商洪峰 邹世会

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

·建筑材料及应用·

改性聚丙烯纤维混凝土抗裂性能的研究

商洪峰 邹世会

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

介绍了改性聚丙烯纤维混凝土的特点及性能，通过原材料的选择，参数的选择与计算，对改性聚丙烯纤维混凝土的抗裂性能试验结果进行了分析和讨论，以促进其在工程建设中的推广应用。

改性聚丙烯纤维，抗裂性能，试验研究

在隧道盾构段的C60混凝土管片预制施工过程中管片不仅要承受地层荷载产生的剪应力，还要承受混凝土热胀冷缩所产生的变形，所以在管片预制混凝土的选择上我们一般选取粘结能力比较强、脆性比较好以及力学性能比较优越的混凝土。但普通混凝土属于脆性材料，很可能出现抗拉强度低以及容易开裂的问题。改性聚丙烯纤维混凝土是一种掺入少量聚丙烯纤维来增强混凝土一些性能的复合材料，相比混凝土本身它的力学性能要好很多，改性聚丙烯纤维混凝土是在普通的混凝土中加入乱向分布的纤维，并通过乱向分布改性聚丙烯纤维的加入来遏制混凝土内部的微裂缝扩散，有效防止了塑性收缩裂缝的形成，对于改善混凝土的抗折、劈裂抗拉、抗渗、抗冻性能以及抗疲劳性能等有着明显的效果，因此关于聚丙烯纤维混凝土抗裂性能的研究具有非常重要的实践意义，本文将着重对其抗裂性能的影响进行研究与探讨。

1 原材料的选择

在改性聚丙烯纤维混凝土抗裂性能的试验研究中，原材料的选择非常重要，其中纤维所采用的是长度为19 mm的改性聚丙烯纤维(网状)，水泥选取的等级是P.Ⅱ52.5级，粉煤灰选取的等级是Ⅰ级，矿粉选取的等级是S95级，细骨料使用的是天然河砂，粗骨料使用的是粒径小于20 mm的碎石，水为普通水，外加剂为SMS型聚羧酸盐系高性能减水剂。

在具体的参数及性能上，细骨料级配取0.15 mm～4.75 mm，细度模数取2.7，含泥量取0.8%，表观密度取2 451 kg/m3。在粗骨料的物理指标上，级配取4.75 mm～19 mm。表观密度为2 891 kg/m3，压碎指标取7.4%，含泥量取0.4%。水泥的主要性能有：标准稠度用水量取27.2%，初凝时间为183 min，终凝时间为241 min。

2 C60混凝土配合比

水泥363 kg/m3，粉煤灰60.0 kg/m3，矿粉74.7 kg/m3，砂子623 kg/m3，碎石1 209 kg/m3，水150 kg/m3，外加剂5.00 kg/m3，改性聚丙烯纤维1.5 kg/m3。

3 改性聚丙烯纤维混凝土抗裂性能的试验结果分析与探讨

1)掺加改性聚丙烯纤维对混凝土和易性的影响。C60管片混凝土设计坍落度为50 mm～70 mm。和易性一般包括流动性、粘聚性和保水性三个方面，和易性的好坏对混凝土的搅拌和浇筑施工是否方便操作起到关键性的作用。主要通过对其拌合物的流动性进行检测，然后视其为一个评估指标，再综合其粘聚性以及保水性，最后得出评价。

本次试验之中，应用坍落度法，根据表1，不掺加改性聚丙烯的混凝土的坍落度为60 mm，掺加改性聚丙烯的混凝土的坍落度为55 mm。据此结果表明掺加改性聚丙烯纤维的混凝土流动性相对较好，对混凝土的流动性影响不是很大。此外，通过对混凝土拌合物的观察，未发现离析和泌水现象，说明拌合物的粘聚性与保水性比较好。

