聚丙烯纤维混凝土在码头面层中的应用

张建平

（江西省路港检测中心有限公司，江西 南昌 330200）

0 引言

20 世纪50年代，纤维混凝土初具雏形，有不少工程采用这种特殊的建筑材料。随着时间的推移，市面上在售的纤维混凝土种类也逐渐增多，常用的有钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、石门纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土。这些混凝土材料各有特性，能够克服普通混凝土材料拉应力与拉应变不足的问题。

在所有混凝土混合料中，聚丙烯纤维混凝土的制作工艺最为简单，价格最为便宜，最终呈现的建筑效果也能满足当下建筑工程基本需求，因此该类型混凝土也随之成为时下最热门的建筑材料之一。

由于码头面层所处的环境较为复杂，表面开裂现象频发，为了更好地避免码头面层出现裂缝，不少工程在施工过程中采用聚丙烯纤维混凝土，且实践证明该材料能够有效解决码头面层的质量通病。

1 码头面层裂缝原因分析

码头面层产生裂缝主要和两个方面有关：第一，很多工程在修建码头面层时，使用的混凝土材料收缩性能不过关，导致混凝土自身的拉应力和张应力难以满足码头面层建筑的需求。第二，混凝土底部的约束也会导致面层出现裂缝。所以，为了延长码头面层的使用寿命，施工团队必须放弃传统的混凝土材料，选择性能更为优越的品类。

除此以外，施工团队还要注重混凝土施工工艺。工程施工期间会不可避免地受到各种气候、环境因素的影响。此外，混凝土配比、下灰、表面抹光、后期养护等因素都会对码头面层最终的建设质量产生一定的影响，将上述环节落实到位也是预防码头面层出现裂缝的关键点。尤其是施工后的养护工作，它对码头面层质量产生的影响最大。所以施工人员后期都会使用机械抹面、真空吸水和喷洒护养液等建筑技术来巩固建筑成效。但由于码头面层浇筑的混凝土面积过大，露天作业不方便，加之存在泄水孔等构件放置不到位的现象，上述提到的维护措施很难真正落实。

2 聚丙烯纤维混凝土材料的概述

2.1 混凝土的结构形式

聚丙烯纤维混凝土的结构形式按照规格可分为两大类：第一类是聚丙烯网状纤维，第二类则是聚丙烯单丝纤维。网状纤维掺入混凝土后，会以叉枝纤维与混凝土相结合，部分会以网片状存在，并以三维方式与混凝土凝结。单丝形式的纤维与混凝土结合的过程较为简单，混合后能均匀分散在混凝土中。而且从应用效果来看，单位混凝土体积内，凝结的聚丙烯纤维根数越多，纤维之间产生的缝隙就会越小，混凝土的阻裂效果也就越突出。细化来说，单位体积混凝土内部的纤维分散密度越大，阻裂效果越好。因为原生裂缝只要小于纤维间距，扩展时，纤维就能迫使其改变延展的方位或基于纤维之上产生更小的裂缝，有效扩大裂缝拓展消耗的能量。

2.2 聚丙烯网状纤维的物理特征

聚丙烯纤维混凝土的密度较小，能够有效解决混凝土多孔脆性的问题。从抗压情况来看，它的抗拉强度在320MPa 左右，发生极限也超过了15%。所以，和普通混凝土相比，聚丙烯纤维混凝土的抗拉性和极限拉伸度有明显的提升，不容易受到拉应力和拉应变的影响产生裂缝。码头面层的裂缝大多数是塑性裂缝，当码头面层出现原生微裂缝时，施工团队若是没有及时处理，塑性裂缝就会从原生微裂缝处开始拓展，从而产生龟裂现象。在使用了聚丙烯网状纤维混凝土后，只要微裂缝的长度大于纤维的间距，纤维就可以发挥传递荷载的联结作用，均匀混凝土的应力场，并钝化裂纹尖端开裂对应力应变分布的影响，使裂缝不再延伸。

2.3 聚丙烯网状纤维的抗裂原理

在混凝土中加入聚丙烯网状纤维后，可以有效改善混凝土的塑性收缩性能，从而有效提高抗裂效果。聚丙烯纤维直径只在几十微米左右，抗压性较强，可以提高混凝土的分散性能，让其与胶凝材料、骨料更好地融合在一起，这样混合料最终形成的黏结强度就能达到码头面层建设的要求。同时，聚丙烯纤维均匀分散后，纤维彼此之间能相互连接，形成一张巨大的纤维网，有效承托骨料，防止混凝土内部的材料出现离析和泌水的现象，有效提升纤维混凝土的凝聚性和保水性，改善混凝土底部的约束力，减少混凝土的沉降，防止材料之间出现收缩的情况。

