聚丙烯工程纤维在建筑混凝土中的应用

杜虎 张启志

摘要：目前，混凝土中加入聚丙烯工程纤维后能改良混凝土的综合性能，所以被广泛的用于建筑工程中。本文首先通过分析聚丙烯工程纤维的特点、作用，再通过实验研究的方法研究聚丙烯工程纤维混凝土的力学性能，最后分析聚丙烯工程纤维在建筑混凝土中应用。分析结果表明，混凝土中加入聚丙烯工程纤维能提高混凝土的抗压强度和抗弯强度，在现实社会中应用较为广泛，有很好的应用价值。

关键词：聚丙烯工程纤维;混凝土;应用

中国分类号：TQ050.4文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）06-0095-04

混凝土作为建筑物中的重要结構材料，已经有一百多年来的历史，但是混凝土在建筑中容易出现脆性破坏，这是混凝土最显著的一个问题。为了解决这个问题，于是出现了将纤维运用到混凝土中可以改善这个问题，还可以提高力学性能和抗渗性能。为了提高建筑混凝土的各个性能，采用纤维增强是其核心方式。聚丙烯工程纤维在国外早已被用于建筑混凝土中，其相应技术较为成熟。近年来，我国也开始将聚丙烯工程纤维用于建筑混凝土中，比如将其用到水利水电、港口、交通运输、机场还用各种建筑物。因为将聚丙烯工程纤维运用到建筑混凝土中可以提高混凝土很多性能，比如抗冻性能、抗磨强度、抗裂强度、抗渗能力、抗弯能力等。本文将研究聚丙烯工程纤维在建筑混凝土中的应用，目的在于更加广泛的将聚丙烯工程纤维用于建筑混凝土中，以增加其使用能力。

1 聚丙烯工程纤维的介绍

1.1聚丙烯工程纤维的特点

聚丙烯工程纤维在工程上分为两种，一种是单丝纤维另一种是纤维网，其也通常称为微纤维或者是PP纤维。聚丙烯工程纤维不仅具有普通聚丙烯纤维的性能，还具有普通聚丙烯纤维没有的性能。相同特点是安全无毒、抗酸碱性能强、化学稳定性强和抗老化性能好。不同点在于聚丙烯工程纤维加入到混凝土中能让混凝土发挥更好的作用。如聚丙烯工程纤维与水泥表面握裹力强，加入到混凝土中能够让混凝土更加紧密结合，增强混凝土的抗裂性能和力学强度;聚丙烯工程纤维较高的强度和弹性漠量，在与混凝土混合后能增强混凝土的力学性能;聚丙烯工程纤维有很好的分散性，通过其改性和设计然后再混凝土中分散，可以当做次要加强筋的作用，极大的增加了混凝土的强大。

1.2聚丙烯工程纤维的作用原理

通过了解聚丙烯工程纤维的作用机理才能更好的掌握其性能，在应用过程中才能更好的发挥其作用。将聚丙烯工程纤维加入到混凝土中发生的是一个物理作用，不会改变其化学性能。聚丙烯单丝纤维的非常细，当把它加入到混凝土中1kg/m³时，混凝土中就会有770-3300万根的纤维不定向的分布在其中。当在混凝土中加入聚丙烯工程纤维网后进行搅拌受到冲击后，一块一块的纤维网会突然张开形成带钩的单独纤维。能够有较好的亲水性，与水泥握裹力大。

纤维的主要作用有以下方面：混凝土在硬化过程中会有一个非常脆弱的时段，该时段混凝土的强度弱于水泥收缩的应力，混凝土承受不了这种应力就会产生裂缝，当加入纤维后，可以抵消这种应力，而且还可以防止裂缝进一步变大，从而减少裂缝的发生。混凝土中的纤维是三维不定向的分布的，当混凝土收缩时产生应力，应力被分散到无数的纤维上，可以有效的增强混凝土的抗韧性强度，从而让混凝土不发生裂缝。混凝土中的很多纤维分布在其中，可以起到支撑的作用，能够避免骨科分离现象，增强混凝土的粘性，也可以防止出现裂缝。总体来说，混凝土中加入少量的聚丙烯工程纤维，能够有效控制混凝土发生的裂缝危害，有利于混凝土的硬化。

纤维对混凝土的增强原理是什么，现在存在两种主要的解释，其中一个是复合材料原理，另一个是纤维间距原理。复合材料原理是将混凝土看作是一个纤维强化体系，考虑纤维的三维不定向性，分析纤维的长度、粘结程度、方向等因素。纤维间距原理是针对混凝土中存在的缝隙进行研究，当对混凝土施加力量后，分析纤维将荷载传递出去，从而减少裂缝的发生。

