聚丙烯抗裂纤维在路面混凝土中的应用

现在城市道路大多采用沥青混凝土路面，但在实际应用中由于其耐久性差，寿命短，维护费用高等缺陷，已越来越不能适应城市发展的需要。采用水泥混凝土路面，可以在一定程度上克服以上缺陷，也逐渐得到了人们的认可。但随之带来的裂缝问题也困扰着人们。近年来，合成纤维混凝土在国内外得到了广泛的研究与应用，我们通过在路面混凝土中掺加聚丙烯抗裂纤维，发挥其阻裂，有效的改善混凝土性能的优势，起到了很好的抗裂增韧效果。

聚丙烯纤维是一种不吸水，导热性低，对酸碱盐阻抗高的无毒材料。通过表面处理后，能有效地提高混凝土的抗裂、抗冲击及抗冻性能，改善混凝土的抗疲劳特性，是一种优良的路面工程材料。 

• 2.1 聚丙烯抗裂纤维可提高混凝土的抗裂性能 

聚丙烯纤维在控制混凝土的塑性收缩裂缝上的主要作用为：阻滞塑性收缩裂缝的产生和限制裂缝的发展。

混凝土的塑性开裂主要发生在混凝土硬化之前，此阶段由于水分的蒸发和转移，混凝土内部的抗拉应变能力低于塑性收缩产生的应变，因而引起混凝土内部塑性裂缝的产生[1-2]。而掺入了聚丙烯纤维后，由于聚丙烯纤维分布均匀，起到类似筛网的作用，减缓了由于粗骨料的快速失水所产生的裂缝，延缓了第一条塑性收缩裂缝出现的时间。而当裂缝出现后，聚丙烯纤维的存在又使得裂缝尖端的发展受到限制，裂缝只能绕过纤维或把纤维拉断来继续发展，这就需要消耗巨大的能量来克服纤维对裂缝发展的限制作用，纤维的体积掺量越大，这种限制作用越强。

而在普通混凝土中裂缝的尖端没有受到这样的限制作用，可自由发展，这就使得普通混凝土中的裂缝比加入纤维的混凝土中的裂缝长而且宽，使掺加聚丙烯纤维的混凝土抗裂性能明显提高。资料表明，同普通混凝土相比，体积掺量0.05%的美国杜拉纤维混凝土抗裂能力可提高近70%[2]。

另外，聚丙烯纤维阻裂和细化裂缝的作用，明显地改善了水泥石的结构，使水泥石中原生的微裂纹减少、裂缝宽度减小，这必然使水泥硬化体的抗渗性和韧性得到相当程度的提高。

• 2.2聚丙烯抗裂纤维可提高混凝土的抗冲击性能

在混凝土内掺入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥基集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀。故能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，这种均匀的乱向支撑体系有助于提高混凝土受冲击时动能的吸收[2]。显然，这是纤维的阻裂作用所致。在混凝土受冲击荷载作用时，纤维可以有效地阻碍混凝土中裂缝的迅速扩展，吸收由于冲击荷载所产生的动能，从而提高混凝土的抗冲击性能。

由于聚丙烯抗裂纤维具有以上的功能，在路面混凝土中使用可以起到很好的阻裂和抗冲击的作用，减少了路面混凝土的开裂、断板。

• 3.1工程概况
  

石家庄市谈固北大街，由于交通量大，经常通过重型货车，造成路面破损严重，此条街道承担着向各大工厂运送货物原料的重任，虽经多次维修，但路用效果仍未得到根本改善。石家庄市道桥处和排水公司承担此条路面的重新铺设任务。2007年5月，开始进行施工。全部采用混凝土路面，要求抗折大于5.0Mpa。整个路面全长380米，标准路段宽 16米，由两家施工单位分段进行施工，一段掺加聚丙烯抗裂纤维，另一段为普通路面混凝土，以进行比较。

