聚丙烯纤维在厦门某工程地下室混凝土中的应用及其作用分析

任敬华

（厦门海投建设监理咨询有限公司,福建 厦门 361000）

混凝土结构构件中的裂缝是现代混凝土建筑工程中较为普遍存在的问题。虽然经过工程界半个多世纪的分析研究并采用多种多样的控制措施，但由于其成因的复杂多变性，故至今很难找到一个很好的办法来彻底解决乃至消除混凝土中的裂缝（严格地讲应为可见裂缝）。只能从更准确的地质勘探，合理的混凝土结构设计，合理配制由精心选择的各种混凝土组份的混凝土混合料，采用最优的施工方案，并在上述各阶段工作中不断的采用新材料新工艺，最大限度的减少混凝土中裂缝出现的可能性及缩小可见裂缝的尺度。近年来逐渐普及的复合材料技术在一定程度上克服了这个问题。即在混凝土/砂浆中适当地引入高抗拉强度、高弹性的材料，和水泥、砂、石等材料有机复合，可以最大限度发挥出各组分材料独自特性同时赋予整体以单组分材料所不具备的优良特性。聚丙烯纤维增强混凝土/砂浆即属于其中一种增强系统，可赋予混凝土/砂浆更好的性能。

抗裂聚丙烯纤维的主要性能为：抗裂、抗渗防水、抗冲击、抗震、耐磨、抗冻融循环破坏、增强耐久性、抑制收缩、降低徐变。

本文就在混凝土中掺加聚丙烯抗裂纤维的工程实例来谈一下本人的一点体会。

1 工程概况

厦门某工程为10栋19-34层的高层住宅小区，其中9栋楼共用同一个地下室。地下室一层建筑面积1.7万多m2，形状为哑铃型。其中后浇带设置4条，地下室底板厚度为0.4m，混凝土设计强度等级C30S8，由于地下室较长且面积较大，为增加混凝土的抗裂性，克服地下室底板因混凝土浇筑长度较长、体积较大所引起的收缩变形和温度变形而可能产生的裂缝问题，设计考虑有必要增强混凝土的刚性自防水体系。经反复比较了目前应用得最多的地下室底板防裂防渗的处理方法：如微膨胀防水混凝土、聚丙烯抗裂纤维混凝土及在混凝土中加设钢网的方案，最后选用了在C30 S8混凝土掺加聚丙烯微细纤维的方案，掺量为0.7公斤/m3，使用部位全底板、侧壁、顶板。

2 本工程对聚丙烯纤维材料要求和施工要求

2.1 材料要求

丝状细纤维，中性、耐酸碱；长度15mm；熔点 160～170℃；拉伸强度不低于200MPa，弹性模量不低于3000Mpa；抗老化性能良好；聚丙烯纤维混凝土应有较高的极限拉伸应变值；在混凝土搅拌时有良好的分散度；聚丙烯纤维混凝土配合比：①可按常规混凝土配合比确定水胶比、胶凝材料、骨料和其他外加剂；②由于聚丙烯纤维对水有吸附性，减少泌水，聚丙烯纤维混凝土比常规混凝土在同样条件下会减少塌落度；③适当考虑塌落度的损失，适当添加外加剂用量，或保持水灰比不变，同时加水和水泥。

2.2 施工要求

聚丙烯纤维混凝土施工要点：①混凝土所用材料应符合有关规范和技术标准要求；②施工前应进行试拌聚丙烯纤维混凝土，以确定搅拌方法、搅拌时间（比常规混凝土要长一点）、塌落度；③检查聚丙烯纤维在混凝土中的分散性，肉眼观察；

聚丙烯纤维混凝土质量控制：①按照搅拌机容量和设计聚丙烯纤维用量，由纤维厂家用可溶性包装袋定量包装，每包0.7kg；②根据搅拌机特性，要求比照常规混凝土适当延长搅拌时间；③尽量缩短入仓时间，控制塌落度损失，做好平仓、振捣工作；④认真及时作好收面和后期养护工作；⑤其他质量控制要求应符合常规混凝土要求。

3 根据本工程使用聚丙烯抗裂纤维经验，本人对抗裂纤维有以下认识

要提高混凝土的抗裂能力，可适当增配构造钢筋，但这种方法只是对抵抗由于外荷载应力、不均匀沉降等引起的裂缝有效，但此种方法会明显增加造价，如果对于温度、收缩和膨胀等因素引起的裂缝，尤其是塑性收缩裂缝，若采用上述方法，显然经济效益不明显，而采用聚丙烯抗裂纤维可弥补这方面的不足。