1.3聚丙烯工程纤维在建筑混凝土中的功能

有研究表明，在混凝土中加入0.9kg/m³的聚丙烯工程纤维是最合适的，最有利于发挥混凝土的力学性能，防止混凝土出现开裂现象，而且由于聚丙烯工程纤维三维不定向的分布在混凝土中，可以起到次要加强筋的作用，从而可以提高混凝土的综合性能。在混凝土中加入聚丙烯工程纤维有以下功能：

1.3.1提高混凝土防裂抗渗性能

混凝土在硬化之前很容易，水分慢慢被蒸发，此阶段混凝土比较脆弱，稍不注意就容易出现裂缝。在混凝土中加入聚丙烯工程纤维后，不定向的分布在混凝土中，可以给混凝土形成一种天然的支撑体系，从而抑制或者延缓混凝土在硬化之前发生的塑性裂缝，降低混凝土之间的空隙率，最终达到防裂抗渗的作用。在对抗渗要求比较高的混凝土建筑中，可以通过加入聚丙烯工程纤维达到抗渗的目的，如储水池、楼面板、水电站、隧道等建筑中。

1.3.2提高混凝土抗冲击性能和增加韧性

当在制作混凝土时加入聚丙烯工程纤维，水泥与聚丙烯工程纤维会产生非常强大的结合力，聚丙烯工程纤维能够在混凝均匀的分布，形成一种三维不定向的支撑体系。这种支撑体系可以在混凝土受到拉力和冲击力的时候，其中众多的纤维可以将分担这些力量或者吸收力量，相当于一个加强筋的作用，从而起到很好的抗冲击性能和增加韧性。在机场、桥梁、高层建筑等工程中容易受到疲劳冲击，加入聚丙烯工程纤维的混凝土可以起到很好的抗疲劳冲击作用。

1.3.3提高混凝土耐磨性能

当混凝土中加入聚丙烯工程纤维时，经过均匀搅拌后，可以防止混凝土塑性收缩龟裂和塑性沉降。可以在混凝土表面形成一层非常均匀的泌浆胶膜，起到保护混凝土的作用，而且聚丙烯工程纤维有次加强筋的作用，也可以起到抗冲耐磨的作用。在机场、水工建筑、公路等工程中使用聚丙烯工程纤维混凝土能起到很好的抗冲耐磨作用。

1.3.4提高混凝土抗冻和耐温差性能

混凝土中使用聚丙烯工程纤维可以抑制温度裂缝的产生，减少混凝土的孔隙率，当混凝土之间的孔隙率变少后，混凝土中温度的变化所产生的应力既可以减少。而且聚丙烯工程纤维是大分子结构，加入到混凝土中可以让其具有热胀冷缩的效果，当不加该纤维的混凝土其脈性强，没有热胀冷缩的功能，在寒冷的温差较大的混凝土建筑中容易出现发裂，所以加入聚丙烯工程纤维的混凝土可以很好弥补普通混凝土的缺陷。

1.3.5增强混凝土抗疲劳强度和减少回弹损失率

当在混凝土中加人聚丙烯工程纤维后可以增加混凝土的黏稠性，从而有利于在喷射混凝土时可以提高其一次成型的厚度，且因其黏稠性好降低了混凝土的回弹力，节约了混凝土材料，且提高了建筑的工程质量，对整个建筑造价起到节约的多用。

2 聚丙烯工程纤维混凝土的力学分析

2.1试验方法

加入聚丙烯工程纤维的混凝土的试样从养护处取出后应该及时的对试件进行试验将其表面擦拭干净，并且量好试样的尺寸。然后按要求将支架和压头进行调整位置，要求所有的尺寸误差不大于±1mm。最后在试样上施加压力，该压力时连续不断的并且是均匀的加上力度，加荷速度要在0.05MPa/s到0.08MPa/s之间。

加入聚丙烯工程纤维的混凝土收缩试验依据GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行。试样尺寸为，对试样的两头进行预埋，每组3个试件，当试件成型后一天就将其拆模，然后再养护两天，测量它的基准长度，最后将其放入20±3℃的温度、60%±6%的湿度环境中进行养护。之后再按照时间间隔对试样进行测量其收缩值。