• 3.2施工原料

①水泥: 鼎鑫水泥厂生产的P.O42.5水泥，该水泥为旋窑水泥，各项技术指标均满足国标要求。

②砂：正定产河中砂，细度模数2.5－3.0

③石子：鹿泉产5－31.5mm连续级配机碎石；20－40mm单粒级机碎石，两种粒径石子按一定比例混合使用。

④粉煤灰：微水电厂生产的Ⅱ级粉煤灰

⑤外加剂：石家庄市新星建筑防水材料厂生产的HF-3泵送剂

⑥聚丙烯纤维：

表一 单丝聚丙烯纤维性能参数

• 3.3 聚丙烯抗裂纤维路面生产施工工艺

聚丙烯抗裂纤维路面混凝土与普通路面混凝土施工工艺大致相同，但在生产搅拌时与普通混凝土不同，需加以注意。

1、混凝土施工配方

表二C35路面混凝土配合比 （Kg/m3 ）

2、生产拌和

①生产聚丙烯纤维混凝土一般使用强制式搅拌机

②混凝土原材料均按重量计，每盘混凝土计量允许偏差为水泥±1％，矿物掺合料±1％，粗细骨料±2％，水±1％，外加剂±1％。

③投料顺序及搅拌时间：其投料顺序为先加入砂、石、聚丙烯纤维进行干拌，搅拌时间不少于2分钟，然后加入水泥、水搅拌均匀，时间不少于2分钟。

④开盘检验：每次混凝土开盘时，必须对首盘混凝土性能进行测试，进行适当调整，直至混凝土性能符合要求，而后才能确定混凝土施工配合比。

3、 运输

混凝土运输采用混凝土罐车，应尽量缩短运送的时间和距离。因为路面混凝土出厂坍落度较小，如运送时间较长会引起混凝土坍损过大而造成施工困难。

4、 浇筑

当聚丙烯抗裂纤维混凝土运至工地后，一般直接卸入安装好模板的路槽内，并用人工找平，卸料时应避免混凝土在同一处堆积。

5、振捣

聚丙烯抗裂纤维混凝土宜用平板振捣器，振动时间一般以表面振出浆体为好。再用两端置于外侧模板的振动梁，沿摊铺方向振动轧平，振动过程中，多余混合料被刮出，最后用置于两侧模板上的无缝钢管，沿纵向滚压一遍，保证路面的平整度。

6、混凝土表面修整

由于掺入聚丙烯纤维以后，混凝土的坍落度明显降低，振捣后与一般混凝土不同，出浆量相应减少，应及时进行表面整修抹平，在抹平过程中表面可能存在部分纤维影响抹平，这时应人工拍打抹平。

7、养护

聚丙烯抗裂纤维混凝土的养护与普通混凝土一样，应及时用草袋、麻袋覆盖混凝土表面，每天均匀洒水数次，使其保持潮湿状态，养护不得少于7天。

• 3.3 聚丙烯抗裂纤维混凝土的试验结果比较

我们通过对两段混凝土现场取样，并进行力学性能试验，得出结果如下： 表三两种混凝土的力学性能对比

从表三可看出，加入聚丙烯抗裂纤维，可相应提高混凝土的抗压、抗折强度。同时我们对两段路面进行比较，加入聚丙烯纤维的混凝土路面未出现裂缝，表面外观良好。

而未加入聚丙烯纤维的普通路面，出现了三条微裂纹。

• 3.4聚丙烯抗裂纤维混凝土的技术经济效益分析

从技术经济成本上核算，采用纤维混凝土造价比普通混凝土虽有增加，但它相对养生期短，使用寿命长，效果好，养护工作量大为减少，方便行车，其效益不能仅从增加纤维的费用来计算。与钢筋混凝土路面相比，造价每公里节约28万元。综合起来看，使用纤维混凝土可以获得较好的经济效益和社会效益。

在路面混凝土中加入聚丙烯抗裂纤维，可以起到很好的抗裂增韧效果，对于提高路面的使用寿命，节约维护费用，具有较高的应用意义。同时，聚丙烯抗裂纤维应用于顶板、桥面等易裂部位，也能发挥其抗裂的独特优势，具有广阔的应用前景。