混凝土中加入聚丙烯纤维的作用分析及施工质量控制

王立业 崔文升

摘要：由于纤维混凝土具有较高的抗折强度、抗裂性能和抗冲击韧性而在工程中得到广泛应用，聚丙烯纤维在各种纤维当中具有价格较低、性能稳定的优势而被优先选用。在桥梁施工中伸缩缝混凝土的受力状态复杂，技术要求较高，所以大多都采用纤维混凝土来进行桥梁伸缩缝的施工。

主题词：混凝土 聚丙烯纤维作用分析施工控制

Abstract: Because of fiber reinforced concrete with the higher flexural strength, crack resistance and fracture toughness, it is widely used in the project. As a priority choice in a variety of fibers, polypropylene fiber has lower price, stable performance advantage. In the bridge construction, expansion joint of concrete has complex force state, sophisticated technology requirement, so fiber reinforced concrete is used in the bridge expansion joint construction mostly at present.

Key words: Concrete Polypropylene fiber Analysis of the role Construction control

中图分类号：O213.1文献标识码：A 文章编号：

桥梁施工中伸缩缝的施工是一道重要工序，由于伸缩缝受力情况复杂，除受拉压剪力外，还受到冲击力、高频振动和疲劳等综合作用，并且长期暴露在大气环境中，尤其是在重载、超载车辆荷载作用下，伸缩缝非常容易损坏。伸缩缝两侧过渡段混凝土比较薄，体积小，还受到预埋钢筋的干扰，施工质量控制比较难。为了提高混凝土的抗裂性能和抗疲劳性能，减少伸缩缝后期维修更换费用，烟海高速公路桥梁伸缩缝施工中采用了聚丙烯单丝纤维混凝土。下面就结合工程实际，简要介绍一下混凝土中加入纤维的作用、混凝土的性能以及施工过程控制：

一、聚丙烯纤维材料介绍：聚丙烯纤维是一种乳白色、无味、无毒的热塑性塑料。聚丙烯纤维具有弹性模量高、与水泥表面握裹力强、分散性好等物理性特点；同时也具有良好的化学稳定性：聚丙烯单丝纤维细度高（平均纤维直径30─60um），虽然每立方米混凝土中只掺入0.9kg，但每立方米混凝土中就有700─3000万根纤维不定向分布在其中。

二、混凝土中加入聚丙烯纤维的主要作用：新拌混凝土中加入的纤维并不能较大的改善混凝土的工作性能，也不能提高混凝土的抗压强度，但对混凝土的抗折强度、冲击韧性、抗裂性有较大提高。 聚丙烯纤维真正发挥作用是在混凝土凝结硬化开始到混凝土正常工作中，当混凝土到初凝时间时，混凝土会产生体积收缩，这时混凝土本身没有足够的强度以抵抗收缩应力，导致微裂缝，加入纤维后就可以部分抵消混凝土内部的收缩应力，抑制微裂缝产生和发展。同时纤维的加入可以改善裂缝尖端的应力，集中防止裂缝进一步发展。当裂缝发展与纤维相交时，纤维可以抵消部分或全部应力。加入的纤维是三维不定向分布，有助于削弱混凝土的塑性收缩。收缩的能量分散到每立方米中千万条具有高抗拉强度的纤维丝上，有效地增强了混凝土韧性，抑制微裂缝的产生和发展。同时无数根纤维在混凝土内部形成支撑体系，有效阻碍骨料的离析，使混凝土粘聚性好，从而阻止了由于干缩引起的裂缝产生。所以混凝土中掺入少量聚丙烯工程纤维，在混凝土内部有害裂缝（宽度大于0.5mm）的数量得到有效控制，降低了渗透性，有利于提高混凝土的工作寿命。

三、混凝土中掺入少量聚丙烯纤维后，对改善混凝土的性能体现在如下几点：

1、 防止或减少混凝土收缩裂缝的产生。聚丙烯纤维掺入混凝土中，可在混凝土塑性阶段，变形模量较低时，防止或减少因失水而产生的收缩裂缝。

2、 改善混凝土的变形特性和韧性。随着聚丙烯纤维的加入，可以改善混凝土内部各组成部分的应力集中。提高混凝土的极限拉伸率，同时聚丙烯纤维混凝土在初裂缝发生后，仍有一定的承载能力。实质上是对外荷能量吸收能力的提高和混凝土变形性能的改善。