2.2试验结果与分析

聚丙烯工程纤维混凝土力学性能的试验结果如下表1。从图2中中可知加入聚丙烯工程纤维的强度比不加的混凝土的抗压强度有所提高，当聚丙烯工程纤维达到1kg/m³时，混凝土的抗压强度达到最大值，与普通的混凝土相比抗压强度提高了4.3%，提高的幅度表较小。图3是抗折强度，由图可知，当聚丙烯工程纤维达到1kg/m³时，混凝土的抗压折强度达到最大值;当聚丙烯工程纤维达到1kg/m³时，与普通混凝土相比抗压强度提高了15.6%，提高幅度比较大。从图2和图3可知，当聚丙烯工程纤维超过1kg/m³时，抗压强度和抗折强度都开始下降，说明当聚丙烯工程纤维为1kg/m³时混凝土的力学性能较好。

3 聚丙烯工程纤维在建筑混凝土中的应用分析

1960年，英美研究者首次将混凝土中加入聚丙烯工程纤维用于提高混凝土的综合性能，这是人类第一次对使用此方法，随后，其他国家也开始将聚丙烯工程纤维加入到混凝土中去研究其性能。五年之后，美国研究者研究这种混合混凝土材料的應用，最后他建议将加入聚丙烯工程纤维的混凝土用在队部中的防爆建筑中，可以增强建筑的力学性能。英国的的一家公司将该混凝土制作成预制桩，能增强预制桩的强度。慢慢的越来越多的将聚丙烯工程纤维混凝土应用到工程中，逐渐形成了将聚丙烯工程纤维的混凝土工业化生产并运用到不同场合中去。直到1990年，中国才将美国生产的纤维网引进过来，从此之后，中国才开始研究并大量使用聚丙烯工程纤维。虽然中国对聚丙烯工程纤维的使用较晚，但是当该产品引进中国后，推广迅速，成就较多，我国使用该产品的工程已经有数万个工程实例。比如国家大戏院、遂渝线铁路隧道工程、三峡电站工程等，还有很多的市政建筑工程，预制构件等在混凝土加工过程中加入聚丙烯工程纤维。而且在深圳建筑图集中将聚丙烯工程纤维加入到混凝土中作为防水用途的标准图例。聚丙烯工程纤维在建筑混凝土中应用较为广泛，下文将通过实例分析聚丙烯工程纤维在桥梁中的应用。

以某个桥梁工程为例，该工程要求在桥面上铺一层为10cm的聚丙烯工程纤维混凝土，要求混凝土的实际强度等级为C50。制作加入聚丙烯工程纤维的混凝土采用强制式搅拌机进行搅拌。混凝土中要求铺设直径为12cm的钢筋网。混凝土加工过程中加入的原材料配比必须时按照设计要求方案中的规定进行分配，而且每一种原材料都有其加入的先后顺序，必须按照设计要求进行顺序添加。在混凝土中加入聚丙烯工程纤维时不能随意进行添加，必须采用专业的人员进行操作，将聚丙烯工程纤维均匀的倒入装料筒中。在对混凝土进行搅拌时，搅拌时间的控制应该按照要求严格控制，一般情况下搅拌时间为2到3分钟。当混凝土加工完成后，需要进行坍塌度实验，把握坍塌时间，从而保证混凝土有一个良好的工作性能，有利于铺设工作，保证工程质量。当确定混凝土已经搅拌均匀后，需要在最短时间内送到施工现场进行施工，时间越长，混凝土的性能就会发生改变。

桥面的浇筑工作是采用标准带形式的，在进行混凝土浇筑工作时要与标准带保持齐平，再在混凝土上用振捣器进行振捣。在振捣的整个过程中，需要设置专门的专业人员对振捣工作进行检查，确保振捣过程没问题，能达到预期效果。该步骤完成之后，就需要对混凝土的表面进行抹面处理。为了保证桥面的平整度，本工程要求采用刮、滚、纵、抹的施工方式。抹面完成后就需要进行混凝土收浆工作，收浆工作不容小觑，它是桥面工作中非常重要的一个环节，其中收浆时间的确定应该结合实际情况选取最适合的时间，因为收浆时间会受到天气状况的影响。收浆时间太早了或者太晚了都会影响桥面的平整度，平整度不好就会很容易出现裂缝。所以必须对平整度进行严格的检测，本工程中要求使用铝合金尺杆来对平整度进行检查。最后将检测的结果与施工人员进行沟通，方便后续的施工工作。

4 结论

通过对上文的分析，了解到加入聚丙烯工程纤维的混凝土的综合性能有所增加，比如提高了混凝土的抗裂性能、抗渗性能、抗拉和抗压强度、耐磨性等，所以该类混凝土在建筑应用中较为广泛，本文通过具体分析聚丙烯工程纤维在桥梁中的应用案例，了解到聚丙烯工程纤维在施工建筑中的作用十分重要，对混凝土容易出现的裂缝现象起到很好的控制作用，可以在桥梁建筑中起到很广泛的作用，聚丙烯工程纤维在其他建筑方面也有相当大的作用。