另外，码头面层之所以会发生龟裂，就是因为混凝土在某一时刻内承受的拉应力超过了极限，导致混凝土在塑性阶段出现了水分流失过快的问题，混凝土表面干裂现象比较严重。

再加之混凝土具有塑性收缩力，张力和韧性在没有设计之前就已经形成。只有向混凝土里增加纤维，才能进一步提高混凝土张力和结合力，防止码头面层皲裂。聚丙烯纤维会比普通纤维的凝水能力更强，与混凝土的结合力更好。搅拌的过程中，施工人员不需要耗费太多精力在聚丙烯混凝土的水灰配比上。只要聚丙烯纤维和混凝土融合，纤维就能均匀分散在混凝土内，形成稳定的张力系统。此系统和普通的支撑体系不一样，其能形成各项支撑作用，比普通的混凝土形成的张力更均匀一些。混凝土内部的控制收缩效果有了明显的提升，混凝土硬化时，可以通过纤维的预应力防止细微裂缝产生。出现混凝土内部的水分流失严重的情况，聚丙烯纤维也能承担起收缩能量的重任，缓解裂缝扩大的压力，有效抑制塑性裂缝的扩展。

3 聚丙烯纤维混凝土在码头层面应用注意事项

3.1 配比和设计

为了使聚丙烯纤维混凝土的强度达到C45/20 的效果，施工人员在正式施工之前都会对混凝土搅拌进行预试验，直到找出最佳混凝土配比。在设计过程中，聚丙烯纤维混凝土的坍落度要求维持在180～200mm 之间，使用的凝胶材料总量要达到430kg。此配方最终调制的成品质量相当好，有效提升了聚丙烯纤维混凝土的张力。

之后，施工人员一般还会在混凝土当中加入粉煤灰和硅粉。这两种材料是常见的胶凝材料，配比为15%和3%。为了进一步加强聚丙烯混凝土的黏结力，施工人员将水胶的配比一般会控制在0.34 左右。配比结束之后，聚丙烯纤维混凝土内部的纤维产量高达1kg/m，混凝土初凝时间也控制在10h 左右。

3.2 选择优质原材料配置高性能混凝土

想要制成高性能混凝土，原材料一定要优质。因此，要反复挑选原材料，直至筛选出最为合适的类型。最适合的水泥材料当属硅酸盐水泥，其是由不含碱活性的石英质和砂和花岗岩碎石构成的。挑选减水剂时，建议施工人员选择富斯乐SP432MS 型萘系高效减水剂，此减水剂的减水效率极高，能有效抑制混凝土的坍塌，并使搅拌后的混凝土不易渗水。选择粉煤灰时，要选择一级灰。很多工程为了节省成本，通常会降低粉煤灰的质量。实际上，粉煤灰是胶凝的主要构成成分，一旦此材料质量不佳，聚丙烯纤维和混凝土的融合性就不好。而在选用硅粉方面，施工材料只要挑选符合《高强高性能混凝土用矿物外加剂》(GB/T 18736—2002)的要求就行。严格完成选材后，施工人员就可以开始修建码头面层的工作。

4 聚丙烯纤维混凝土在码头面层的施工

4.1 施工前材料准备

在混凝土施工之前，施工人员要准备好上文中所述的施工材料。具体的施工材料有：生产之前的砂石、水泥、水和外加剂。混凝土配比后，施工人员要根据混凝土每拌的掺量称量克重合适的聚丙烯纤维，并用塑料袋装好备用。

码头面层在浇筑时，施工人员要先将浇筑面积按照6×60.8m 的规格划分好，然后用槽钢进行浇筑。浇筑时，施工人员要注意检查槽钢表面是否平整，钢度是否符合要求。因为在浇筑时，滚筒会在槽钢表面来回转动，如果槽钢的硬度不符合要求，会很容易出现变形现象，难以保证混凝土表面的平整，影响码头面层浇筑的最终效果。

4.2 混凝土拌制过程

施工人员需要将提前准备好的材料按照预先方案配比，配比过程中，施工人员需要将材料放到强制式搅拌机内干拌30s，此做法可以让聚丙烯纤维和混凝土材料充分融合。均匀融合后，就可加水搅拌，搅拌的时间不宜过长，尽量控制在1min 以内。上述操作结束后，就会生产出高质量混凝土。届时，施工人员只需将材料倒入搅拌车内，运输到施工现场。不过，搅拌车在运输时必须不停自转，绝不能保持静止的状态，也不能转得过快或过慢。否则，聚丙烯纤维混凝土的工作性能会受到影响。

