淺析聚丙烯纖維混凝土推廣的問題

徐雪飛++吳洋洋

摘 要：聚丙烯纖維混凝土的應(yīng)用，本文對(duì)混凝土橋柔性橋面鋪裝的早期病害及其原因進(jìn)行了分析與研究，在總結(jié)當(dāng)前國(guó)內(nèi)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)分析主要方法的基礎(chǔ)上，通過理論分析，提出了用有限元進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，需要重點(diǎn)研究的幾個(gè)問題，指出了今后主要的研究方向。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)材料； 現(xiàn)場(chǎng)施工

一、纖維作用的實(shí)質(zhì)

1.經(jīng)過多年的推廣，聚丙烯抗裂纖維----杜拉纖維（Durafiber）已經(jīng)在全國(guó)20多個(gè)省、市、自治區(qū)的一千多個(gè)各類工程中得到了成功的大面積應(yīng)用。主要用在道路、橋梁、機(jī)場(chǎng)、地鐵、工業(yè)及民用建筑、水利工程以及預(yù)制構(gòu)件、保溫材料、干粉砂漿等各個(gè)方面。自1999年防水專家將以杜拉纖維為代表的聚丙烯纖維寫入《深圳建筑防水構(gòu)造圖集》之后、廣州、北京等地依據(jù)大量的工程實(shí)踐數(shù)據(jù)和專家論證，在輕板墻體工程、保溫工程方面采納了杜拉纖維規(guī)格、摻量和做法，將聚丙烯纖維的使用納入了地方技術(shù)規(guī)程。之后繼續(xù)擴(kuò)大的工程實(shí)踐，以及其它許多品牌工程用纖維的大量推廣和應(yīng)用，為我國(guó)合成纖維混凝土開拓了一個(gè)良好的發(fā)展勢(shì)頭。

在不同類型工程和不同地區(qū)氣候條件下的應(yīng)用實(shí)踐中，杜拉纖維都取得了成功。工程用合成纖維所起作用的本質(zhì)到底是什么？如何看待合成纖維所起的作用？隨著目前呈現(xiàn)了眾多品牌工程用合成纖維的開始激烈競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，對(duì)此問題卻引出了許多疑問。

部分廠商宣傳纖維作用的時(shí)候存在片面性，好像只要在混凝土/砂漿中一摻加纖維，裂縫就不復(fù)存在，違背了纖維發(fā)生作用的機(jī)理和忽視了具體工程的個(gè)性條件。合成纖維解決的主要對(duì)象是混凝土早期的原生裂縫，無(wú)限夸大合成纖維對(duì)裂縫的抑制作用是不對(duì)的。事實(shí)上，混凝土/砂漿摻加纖維，也只能是對(duì)非結(jié)構(gòu)性裂縫的阻裂作用，不可能完全消滅裂縫。

2.混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的結(jié)構(gòu)材料，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已成為世界上應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。我國(guó)目前正進(jìn)行著舉世空前的大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)，但是有許多混凝土結(jié)構(gòu)，包括橋梁、道路、隧道、港口、大壩、建筑物等，在建期間或建成時(shí)間不長(zhǎng)后出現(xiàn)可見裂縫，影響外觀，影響在侵蝕環(huán)境中運(yùn)行結(jié)構(gòu)的耐久性，還使一些結(jié)構(gòu)的使用功能受到影響，暴露出較嚴(yán)重的耐久性問題，壽命低于設(shè)計(jì)壽命標(biāo)準(zhǔn)。只有認(rèn)真解決各類混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，才能使資源充分得到利用。盡可能延長(zhǎng)各類建筑物的壽命，延緩因時(shí)間推移而帶來的結(jié)構(gòu)安全性方面的威脅，保證其正常使用，才能盡可能節(jié)約重建和修復(fù)費(fèi)用。在混凝土結(jié)構(gòu)中大量推廣普及合成纖維混凝土，不僅可以解決當(dāng)前由于建筑物向高、大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜發(fā)展帶來的一些問題，也應(yīng)成為解決結(jié)構(gòu)耐久性的一種重要手段。

其中包括有效增加混凝土的韌性；減少裂縫，提高抗?jié)B能力；減少裂縫，延緩鋼筋銹蝕；減少混凝土結(jié)構(gòu)受到的化學(xué)侵蝕；增強(qiáng)抗凍融能力，減少混凝土結(jié)構(gòu)遭受破壞；減少混凝土的泌水，使表面混凝土的質(zhì)量得以改善；減少裂縫，提高耐磨性和抗沖擊能力等等。所起的作用不是某幾個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)能夠體現(xiàn)的，而是多個(gè)指標(biāo)的綜合體現(xiàn)，尤其是混凝土耐久性。合成纖維混凝土成為國(guó)內(nèi)理論界熱衷研究的真正意義，也在于如何真正揭示、衡量纖維對(duì)混凝土作用的本質(zhì)。

二、纖維發(fā)生作用的條件

1.纖維發(fā)生作用的條件，可以從纖維外部和內(nèi)部?jī)蓚€(gè)方面來理解。

（1） 外部：可從纖維在混凝土/砂漿中所處的形態(tài)以及纖維對(duì)集料的關(guān)系兩個(gè)方面來理解。

纖維對(duì)集料的握裹狀況，是能否起作用的另一個(gè)關(guān)鍵。纖維能夠盡可能多的握裹集料，避免在受力時(shí)被拔出。不同的纖維制成標(biāo)準(zhǔn)不同，在電子顯微鏡下可以看到呈現(xiàn)不同的握裹集料的情況。如果加入纖維后的混凝土塌落度沒有損失，這種纖維不是分散不好就是握裹力差，纖維的作用無(wú)從談起。

