聚丙烯纤维混凝土研究及其在桥面连续及伸缩缝处 的应 用 王黎 明 (东北林业大学土木工程学院) 摘 要：本文探讨聚丙烯短纤维掺加于普通混凝土 中改善混凝土抗 冲击 、抗冻等性能的作用机理 ，结合实 例介绍 了聚丙烯纤维混凝土在桥面连续及伸缩缝处的应用及其配合 比设计与施工总结。 关键词 ：聚丙烯纤维混凝土 ；抗冲击性 ；抗冻性 ；桥面连续；伸缩缝 中图分类号 ~U445．4 文献标识码 ：C 文章编号：1008—3383(2004)02—0046—03 1 引 言 纤 维 作 为 混 凝 土 次 要 加 强 筋 ，掺 加 于 以 水 泥 加 颗 粒 集 料 为基 体 的 混 合 料 中 ，可 以 用 来 增 强 或 改 善 普 通 混 凝 土 的一 些 特性 。20世 纪 80年 代 以 来 随 着 化 学 工 业 的 发 展 ，大 批 的合 成 纤 维 纷 纷 出 现 ，它 们 即 能起 到传 统 金 属 纤 维增 强 混凝 土 韧 性 和 抗 疲 劳 性 的 作 用 ，同时 又 有 着 经 济 、施 工 简单 、耐 腐 蚀 的 特 点 ，使 得 它 们 特 别适 合 应 用 于 既 暴露 在 外 又 受 到 反 复 荷 载 冲击 作 用 的路 面 、桥 面 等 处 。探 讨 其 中十 分 典 型 的 聚丙 烯 纤 维 混 凝 土 (PolypropyleneFiberReinforced Concrete；以下 简 称 PFRc)的研 究 ，同 时 介 绍 了其 在 桥 梁 伸 缩 缝 及 桥 面 连续 处 的 应 用 实 例 。 2 PFRC的特性 2．1 聚 丙烯纤维的主要性 能和作 用机理 聚 丙 烯 纤 维 是 一 种 典 型 的 聚 烯 烃 类 结 晶 聚 合 物 ，分 为单 丝 和 网 状 ，其 物 理 、化 学 性 能 基 本 相 同 ，其 物 化 特 征 见 表 l。 表 l 纤维的主要物化特征 注：数据取自美 国QniRoad牌网状聚丙烯维说明书 与 传 统 的 钢 纤 维 相 比较 ，它 耐 腐 蚀 、无 磁 性 ，施 32简 便 易 行 且 价 格 便 宜 。 与碳纤 维 、石 棉纤 维 、玻璃相 比，后者 属 于高 弹 纤 维 (Ff／E >1)，其 中碳纤 维 性 能 全 面 胜 过 钢 材 ，但 是 价 格 昂 贵 ，而石 棉 和玻 璃 纤 维 对环 境 有 一 定 污 染 。 低 弹 纤 维 (Ff／E ≤ 1)，如 聚 丙 烯 、尼 龙 ，其 价 格 低 、强 度 大 ，无 污 染 ，近 年来 发 展 较快 ，其 中 聚丙 烯 的 性 价 比 、加 工 32艺 等 相 对 又 较 尼 龙 等 纤 维 有 一 定 的 优 势 。与 混凝 土 比较 ，其 容重 约 为 混凝 土 的 0．O04倍 ， 弹 性 摸 量 约 为 0．05～0．15倍 。抗 拉 强 度 约 为 100 倍 。可 以看 出 聚 丙 烯 纤 维 是 一 种 高 强 低 弹 的材 料 ， 若 混 凝 土 发 生变 形 ，则 在 纤 维 发 生 较 大 的 约 束 应 力 前 ，混 凝 土 即 已破 裂 。 即掺 入 聚 丙 烯 不 会 显 著 提 高 混 凝 土 的抗 拉 强 度 和 抗 压 强 度 。 试 验 表 明 聚丙 烯 纤 维 与 混 凝 土 之 间有 足 够 的握 裹 ，这 样 ，纤 维 虽 不 能 阻 止 裂 缝 的 产 生 ，却 可 以 抑 制 裂 缝 的进 一 步发 展 。 试 验 和经 验 已证 明掺 入 适 量 聚 丙 烯 的混 凝 土 的一 些 方 面 的性 能 得 到 明显 改 善 。 2．2 聚 丙烯纤 维对于混凝 土性 能的影响 (1)聚丙 烯 纤 抑 制 混 凝 土 塑 性 收 缩 龟 裂 。 从 微 观 的角 度 来 看 ，任 何 密 实 的混 凝 土 都 存 在 微 裂 缝 。 混 凝 土 的 硬 化 收 缩 率 在 8X l0 左 右 ，而 微 裂 缝 的 出 现一 般 被认 为是 由于 混 凝 土 的硬 化 收 缩 而 引 起 的 。 部 分 肉眼不 可见 的裂缝 在外 荷及 形 变应 力 的影 响 下会 从无 到 有 ，从 小 到 大 ，逐 渐 形 成 可 见 的细 裂 缝 (宽 度 达到 0．05n讥1)。这 一收 缩 龟 裂 的过 程 ，约 在 3～7d 龄期 内完 成 。 El本 土木学 会 的研 究 表 明通 常 随初 裂 荷 载 而产生 的 内部应 力 因配合 比不 同，约 为几个 兆 帕 ，则 理 论上在 混凝 土 尚未完 全 固结 的 3～7d内产 生裂缝 的 内部 应力 应该 小于产 生初 裂 荷 载时 的 内部 应 力 。而 对 于抗 拉强 度 6O0MPa左 右 的聚丙 烯纤 维来 说 是 完 全可 以抵 抗这 一 应 力 的。 网状 聚丙 烯 纤 维 若 以 0．9k／ 掺 入混凝 土后 ，经 搅 拌 会 有 700万 根 ／n (7根 ／cm3)的 网线 乱 向分 布 于各 相 (砂 、石 、水 泥 胶 体 )中 ，从 而达 到 足够 的分 布程 度。 综 合 起 来 ，足 够 的 强 度 和 分 布 程 度 使 得 掺 人 聚 丙 烯 纤 维 可 以抑 制 裂 缝 发 展 。 由 于减 少 裂 缝 和 空 洞 结 构 ，使 得 混 凝 土 获 得 了 以下 性 能 的改 善 。 ① 裂 缝 的减 少 和 聚丙 烯 纤 维 相对 较 低 的 弹 性 模 量 使 混凝 土 可 以 从 脆 性 变 成 具 有 一 定 的 韧 性 的 材 料 ，从 而 具 有 更 强 的 抗 冲 击 能 力 。 数 据 表 明 (见 表 2)，掺 有 聚丙 烯 纤 维 的 混 凝 土 试 件 的抗 冲击 次 数 较 不掺 纤 维 的 成倍 提 高 ，并 随 着 纤 维 掺 量 的 增 加 而 增 加 ，这 一 性 能 对 于受 反 复 冲击 作 用 的路 面 ，桥 面 是 十 分 有 利 的

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