3.1 聚丙烯纤维的作用机理

混凝土裂缝产生的原因及开裂形式：在工程实践中，混凝土/砂浆的开裂是一个常见而难以控制的问题，开裂的原因是收缩，产生收缩的原因有以下几种：

化学收缩，水泥水化物的体积小于参与化学反应的水泥和水的体积之和。

干燥收缩，水泥胶凝质点间存在分子引力，水分的蒸发将导致体积的收缩

碳化收缩，水泥水化物中Ca(OH)2结晶体溶解并与空气中的CO2反应生成CaCO3沉淀。碳化收缩的过程相当缓慢，甚至在几十年后还会收缩。

温差收缩，水泥水化产生的热量和环境的温度变化，都回引起混凝土的热胀冷缩。

以上四种原因产生的收缩中，以干燥收缩为主，其收缩量占总和的80%以上。干燥收缩是开裂的主要原因。混凝土/砂浆本身随着水泥水化的深入其强度不断增长，具有抵抗收缩的能力，但是干燥收缩的过程集中发生在基体的成型初期，此时基体强度较低，裂纹往往在此时产生，基体还处于塑性状态的时候所出现的干缩裂纹叫做“塑性收缩裂纹”，这是工程中最常见的开裂形式，因此提高混凝土/砂浆在塑性状态时的抗开裂能力是避免基体开裂的最佳时机及最有效的切入点。

聚丙烯纤维对混凝土的增强原理就是在混凝土中掺入适量的微纤维，在混凝土搅拌过程中微纤维均匀地扩散到混凝土中，由于微纤维与混凝土有极强的结合力和抗拉强度，每立方米混凝土中含有数千万条的高抗拉强度的微纤维，从而产生了全方位的加强效果，削弱了混凝土的收缩应力，可以极为有效地控制混凝土塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂纹，防止及抑制裂缝的形成及发展，大大改善混凝土的抗渗性能、抗冲击及抗震能力。

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，特别是在混凝土浇注后4～5小时之内，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。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，减缓了由于水泥浆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。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要宽、要长。

3.2 聚丙烯纤维混凝土适用范围

大面积的板式结构，如堆石坝面板、船闸底板和侧墙、护坦、消力池及其它直接浇筑在基岩面上的底板、路面、大型停车场地坪；防渗建筑物，如水电站厂房下层、地下室墙板、水池（供水池、游泳池、污水池）、粮食储仓外墙；有抗冲磨要求的建筑物，如水电站高速水流的溢流面、重载车流的路面和桥面抗磨层、机场跑道、港口码大幅头作业区；要求混凝土抗冻融性能高的场合；喷射混凝土适用的场合；其他有抗渗防裂、抗冲击、抗磨损、抗冻融的场合。

因为聚丙烯纤维可以大大增强混凝土的抗裂、抗渗能力，作为混凝土刚体自防水材料的效果显著，可以有效地解决混凝土渗裂问题的困扰。聚丙烯纤维加高效减水剂的混凝土自防水方案，目前已为国内外众多防水专家所肯定，是防水效果较为可靠、施工最为便易、机理较完整的防水方案，已广泛应用于地下室工程、屋面、贮水池、腐化池等工程中。

4 结束语

本工程地下室施工时间为2007年3月-2007年5月，竣工验收时间为2009年9月，地下室经过2年半的时间，沉降基本稳定后整个大面积的底板、侧墙、顶板裂缝得到较好控制，但在应力集中的地方依然出现明显的裂缝，个别裂缝为贯通的裂缝。本人认为在面积较大或者后浇带设置距离较大时，在混凝土中掺加抗裂聚丙烯纤维能够有效减少细微裂缝的产生和发展，起到良好的防水效果，但在应力集中处其作用微乎其微，因此建议在应力相对集中，容易产生裂缝处设计部门应采取可行的技术方案。

在这里，还需要提及的是，虽然在混凝土中掺加聚丙烯纤维能起到很好的防裂抗裂作用，但是在现浇混凝土浇筑以后，适时湿养护还是非常重要的。根据甘昌成在其文章《论商品混凝土的湿养护》中提及的对混凝土应进行“完美湿养护“的观点，如果混凝土在浇筑以后，施工人员如不能对其进行适时的充分的湿养护，混凝土表面就可能在较短的时间内大量失水（其失水的快慢及数量与施工外界温度、风速有关），从而使失水毛细管中液面下降产生负压、产生收缩力。如果此时掺加抗裂纤维的混凝土的抗拉强度低于这种应力时，混凝土自然还是要开裂的。故混凝土在浇筑后适时的保水湿养护是非常重要，且是不可疏忽的重要环节。

[1]龚益等.杜拉纤维在土建工程中的应用[M].机械工业出版社.2002.

[2]霍金荣,龚爱民.大体积混凝土裂缝产生原因及防裂措施综述[J].水利科技译文集.2005，1.

[3]甘昌成.论商品混凝土的湿养护[J].商品混凝土.2006,3.