（2）要真正認(rèn)識(shí)每一種材料的特性和優(yōu)劣，強(qiáng)調(diào)一種材料排斥另一種材料的做法是行不通的。材料是不斷變革的，要不斷認(rèn)識(shí)和使用新的材料。只有充分發(fā)揮材料的復(fù)合效應(yīng)，才能綜合解決工程中所遇到問題。

如，在水工混凝土的應(yīng)用中摻加粉煤灰或硅粉增加抗沖耐磨強(qiáng)度和抗裂。黃委會(huì)實(shí)驗(yàn)中心所做的配比試驗(yàn)，在摻加20%粉煤灰和杜拉纖維0.6/0.9/1.2kg /m3摻量的情況下，抗沖磨強(qiáng)度分別增加6—18%。南京水科院的試驗(yàn)證明，聚丙烯纖維和硅粉共摻，可以更有效地提高混凝土的抗沖磨性能33-58%。

三、纖維的合適摻量

1.適用的纖維摻量取何值？從合成纖維的制成材料來看，由于其耐酸堿、以及物理性的增韌和增強(qiáng)，廣義地來說對(duì)混凝土是有益無(wú)害的。但到底何摻量才合適，理論界與工程界的意見不盡相同。

目前沒有國(guó)家技術(shù)規(guī)程，工程應(yīng)用又處于探索階段，摻量差異的理論根據(jù)不足，決定纖維摻量的最可靠辦法是因應(yīng)工程目的進(jìn)行試配，認(rèn)真進(jìn)行比較。尤其是大型工程的結(jié)構(gòu)性部位應(yīng)用更要認(rèn)真、慎重進(jìn)行纖維多種摻量的試配和性能比較，從而選擇最佳方案。

河南回龍抽水蓄能電站工程，為了解決3.5萬(wàn)m2集水庫(kù)盆花崗巖盆底滲漏的問題，采用7種配比進(jìn)行了1400m2的噴射混凝土對(duì)比試驗(yàn)，從中確定了杜拉纖維的最佳摻量和施工方案。該工程采用的大面積噴射混凝土施工在全國(guó)是少見的。

2.質(zhì)量差的纖維，不但不會(huì)對(duì)混凝土增強(qiáng)、增韌，反而會(huì)有負(fù)面影響。尤其是對(duì)于水利、水電站這類工程更有著特殊意義。適當(dāng)調(diào)整纖維摻量，要講究理論，也要講究經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)結(jié)合起來，針對(duì)不同的工程部位，調(diào)整和選擇適當(dāng)?shù)膿搅?，才是科學(xué)的態(tài)度。

3.合成纖維混凝土是一個(gè)新的技術(shù)，而且在諸多工程中都已經(jīng)證明是可以成功應(yīng)用的，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)在目前也是有推廣意義的?，F(xiàn)在關(guān)鍵不在于數(shù)據(jù)取何值，而在于是否認(rèn)識(shí)到這種技術(shù)是可以解決目前工程中需要解決的問題。如果不需要解決，再好的技術(shù)也沒有應(yīng)用和推廣的必要，正所謂要“對(duì)癥下藥”。

四、考量合成纖維作用的指標(biāo)

纖維對(duì)混凝土的力學(xué)性能的最大改變，不是旨在提高其抗壓、抗折等強(qiáng)度指標(biāo)，而是極大限度地提高了混凝土的斷裂能、延展性。從變化幅度和絕對(duì)值來看，均不足以影響到混凝土的原有設(shè)計(jì)要求。之所以有時(shí)候某些強(qiáng)度指標(biāo)呈現(xiàn)提高，也是由于解決了部分裂縫而帶來的附加效應(yīng)。

目前，由于合成纖維混凝土在我國(guó)研究和應(yīng)用的歷史較短，可喜的是，理論界已經(jīng)開始了對(duì)這方面的研究。一些專家和學(xué)者已經(jīng)開始從受彎韌度指數(shù)和剩余彎曲強(qiáng)度來研究和考量合成纖維對(duì)混凝土的增韌效應(yīng)。

五、 合成纖維混凝土配制的便易性

1.對(duì)攪拌設(shè)備沒有特殊的要求，容易在商品混凝土攪拌站或現(xiàn)場(chǎng)操作；對(duì)橋面鋪裝， 如何假設(shè)及模擬層間接觸狀況是有限元建模一個(gè)很重要的問題。對(duì)于不設(shè)防水層的情況，可以借鑒復(fù)合路面的處理方式。

2.簡(jiǎn)單的物理性加筋，與制備混凝土的各種骨料、外加劑和水泥都不會(huì)有任何沖突。不需要改變?cè)械脑O(shè)計(jì)配比；

我國(guó)目前的建筑工程界施工人員的素質(zhì)普遍不高，施工管理還比較粗放。對(duì)于大規(guī)模施工的合成纖維混凝土，必須要求其具備配制便易，否則主觀引起的問題會(huì)影響合成纖維混凝土的配制以及使用效果，又會(huì)反過來影響這一技術(shù)的大面積推廣。

參考文獻(xiàn)：

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