土拌和过程中容易互相搭连，导致在混凝土内部产生少量的微小气泡。在混凝土硬化后，这些微小气泡可隔断混凝土的毛细渗水通道，改善混凝土的孔结构，从而提高了混凝土的抗冻性能。 四、工程应用桥面铺装混凝土的厚度多为810cm，与自然环境接触面积大，受温度、湿度的影响明显。如果施工时养护方法不恰当，混凝土表面很容易产生裂缝。2007年，在长春市远达大桥改造、102国道-京哈铁路立交桥设计中，桥面铺装混凝土内均采用了聚丙烯网状纤维混凝土。经过现场调查，聚丙烯网状纤维的混凝土基本没有出现裂缝，只能在混凝土表面发现部分呈乱相分布的纤维。而未

10、使用聚丙烯网状纤维的混凝土的裂缝随处可见。从如下图片的对比可以发现，在鞋印放大后都如此清晰的情况下，聚丙烯网状纤维没有一点裂纹。所以，聚丙烯网状纤维的使用无疑极大地提高了混凝土的抗裂、抗渗、抗冻融性能。 图1 采用聚丙烯网状纤维的混凝土 图2 普通混凝土五、聚丙烯网状纤维的使用注意事项5.1、结构设计虽然掺入聚丙烯网状纤维能使混凝土的性能获得明显改善，但是聚丙烯网状纤维仍作为混凝土的“次要增强筋”用于防止混凝土收缩开裂、延长混凝土的使用寿命，而非“主要增强筋”承担结构主要荷载。所以掺入聚丙烯网状纤维后不改变原设计中主要受力筋的配筋率。5.2、长度选择聚丙烯网状纤维的长度为20mm。5.3、配合

11、比设计聚丙烯网状纤维掺量1.8kg/m3，不改变其他材料的用量。5.4、搅拌机选择优先选用双轴卧式强制式搅拌机，也可采用自落式滚筒搅拌机。5.5、投料过程先投入碎石，然后投入纤维，再投入砂子搅拌两分钟，使纤维充分打开，然后投入水泥和水按常规工艺搅拌均匀即可。也可按常规工艺投入顺序施工，但应适当延长搅拌时间，以使纤维充分混合。5.6、搅拌时间搅拌的目标是使聚丙烯网状纤维充分分散成单丝或网状结构被打开。一般情况下在投入聚丙烯网状纤维后，搅拌23分钟即可。5.7、成型过程无特殊要求，但应保证混凝土充分振实。5.8、养护过程无特殊要求，可按正常混凝土的养护进程进行。不能因掺入聚丙烯网状纤维而放松对混凝土的早期养护。六、体会6.1、聚丙烯网状纤维混凝土施工使用方便，不易结团，对混凝土无不良影响，且能改善混凝土的粘聚性和稳定性。混凝土预期性能受外部环境影响小，施工质量容易控制。6.2、聚丙烯网状纤维掺入混凝土中可显著提高混凝土的抗裂防渗和抗冻性能6.3、任何有机材料在热、光、氧等因素的综合作用下都将逐渐老化，丧失优良的性能，但使用聚丙烯网状纤维并不存在这类问题，因为纤维置于混凝土中完全得到了保护。6.4、聚丙烯网状纤维因在改善混凝土抗裂性能方面有独特的优势，可用于地道桥、地铁等地下工程的结构自防水混凝土中,具有广阔的应用前景。