聚丙烯纖維混凝土在路面工程中的應(yīng)用研究
朱 江
(廣東工業(yè)大學(xué)土木系,廣州市 510090)
[摘 要] 通過分析聚丙烯纖維對混凝土的增強作用,說明在混凝土中摻加適量的聚丙烯纖維能有效地提高混凝土材料的抗裂、抗沖擊、抗凍性能,改善混凝土的抗疲勞特性。文中還介紹了聚丙烯纖維混凝土在路面工程中的應(yīng)用實例及設(shè)計施工方法。
[關(guān)鍵詞] 聚丙烯纖維；聚丙烯纖維混凝土；微裂縫
[中圖分類號] TU528.572 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號] 1002-3550(2000)12-0008-03
自波特蘭水泥問世以來，用其配制的混凝土及鋼筋混凝土已成為一種主要的建筑材料。但是一般混凝土材料均存在脆性大、易開裂和抗沖擊性能差等問題。如何提高混凝土材料的抗裂、抗沖擊性能正受到各方面廣泛的關(guān)注。
近十多年來，合成纖維混凝土在改性混凝土中已成為越來越重要的角色，特別是聚丙烯纖維更以其成本低及改善混凝土性能的顯著效果，受到工程界的注意。聚丙烯纖維混凝土是在混凝土中摻入適量的聚丙烯微纖維，以改善混凝土的脆性破壞特性，減少混凝土塑性收縮裂縫，提高混凝土的韌性及抗沖擊性能，其中少量聚丙烯纖維加入到混凝土后可以明顯改善混凝土的抗裂性能及提高其抗沖擊性能的特性，已廣泛應(yīng)用于路面工程中，并取得了良好的效果。
1作用機理與主要性能
聚丙烯纖維一般分為單絲和網(wǎng)形兩種規(guī)格，長度19-50 mm，其物理性能基本相同，即密度0.91g/m3，熔點165℃，燃點590℃，彈性模量3500 MPa。聚丙烯纖維不吸水，導(dǎo)熱性低，對酸堿鹽的阻抗高，屬于無毒材料。為了增強纖維與混凝土的表面粘結(jié)力，纖維表面都經(jīng)過了特殊處理。
聚丙烯纖維能有效地提高混凝土的抗裂、抗沖擊及抗凍性能，改善混凝土的抗疲勞特性，是一種優(yōu)良的路面工程材料。
1.1聚丙烯纖維可提高混凝土的抗裂性能
我國著名專家王鐵夢教授認(rèn)為【1】，混凝土產(chǎn)生裂縫的原因主要為三種：外荷載直接應(yīng)力引起的裂縫，即按常規(guī)計算的主要應(yīng)力引起的裂縫；外載作用下，結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫：由變形引起的裂縫，如溫度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素引起的裂縫。裂縫通常由其中一種或幾種因素共同作用而形成，而三種產(chǎn)生裂縫的因素中，尤以變形變化引起的裂縫最多，占80%以上。
要提高混凝土的抗裂能力，可適當(dāng)增配構(gòu)造鋼筋，但這種方法只是對抵抗由于外荷載應(yīng)力引起的裂縫有效，而對于第三種裂縫，尤其是塑性收縮裂縫，單靠配構(gòu)造鋼筋是難以奏效的，因為鋼筋難以細(xì)密分布，而聚丙烯纖維則可彌補這方面的不足。當(dāng)在混凝土中摻入適量的聚丙烯纖維后，由于聚丙烯纖維與水泥基集料有極強的結(jié)合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻而細(xì)密。
聚丙烯纖維在控制混凝土的塑性收縮裂縫上的主要作用為:阻滯塑性收縮裂縫的產(chǎn)生和限制裂縫的發(fā)展�；炷恋乃苄蚤_裂主要發(fā)生在混凝土硬化之前，特別是在混凝土澆注后4-5小時之內(nèi)，此階段由于水分的蒸發(fā)和轉(zhuǎn)移，混凝土內(nèi)部的抗拉應(yīng)變能力低于塑性收縮產(chǎn)生的應(yīng)變，因而引起混凝土內(nèi)部塑性裂縫的產(chǎn)生。而摻入了聚丙烯纖維后，由于聚丙烯纖維分布均勻，起到類似篩網(wǎng)的作用，減緩了由于粗粒料的快速失水所產(chǎn)生的裂縫，延緩了第一條塑性收縮裂縫出現(xiàn)的時間。而當(dāng)裂縫出現(xiàn)后，聚丙烯纖維的存在又使得裂縫尖端的發(fā)展受到限制，裂縫只能繞過纖維或把纖維拉斷來繼續(xù)發(fā)展，這就需要消耗巨大的能量來克服纖維對裂縫發(fā)展的限制作用，纖維的體積摻量越大，這種限制作用越強。而在普通混凝土中裂縫的尖端沒有受到這樣的限制作用，可自由發(fā)展。 |