表1 改性聚丙烯纤维对混凝土性能的影响

2)掺加改性聚丙烯纤维对混凝土抗压强度的影响。通过表1中拌合物抗压强度的检测结果，发现改性聚丙烯纤维对混凝土抗压强度基本没有影响，7 d龄期的时候提高值为2.4%，而在28 d龄期的时候对应的是2.4%，抗压强度提高非常微小，关于此现象可能是由于掺加改性聚丙烯纤维以后，胶凝材料对骨料的包裹性几乎不变，必然不会使其抗压强度出现大的改善。此外，混凝土内部是比较典型的四角锥形态，在掺加改性聚丙烯纤维之后，其试件的整体性以及试块的成型基本不变，这也是掺加改性聚丙烯纤维没有对混凝土抗压强度带来较大影响的重要因素。

3)掺加改性聚丙烯纤维对混凝土劈裂抗拉强度的影响。由表1试验结果表明，掺加改性聚丙烯纤维对于混凝土的劈裂抗拉强度有着非常明显的提高，7 d龄期提高值为34.8%，28 d龄期对应的增幅高达50.8%。这是因为改性聚丙烯纤维与水泥基集料有极佳的结合力，经过拌匀后，纤维在混凝土内部形成一种均匀的乱向支撑体系并达到了一种有效的二级加强效果。而且改性聚丙烯纤维的乱向分布还可以减少混凝土的塑性收缩，因此减少了混凝土初凝时收缩引起的裂缝。同时，混凝土内部由纤维形成的乱向支撑体系阻碍了骨料的离析，保证了混凝土的泌水性，从而阻碍了沉降裂纹的形成。

4)掺加改性聚丙烯纤维对混凝土抗折强度的影响。由表1可以得出，掺加改性聚丙烯纤维后，混凝土7 d龄期的抗折强度提高27.2%，28 d龄期对应的提高值为45.4%。掺加改性聚丙烯纤维可以有效地改善混凝土的抗折强度。实际上混凝土的抗压强度和抗折强度的增长幅度应该是基本一致的，但由于混凝土内部存在大小不同的微裂缝，而微裂缝对抗折强度的影响远大于抗压强度。掺加一定量的改性聚丙烯纤维后，因为改性聚丙烯纤维与水泥基集料有极强的粘结力，在混凝土结构形成的过程中，改性聚丙烯纤维阻碍了裂缝源的形成，从而减少了微裂缝的数量和大小，使得混凝土的整体性加强，在试件被破坏时，这种粘结力可以在一定程度上承担弯拉应力，防止裂缝的引发和扩展，从而提升了混凝土的抗折强度。

4 结语

1)掺加改性聚丙烯纤维对混凝土拌合物的坍落度相比较使用同一配合比的混凝土，前者的坍落度会小5 mm。

2)掺加改性聚丙烯纤维对混凝土抗压强度的影响不大，7 d龄期的时候提高值为2.4%，28 d龄期对应的是2.4%。

3)掺加改性聚丙烯纤维对于混凝土的劈裂抗拉强度影响非常大，7 d龄期提高了34.8%，而28 d龄期的增幅高达50.8%。

4)掺加改性聚丙烯纤维对混凝土抗折强度同样有着很大的改善。通过掺加改性聚丙烯纤维，混凝土的抗折强度在7 d的时候提高了27.2%，在28 d的时候提高了45.4%。

以往采用的普通混凝土经常出现各种样式的裂缝，裂缝的引发和扩展不仅加大了隧道内部的渗漏情况，增加了维护成本，而且大大降低了管片混凝土的使用耐久性，对隧道工程的使用寿命影响很大。在混凝土中掺加改性聚丙烯纤维后，混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度、抗渗性能明显改善，提高了工程的使用寿命和工程效益，进而经济效益显著提高。所以改性聚丙烯纤维混凝土在隧道的管片预制中具有非常好的推广意义，对加速我国的基础设施建设有重大意义。

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Study of the anti-cracking performance of concrete with modified PP fiber

Shang Hongfeng Zou Shihui

(CCCCTunnelEngineeringCo.，Ltd，Beijing100088，China)

The paper introduces the features and performance of the concrete with modified PP fiber, and analyzes and discusses the anti-cracking performance tests of the concrete with modified PP fiber according to the selection for raw materials, parameter and calculation, so as to enhance the application of its engineering construction.

modified PP fiber, anti-cracking performance, test study

1009-6825(2015)02-0094-02

2014-11-05

商洪峰(1987- )，男，助理工程师； 邹世会(1989- )，男，助理工程师

TU528

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