聚丙烯纤维自密实混凝土的性能研究及应用

王杰 彭丽君 薛晓鹏

摘 要：本文通过对C50自密实聚丙烯纤维混凝土进行配合比设计，研究聚丙烯纤维混凝土的工作性能和力学性能。

关键词：聚丙烯纤维;自密实混凝土;工作性能;力学性能

中图分类号：TU528.57 文献标识码：A

0 前言

自密实混凝土是指拌合物具有良好的工作性，即使在密集良好配筋情况下仅靠混凝土自重作用而无需振捣便能均匀密实成型的高性能混凝土。因此自密实混凝土在一些特殊工程，特殊条件下可发挥普通话混凝土不可替代的作用，如：密集配条件下的混凝土施工，结构加固与维修过程中的混凝土施工等。然而自密实混凝土水胶比低、砂率较大，自身的收缩比普通混凝土通常要大，易开裂。在自密实混凝土中加入纤维，可以改善自密实混凝土的性能。

广东中开高速火炬东服务区三号桥第九联现浇梁部分采用浇筑10 cm厚C50自密实聚丙烯纤维混凝土进行加宽处理，由于浇筑面积比较大，钢筋比较密，对混凝土的自密实效果要求比较高。本文对C50自密实聚丙烯纤维混凝土进行配合比设计，研究聚丙烯纤维混凝土的工作性能和力学性能。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

从原材料选材入手，嚴格剔除不合格材料，确保材料满足要求，最终选定材料如下：水泥采用P.O52.5华润润丰水泥，粉煤灰满足Ⅰ级灰要求，矿粉为S95级，选用运城市澳神建材有限公司生产的AS-8膨胀剂，粗集料为5 mm～16 mm广西武宣生产的反击破碎石，细集料为广东西江中粗砂，纤维选用重庆盛诺恒新材料科技有限公司生产的TDPPF-M-19聚丙烯单丝纤维，外加剂为AS-HPC聚羧酸高性能减水剂。各种材料检测指标见表：

1.2 混凝土配合比

依据《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283-2012和《自密实混凝土设计与施工指南》CCES02-2004的有关要求及设计方法采用体积法进行配合比设计及试拌。

普通自密实混凝土的基准配合比为：水胶比0.30，胶凝材料用量550 kg/m3，其中粉煤灰占胶凝材料的15%，矿粉占胶凝材料的15%，砂率 46%，细集料746 kg/m3，粗集料861 kg/m3，高性能减水剂为胶凝材料用量的1.0%～2.0%，纤维自密实混凝土的配合比为在基准配合比中直接掺入聚丙烯纤维：0.6 kg/m3、0.9 kg/m3、1.2 kg/m3。

1.3 试验方法

混凝土拌和试验过程如下：将称好的骨料、胶凝材料倒入搅拌机干拌1 min～2 min，加入纤维再干拌1 min～2 min，接着加入高效减水剂和水拌和2 min左右，停止搅拌并观察是否有离析，纤维成团等状况，并进行工作性检测。

按照规程分别采用坍落扩展度试验和V型漏斗试验、U型仪对聚丙烯纤维自密实混凝土的工作性能进行检测。

坍落扩展度采用标准坍落度筒和一块1 000 mm×1 000 mm的硬质不吸水钢板进行测试，试验过程中须保证钢板润湿，从开始装料到提离坍落度筒的整个过程应不间断进行，且不施以任何捣实与振动，在150 s内完成。

V型漏斗试验测定自密实混凝土的稠度和填充性，以两次试验混凝土全部流出时间的算数平均值作为V型漏斗试验结果。润湿V型漏斗，将混凝土拌合物由漏斗的上口平稳的一次性填入漏斗至满，装料整个过程不应搅拌或振捣，并用刮刀沿漏斗上口将混凝土拌合物试样的顶面刮平，静置10 s，打开出料口密封盖，测量漏斗内混凝土全部流出的时间。

设置钢筋栅的U型仪，可以用来反应混凝土拌合物在有阻挡情况下的抗离析性能和钢筋通过能力。润湿U型仪，用混凝土将前槽填满抹平，静置1 min后，提起闸板使混凝土流进后槽。当停止流动后，分别测量前后槽混凝土的高度，计算填充的高度差h。

当新拌混凝土的坍落度扩展度为650±50 mm，V型漏斗通过时间5 s～15 s，U型仪≤30 mm满足自密实混凝土设计要求。试验结果见表：

由表可知，随着纤维掺量的增加，会导致新拌混凝土扩展度减小，U型仪h增大，聚丙烯纤维自密实混凝土工作性能逐步降低。当纤维掺量大于1.2 kg/m3时，新拌混凝土的工作性已达不到规程相关要求。

1.4 混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度试验

试验按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》成型100 mm×100 mm×100 mm立方体试件，进行标准养护后，测其强度值。

聚丙烯纤维混凝土的抗压强度试验结果如图所示。

试验结果表明，随着纤维量的增加，聚丙烯纤维混凝土的抗压强度略有降低，劈裂抗拉强度明显提高。聚丙烯纤维自密实混凝土的抗压强度影响主要与纤维-混凝土基体界面有关，聚丙烯纤维掺入后，界面薄弱层增多，导致混凝土的抗压强度有所降低。聚丙烯纤维通过发挥阻裂作用，有效提高了自密实凝土的劈裂抗拉强度。

最后选定满足规范及设计要求的最佳状态为最终推荐配合比，如表10。

2 工程应用

广东中开高速火炬东服务区三号桥第九联现浇梁部分采用C50自密实聚丙烯纤维混凝土进行加宽处理，浇筑不同部位分别进行工作性能和抗压强度检测。检测结果见表11。

混凝土的泵送性能优良，在搅拌出槽后纤维分散均匀，没有絮凝成团现象，拌合物表现出良好的保水性和黏聚性。现场纤维混凝土外观质量光洁，无肉眼可见裂纹。

3 结论

聚丙烯纤维自密实混凝土具有良好的工作性能，力学性能，适合于结构加固和复杂难以浇筑的部位，聚丙烯纤维和膨胀剂二者的复合叠加效应可有效抑制混凝土的开裂，该材料的应用使得结构外观光滑，无蜂窝麻面等现象，是一种理想的建筑加固材料。

参考文献：

[1]《自密实混凝土设计与施工指南》CCES02-2004[S].

[2]《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T283-2012[S].

[3]何小兵，卓仪.聚丙烯纤维自密实混凝土工作性及强度性能研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2012，12.