4.3 现场混凝土施工

聚丙烯混凝土的黏度较强，施工人员施工时要注意与普通的混凝土加以区别。比如，施工人员运输聚丙烯混凝土要选用吊机加吊斗或泵车，直接将材料送至施工处，绝不能拖延。否则混凝土内部容易出现凝结现象，影响后期施工。

当然，选用运输设备时，施工人员需要根据施工现场的现状进行选择。一般情况下，大多数施工现场都会选择吊机加吊斗的方法运输。毕竟泵车在下料的过程中，施工人员还要专门清理泵车的下料口，防止纤维凝聚在栅格上，略显麻烦。

混凝土在进入模具之前，施工人员要用淡水清理模板或者原有的混凝土表面，将浮尘和杂质去除，同时达到润湿表面的目的。混凝土摊铺时，施工人员一般都会选用插入式振捣棒铺平，防止其出现局部堆积的情况。但在振捣的过程中，不能集中在某一个部分过度振捣，否则码头面层容易出现漏振或过振的问题。有时，施工人员为了操作方便，会直接用振捣器去分灰，此做法并不科学，振捣器体积偏大，分灰会使混凝土内部留下气孔，致使混凝土某处塌陷，更容易出现开裂的问题。

振捣操作完成后，施工人员要用滚筒对混凝土表面进行压实处理，表面粗平后，施工人员还需用6m 长铝合金刮尺抹平混凝土表面。抹平过程中，如果平面出现了局部凹陷的状况，施工人员切忌用浮浆抹灰，必须使用原有的混凝土材料。另外，混凝土若因振捣导致表面出现了游离水，施工人员需及时用海绵吸干水分，清除杂质。

工程施工完成后，需立即在混凝土表面覆盖塑料薄膜，防止混凝土表面水分流失，导致其出现起壳状况。而混凝土浇筑完成的3h 内，需采用人工的方式用钢镘进行压光抹面。抹面的时间间隔不能太长，频率为1h/次。一般情况下，码头面层的抹面大概需要5～6 次。抹面时，施工人员要注意将混凝土表面翘起的聚丙烯纤维压实，不能影响修筑面层的平整。

4.4 混凝土表面切缝及切纹处理

对混凝土表面的切缝和切纹处理，实际上是为了防止混凝土表面因为收缩产生裂缝。切缝一般在混凝土建筑后的12h 后进行，时间紧迫，为了不影响后续操作，混凝土表面一开始只能进行简单的压光处理，由于其过于光滑，很难满足施工中对面层粗糙度的要求。但施工人员此时不能直接对混凝土表面进行压纹处理，否则砌好的混凝土表面容易出现微裂缝，进而码头面层会出现严重的龟裂现象，只能切缝之后再去操作。切缝时，缝宽的距离要在2mm 左右，缝隙的深度要在2～3mm 之间，彼此之间的距离不超过5cm。

4.5 混凝土的养护

码头面层混凝土表面无痕之后，施工人员要通过喷洒养护液的方法，让混凝土表层形成薄膜，此薄膜可以防止混凝土内部的水分流失。薄膜覆盖3～4h后，施工人员需要揭开重新喷水。因为有太阳的照射，薄膜内部温度升高的速度快，内部水分依旧会流失。不去喷水，混凝土内部还是容易干裂，薄膜根本无法起到保护成品的作用。除此以外，混凝土切割任务完成后，施工人员还要用沥青填补缝隙。此操作是为了减少温差，防止裂缝的温度与周围的混凝土差距过大。

4.6 混凝土浇筑的气象条件

码头面层混凝土浇筑时，一定要避开高温、大风天气和阴雨天气。高温会加快混凝土内部的水分流失，导致混凝土质量下降。再加上运输材料时，周围环境温度过高，原有的材料也会发生各样的化学反应，影响聚丙烯混凝土材料的最终质量。大风减少了混凝土初凝的时间，施工人员追求工期，抹面的速度过快，导致面层表面过于粗糙，会出现开裂问题。遇到阴雨天气，浇筑好的面层浸水，就会出现砂面现象，影响聚丙烯混凝土材料的质量。

5 结语

聚丙烯纤维混凝土能够有效提升码头面层的浇筑质量，解决码头面层出现的龟裂问题。由于聚丙烯纤维混凝土施工操作简单，施工过程中不需要使用大型设备，所以相较于普通的混凝土，施工成本并未上升。而且聚丙烯纤维构成的纤维网完全利用的是物理作用，不会产生有毒物质而污染周围环境。配比的过程中，施工人员只要合理控制各项化学成分，控制搅拌时间，就能得到优良的建筑材料。