聚丙烯纤维在桥梁混凝土中的应用

2019-06-05韦峰静

商品混凝土 2019年5期

韦峰静

（广西鱼峰混凝土有限公司，广西柳州 545008）

1 聚丙烯纤维

聚丙烯纤维是专用于水泥混凝土、砂浆中防塑性开裂纤维，能防止或减少水泥混凝土的初期塑性裂缝，可作为水泥混凝土的“次要加强筋”。聚丙烯纤维具有分散性好，握裹力强；高耐酸碱、高抗辐射，抗冻防腐、增强增韧，物理加筋、抗裂性强，性能稳定、安全无毒，施工简易、经济可靠等特点，用于砂浆和混凝土中，能提高其抗裂性能、抗渗性、抗冻融破环能力等耐久性能，增进其韧性、抗疲劳性，提高其抗冲磨性能。

100% 聚丙烯纤维的主要技术参数：吸湿率＜0.1%；纤维形状：束状单丝，纤维规格有 3、6、9、12、18mm（本次施工采用 6mm 的规格）；密度：0.91g/cm3，断裂伸长度 15%～20%；截面形状为 Y 形，纤维直径 31μm；熔点 165～175℃，燃点 590℃；自分散性好，无吸水性；安全无毒，耐酸碱性极高。

聚丙烯纤维的使用[1]一般不需要改变原设计的配合比，也不取代原设计的受力钢筋。每立方米混凝土中掺量为 0.6～1.8kg，厂家推荐掺量为每立方料混凝土0.9kg，但具体用量按照实际情况而定。纤维在加入干料（砂石、水泥等）之后，加水之前投入。搅拌时间比不加纤维的混凝土搅拌时间略延长 10～20s。

纤维的加入会增加拌合料的稠度，使坍落度降低。使用前通过试验调整坍落度。

强度的测试：经查阅资料，纤维的加入不会影响原设计强度，但实际使用中应先测试强度，强度达标后方可使用。

收工压面：纤维的加入不会影响抹面，收面时应尽量利用钢或铁质抹子，木质抹子不够光滑会勾出纤维。

成型及养护：掺入纤维的混凝土在成型时无特殊要求，可按正常混凝土的养护进行。

综上，混凝土中掺入聚丙烯纤维能减少混凝土的开裂风险，提高混凝土的抗裂性，从而增加混凝土耐久性。但由于聚丙烯纤维运用于混凝土中会影响稠度，使坍落度变小，所以在使用时主要攻克难点就是不改变原配合比，但掺入聚丙烯纤维后和易性保持不变。

2 试验

某大桥主桥箱梁混凝土设计时已经规定好聚丙烯纤维的掺量为 1.5kg/m3，所以在试验时直接用该掺量，表1 是具体配合比数据。

表1 混凝土配合比 kg/m3

其中，水泥为鱼峰牌 P·Ⅱ42.5，矿粉为 S95 级，石子为柳州 5～25mm Ⅱ类石灰石质碎石，机制砂为石灰石及卵石Ⅱ类中砂，水为饮用水，外加剂为聚羧酸高效缓凝减水剂，聚丙烯纤维长度为 6mm。

根据以上配合比进行试验，试验数据如表 2 所示。

表2 混凝土工作性能

该工程主桥采用挂篮式施工工艺[4]（如图 1），整体结构一次成型，浇筑顺序为底板→腹板→顶板，由于底板顶面没有钢板封盖，所以对混凝土要求较特殊，底板混凝土凝结时间不宜超过 6 小时，待底板终凝后，或者强度达到足以支撑腹板浇筑振捣不变形时，开始浇筑腹板及顶板。因此该部位混凝土拌合后 2 小时内不宜有坍损，但终凝时间又不宜超过 6 小时。

图1 挂篮式施工

根据施工要求，在调整和易性时，由于原配合比不改动，所以调整方向转向了原材料的选用上。

（1）粗骨料：现浇箱梁钢筋比较密集，所以在粗骨料方面，选用颗粒粒径较小的石子，连续级配粒径为 5～20mm 的Ⅱ类石灰石质碎石[2]，该级配过筛筛余严格按照国家标准 GB/T 14685—2011《建设用卵石、碎石》进行筛选，含泥量不超过 1% 及泥块含量不超过0.5%，其他指标均在标准范围内。

（2）细骨料：在广西柳州地区天然砂很少，混凝土全部采用人工砂[3]，有石灰石质及鹅卵石两种机制砂，且是细度模数在 2.3～3.0 之间的Ⅱ类中砂。由于C50 混凝土胶凝材料用量较充足，所以特别要求细骨料中小于 75μm 的颗粒的量不得超过 8%，其他筛余按照国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》进行筛选，含泥量不超过 3% 及泥块含量不超过 1%，其他指标也要求在标准范围内。

（3）胶凝材料：胶凝材料中，水化放热最大的是水泥，且现在的水泥为了追求较高的早期强度，细度很大，比表面积甚至达到 500m2/kg。为了降低水化热带来的开裂风险，在拌制混凝土前必须和水泥厂家进行沟通，要求水泥比表面积不得超过 360m2/kg，且早期水化放热不得超标。

（4）掺合料：只用了 S95 级矿粉，其各项指标在GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准范围内，活性检测合格即可，没有其他较多要求。

（5）减水剂：减水剂作为重要的外加剂，且本工程对混凝土要求较高的情况下，其各项指标不仅要求在标准范围内，而且还应根据工程实际要求进行试验以确定其一些特定参数，例如减水率及保坍时间等。根据施工要求，混凝土 2 小时内无坍损，6 小时以内达到终凝。将次数据报给厂家后，经试验预拌，得出减水剂的密度为 1.018g/cm3，减水率为 24.1%，固含量为8.70%，pH 值为 6.0，氯离子含量为 0.03%，总碱量为0.31%，在该参数下的减水剂能满足施工要求。

综上，原材料微调后，按照表 2 中编号 2 的配合比进行预拌试验，试验过程中及时记录混凝土各种参数，见表 3。

表3 混凝土工作性能

以上数据满足施工要求，留下的 4 组试块在 28d 时做抗压试验，得出抗压强度为：59.2MPa、61.7MPa、65.2MPa、65.5MPa，平均值为 62.9MPa，亦满足混凝土强度要求，所以该配合比符合该工程施工整体要求，确定作为最终施工配合比。

3 混凝土生产及施工注意事项

在后期混凝土实际拌制过程中，搅拌时间应比普通 C50 混凝土增加 10～20s，在 (95±5)s 比较合理。生产时，要时刻注意砂石含水变化，及时调整含水率，如果生产设备不能对砂石的含水率进行自动调整，就需要不断地对砂石干湿程度和出料口混凝土的坍落度进行观察，及时调整单盘混凝土的用水量，以确保坍落度在设定范围且不出现较大偏差。

施工采用挂篮式施工，需要两端同时浇筑混凝土，墩柱一端的箱梁用 52m 汽车泵进行浇筑，另一端则采用汽车泵泵送至车载泵，通过车载泵二次泵送至墩柱的另一端的箱梁，二次泵送需要注意的是混凝土停泵时间不宜过长，否则容易引起堵管，也容易产生冷缝。浇筑完成后应及时加盖土工布，并淋水养护，保持施工面的湿润，这样通过内置聚丙烯纤维及外部养护，最大程度的杜绝箱梁体开裂，以达到预期的目的。