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聚丙烯纖維混凝土在碼頭面層中的應(yīng)用

2009-07-29 16:36    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  摘要:文章分析了混凝土的塑裂機(jī)理及聚丙烯纖維在混凝土中的阻裂效應(yīng),通過(guò)在混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維以改善混凝土的性能,有效防止碼頭面層混凝土龜裂質(zhì)量通病。

  關(guān)鍵詞:聚丙烯纖維;混凝土;碼頭面層;塑性裂縫

  一、概述

  碼頭面層混凝土龜裂成因較為復(fù)雜,它不僅與混凝土的收縮有關(guān),而且與底層混凝土的約束有關(guān)。因此,要防止面層混凝土龜裂,首先必須改善混凝土本身的性能;其次,必須同時(shí)采用正確、合理的混凝土施工工藝,如在不同氣候環(huán)境下的混凝土的配合比、混凝土的下灰、振搗及抹面壓光、養(yǎng)護(hù)等工藝。以往施工中采用機(jī)械抹面、真空吸水、摻加混凝土微膨脹劑、噴灑養(yǎng)護(hù)液和覆蓋土工布養(yǎng)護(hù)等措施來(lái)控制碼頭面層的龜裂,確實(shí)收到了一定的效果;但由于碼頭面層混凝土方量大、體表面積大、露天作業(yè)等特點(diǎn)和軌道、泄水孔等構(gòu)件的影響,以上措施不能完全到位,所以碼頭面層混凝土龜裂現(xiàn)象一直存在;隨著泵送混凝土在碼頭上的使用增多,碼頭面層混凝土龜裂控制難度更大。近幾年,天津港滾裝碼頭工程、天津港北港池集裝箱三期等工程相繼在碼頭面層混凝土施工時(shí)在混凝土中摻入聚丙烯纖維,較好地解決了碼頭面層混凝土的龜裂。

  二、聚丙烯纖維的材料特性

 。ㄒ唬├w維的結(jié)構(gòu)形式

  聚丙烯纖維在各類工程中已有較多應(yīng)用。目前市場(chǎng)上的幾種聚丙烯纖維產(chǎn)品按規(guī)格可分為兩類:一類是以呈束狀網(wǎng)形式供應(yīng)的聚丙烯纖維;另一類是以單絲形式供應(yīng)的聚丙烯纖維。網(wǎng)狀纖維經(jīng)與混凝土攪拌后大部分以叉枝纖維、小部分以網(wǎng)片狀與混凝土相結(jié)合,這些叉枝網(wǎng)片狀纖維以三維方式與混凝土固結(jié);單絲形式的纖維在攪拌時(shí)能均勻地與混凝土相結(jié)合。

 。ǘ├w維的物理參數(shù)

  1.塑性裂縫總是從混凝土表面的原生微裂縫處開(kāi)始擴(kuò)展。當(dāng)微裂縫的長(zhǎng)度大于纖維的間距時(shí),纖維將跨越裂縫起到傳遞荷載的橋梁作用,使混凝土的應(yīng)力場(chǎng)更加連續(xù)和均勻,使微裂縫尖端的應(yīng)力集中得以鈍化,裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展受到約束。

  2.長(zhǎng)度小于纖維間距的原生裂縫擴(kuò)展遇到纖維時(shí),纖維將迫使其改變延伸方向或跨越纖維生成更細(xì)微的裂縫場(chǎng),顯著增大了微裂縫擴(kuò)展的能量消耗。

  上述分析可見(jiàn),單就纖維的阻裂效應(yīng)而言,在單位混凝土體積內(nèi)纖維的根數(shù)越多,纖維的間距越小,纖維的阻裂效果越好,或者說(shuō)單位體積混凝土內(nèi)纖維分散后的表面積越大,阻隔裂效果越好。由于纖維的表面積隨纖維細(xì)度的增大而增大;在相同的體積摻量下,隨纖維細(xì)度的增大,纖維的間距明顯減小,對(duì)裂縫的約束能力也顯著增強(qiáng)。

  三、聚丙烯纖維混凝土在碼頭面層施工中的應(yīng)用

  近幾年先后在天津港集裝箱碼頭三期工程、天津港北港池滾裝碼頭工程等重要工程項(xiàng)目的面層施工中使用了聚丙烯纖維混凝土。通過(guò)完工1~3個(gè)月后的觀察檢查,未發(fā)現(xiàn)碼頭面層混凝土有明顯的龜裂出現(xiàn),收到較好的效果,經(jīng)初步總結(jié),概括起來(lái)纖維混凝土的施工應(yīng)注意做好以下幾方面的工作:

  1.根據(jù)不同的環(huán)境條件和混凝土特點(diǎn),通過(guò)試驗(yàn)確定纖維的結(jié)構(gòu)形式、長(zhǎng)度和用量。由于目前市場(chǎng)上聚丙烯纖維有網(wǎng)狀和單絲狀兩種,應(yīng)根據(jù)混凝土的不同用途進(jìn)行選定;在面層混凝土施工中,網(wǎng)狀纖維在操作過(guò)程中要求相對(duì)較高,攪拌時(shí)間延長(zhǎng),振搗及抹面時(shí)間要掌握適當(dāng),否則容易引起纖維纏繞和表面起翹;而單絲狀纖維操作相對(duì)要簡(jiǎn)單得多,且一般不會(huì)引起表面起翹。根據(jù)試驗(yàn)室對(duì)C30普通混凝土和C30聚丙烯纖維混凝土的對(duì)比試驗(yàn),混凝土中摻入直徑18~20um,長(zhǎng)度19mm單絲狀聚丙烯纖維后,抗裂能力明顯提高,不同的摻量0.8kg/m3、0.9kg/m3、1.0kg/m3的聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土的裂縫分別降低為50.1%、77.5%、100%。摻量在0.9kg/m3以上的聚丙烯纖維混凝土,其限裂等級(jí)可達(dá)二級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)。

  2.選擇合理的配合比,減小混凝土自身收縮。水泥用量增加,直接導(dǎo)致水泥水化熱的提高,增加了早期混凝土的熱脹,從而增加混凝土溫度下降后的冷縮;骨料對(duì)混凝土的質(zhì)量影響也較大,細(xì)骨料過(guò)多,減弱了混凝土之間的連接能力,增大裂縫產(chǎn)生的機(jī)會(huì);水灰比過(guò)大會(huì)造成混凝土在硬化過(guò)程中由于水分蒸發(fā)和膠凝體失水后引起干縮量加大。采用外摻高效減水劑、粉煤灰,以降低水泥用量,改善混凝土的和易性、可泵性,減少混凝土下灰、振搗后的泌水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所用原材料和攪拌、輸送等施工工藝及現(xiàn)場(chǎng)條件,合理選用面層混凝土的配合比是十分關(guān)鍵的。

  3.聚丙烯纖維。混凝土開(kāi)罐前預(yù)先將聚丙烯纖維按照摻量分別裝入塑料袋中,混凝土攪拌時(shí)有專人在砂石料進(jìn)入料斗時(shí)放入砂石料料斗內(nèi),適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間,使聚丙烯纖維能夠比較均勻地分布于混凝土中。

  4.加強(qiáng)面層混凝土的下灰整平、抹面壓光等工藝的控制。混凝土下灰后及時(shí)整平、振搗,用3m長(zhǎng)鋁合金刮尺檢查,局部凹陷處及時(shí)用聚丙烯纖維混凝土補(bǔ)灰(嚴(yán)禁用浮漿補(bǔ)灰),如果混凝土振搗后局部布面出現(xiàn)游離水,應(yīng)用海綿及時(shí)吸除,采用抹面機(jī)抹面后人工收面2~3次,然后用抹面機(jī)壓光。施工完的面層混凝土應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)(用塑料薄膜、土工布覆蓋或噴灑養(yǎng)護(hù)膜等)。

  四、結(jié)論

  1.使用方便、操作簡(jiǎn)單、易控制。纖維的作用完全是物理作用,并不影響水泥的化學(xué)作用,纖維與混凝土的各種元素及添加劑能混拌,因此,使用中不需改變混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。

  2.聚丙烯纖維作為一種次要加強(qiáng)筋,無(wú)需像金屬網(wǎng)一樣擔(dān)心其保護(hù)層厚度而可以防銹蝕、防堿,聚丙烯纖維會(huì)對(duì)混凝土在塑性及硬化階段提供最有效的自動(dòng)保護(hù)。

  3.有良好的經(jīng)濟(jì)性。聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土費(fèi)用增加約20元/m3,使用時(shí)無(wú)需增加其它設(shè)備、人力投入。相比其它的外摻材料和工藝,節(jié)約成本、提高工效。

  總之,通過(guò)對(duì)近幾年聚丙烯纖維混凝土在天津港碼頭面層施工中的應(yīng)用和觀察,混凝土的龜裂問(wèn)題得到了較好的控制,并且聚丙烯纖維混凝土在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì);現(xiàn)在該種施工方法已被多數(shù)建設(shè)單位和施工單位認(rèn)可,并在碼頭及港區(qū)道路混凝土面層施工中得到更加廣泛的推廣和使用。

  參考文獻(xiàn):

  [1]王鐵夢(mèng).工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

  作者簡(jiǎn)介:薄桂萍(1971-),中交第一航務(wù)工程局第一工程有限公司工程師,研究方向:技術(shù)、質(zhì)量。

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