3、 对混凝土强度性能的影响。在配合比不变的前提下加入聚丙烯纤维，并不能提高混凝土立方体抗压强度，但混凝土的抗拉强度、抗冲击强度、抗磨损能力都得到提高。

4、 提高混凝土的耐久性。由于聚丙烯纤维混凝土能大大减少裂缝发生和使裂缝细化，从而使混凝土的抗渗能力得到较大提高。抗渗能力的提高必然使混凝土的抗冻融能力提高。实验也证明气候老化对聚丙烯纤维混凝土性能影响是很小的。

5、 聚丙烯纤维混凝土的施工性。普通混凝土与纤维混凝土的施工方法没有什么不同。但因纤维较大的表面积对水的吸附，会造成混凝土坍落度损失，但影响不大。

四、施工过程控制：

1、混凝土的拌和在本工程中，在原普通混凝土配合比的基础上每立方米混凝土中加入0.9kg聚丙烯纤维，仍采用拌合站集中拌合，但是各种材料的投料顺序和拌合时间与普通混凝土有所不同：先将砂石材料、水泥和纤维投入到拌和机当中干拌2分钟，之后投入减水剂和水继续搅拌三分钟，这样纤维在混凝土中的分布基本均匀。混凝土中加入纤维后粘稠度会稍有增大，所以要严格控制混凝土坍落度，混凝土运输到施工现场后的施工坍落度控制在70~90mm为宜。运输应尽量少运快跑，尽量减少混凝土加入纤维后坍落度的损失。

2、浇筑混凝土纤维混凝土的施工温度不宜过高或者过低，夏季施工尽量避免高温时间作业。混凝土浇注前必须采取防止路面污染措施，将伸缩缝处用塑料薄膜覆盖，必须洒水湿润原混凝土表面，降低新旧混凝土连接处水分损失。将纤维混凝土均匀对称铺设在伸缩缝处，用插入式震动器排振捣实，然后抹平压光。抹面工序应待纤维砼快要初凝时时再进行，不得使用过于毛糙的抹面工具，以免带出纤维。加入纤维后，混凝土初凝时间比普通混凝土有所延长，应安排专人注意观察，掌握好抹面时间。抹面后混凝土的顶面要与沥青路面平齐，混凝土顶面平整度小于2mm。

3、养护及开放交通：混凝土初凝后要用再生棉或草袋覆盖，洒水养生，保持养生期间混凝土表面的湿润状态，不可将温差过大的水直接淋洒到混凝土表面。养护期间为防止过往车辆及行人损坏成品混凝土，应采取封闭式施工，当所辖路段所有伸缩缝混凝土强度均达设计的100%时，才能开放交通。

4、质量检查：施工前检查每盘混凝土所用聚丙烯纤维的质量是否符合要求，做到计量准确；控制混凝土拌合时间，监测聚丙烯纤维分散程度是否均匀，控制纤维混凝土出机坍落度，保证混凝土运输到现场的入模坍落度满足要求；应现场制做抗压强度试验和抗折强试验用的混凝土试件，以供开放通车和28天强度检验和评定使用。

聚丙烯纤维混凝土的性能和适用性都很强，但造价并不比普通混凝土多很多。按照目前聚丙烯纤维市场销售价格12700元/t，每立方砼加入0.9kg聚丙烯纤维时，每方混凝土仅仅增加聚丙烯纤维材料费11.43元。每米伸缩缝过渡段混凝土约为0.2m3（D80伸缩缝），即每米伸缩缝施工费用比普通混凝土增加2.3元。伸缩缝采用普通混凝土的通车后期更换、维修费用是比较大的；采用纤维混凝土施工可以有效延长伸缩缝的使用寿命，综合考虑，采用纤维混凝土施工桥梁伸缩缝是相对合理的选择。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。