防水工程中聚丙烯纖維混凝土應(yīng)用
摘要：通過(guò)分析聚丙烯纖維混凝土的防水機(jī)理，說(shuō)明在混凝土中摻加適量的聚丙烯纖維能有效地提高混凝土材料的抗裂防滲性能。文中還介紹了聚丙烯纖維混凝土在各類(lèi)防水工程中的應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞：建筑材料纖維混凝土結(jié)構(gòu)防水
一、引言
現(xiàn)代高新混凝土工程中，混凝土的應(yīng)用向著高強(qiáng)度、大流動(dòng)度方向發(fā)展。隨著混凝土強(qiáng)度和坍落度的提高，水泥的和用量不斷增加，由此帶來(lái)的副作用是水化熱加劇，混凝土的凝固收縮量加大，收縮應(yīng)力增大，裂縫數(shù)量增多。此外，隨著建筑構(gòu)件向大體積、大面積、形狀復(fù)雜多樣的方向發(fā)展，向地下空間的發(fā)展，混凝土內(nèi)的應(yīng)力大而復(fù)雜，裂縫的出現(xiàn)亦較以往多得多。因此，從混凝土防水的角度看，除了注重混凝土抗?jié)B性（密實(shí)度）外，更注意由于混凝土抗裂性不足而引起的滲漏，特別是高標(biāo)號(hào)的混凝土。
近年來(lái)，國(guó)外發(fā)展了應(yīng)用微纖維混凝土進(jìn)行抗裂防水的新技術(shù)。美國(guó)于90年代初研制出微纖維混凝土，在隨后的幾年中得到迅速的發(fā)展，其中應(yīng)用最多的是聚丙烯纖維混凝土。如今，在美國(guó)新建筑物中的地下室和屋面混凝土中大多采用了聚丙烯纖維混凝土，國(guó)內(nèi)亦開(kāi)始在防水工程中得到成功應(yīng)用。本文主要以美國(guó)希爾兄弟化工公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維為例，介紹聚丙烯纖維混凝土的防水性能及其工程應(yīng)用。
二、聚丙烯纖維混凝土的防水性及機(jī)理
2．1聚丙烯纖維的物理性能
聚丙烯纖維的物理性能如下：
材料聚丙烯耐酸堿性極高
相對(duì)密度0.91安全性無(wú)毒材料
熔點(diǎn)165℃拉伸極限15％
燃點(diǎn)593℃抗拉強(qiáng)度275MPa
含濕量＜0.1%彈性模量3793Mpa
吸水性無(wú)導(dǎo)熱低
細(xì)度0.048mm
2．2聚丙烯纖維混凝土的防水機(jī)理
聚丙烯纖維混凝土的防水屬于混凝土的剛性本體防水，在防水混凝土的抗?jié)B和抗裂2個(gè)途徑中，聚丙烯纖維主要是通過(guò)抗裂達(dá)到防水目的。聚丙烯纖維抗裂防水的機(jī)理是建立在對(duì)混凝土的固結(jié)、收縮的微觀研究的基礎(chǔ)上。
從微觀的角度來(lái)看，任何密實(shí)的混凝土都存在微裂縫。這些微裂縫存在于相與相之間（石、砂、水泥膠體三相）和水泥微顆粒之間，只不過(guò)正常的微裂縫肉眼看不到而已。混凝土在硬化形成強(qiáng)度的過(guò)程中，初期由于水和水泥的應(yīng)形成結(jié)晶體，這種晶體化合物的體積比原材料的體積要小，因而引起混凝土體積的收縮；在后期又由于混凝土內(nèi)自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應(yīng)力某個(gè)時(shí)期超出了水泥機(jī)體的抗拉強(qiáng)度，于是在混凝土內(nèi)部引起微裂縫。這些微裂縫不可避免地存在于混凝土內(nèi)的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內(nèi)部?；炷猎谀Y(jié)和硬化過(guò)程中，微裂縫經(jīng)歷了出現(xiàn)和發(fā)展的過(guò)程。這一過(guò)程，宏觀上認(rèn)為是混凝土在固結(jié)收縮，一般混凝土的收縮率在8×10－4左右。混凝土的微裂縫在發(fā)展過(guò)程中，是從無(wú)到有，從小到大向最薄弱方向定向發(fā)展。微裂縫向細(xì)裂縫的發(fā)展大多數(shù)（約占70％）在3－7d凝膠期內(nèi)完成，此時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度小于1Mpa，如果沒(méi)有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂縫在內(nèi)外應(yīng)力的作用下將會(huì)發(fā)展為更大的裂縫以至最終形成貫通的毛細(xì)孔道及裂縫，從而導(dǎo)致防水失敗，也造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度遠(yuǎn)未能充分發(fā)揮，嚴(yán)重的甚至威脅到工程的安全及使用。
在混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維，聚丙烯纖維與水泥集料有極強(qiáng)的結(jié)合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時(shí)由于細(xì)微，故比面積大，每公斤聚丙烯纖維連起來(lái)的總長(zhǎng)度可繞地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，則可使每1m3的混凝土中有近20條纖維絲，故能在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系。當(dāng)微裂縫在細(xì)裂縫發(fā)展的過(guò)程中，必然碰到多條不同向的微纖維，由于遭到纖維的阻擋，消耗了能量，難以進(jìn)一步發(fā)展。因此，聚丙烯纖維可以有效地抑制混凝土早期干縮微裂及離析裂的產(chǎn)生和發(fā)展，極大地減少了混凝土收縮裂縫，尤其是有效地抑制了連通裂縫的產(chǎn)生。從宏觀上解釋?zhuān)褪俏⒗w維分散了混凝土的定向拉應(yīng)力，從而達(dá)到抗裂的效果。試驗(yàn)表明，與普通混凝土相比，聚丙烯纖維體積摻量為0.05％（約0.5kg/m3）的混凝土抗裂能力提高了近70％。
另外，均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量纖維起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的離析，從而使混凝土中直徑為50－100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低，由此可以極大提高混凝土的抗?jié)B能力。試驗(yàn)表明，0.05％體積摻量的聚丙烯纖維比普通混凝土的抗?jié)B能力提高了60％－70％。
（中國(guó)混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）
關(guān)鍵詞：建筑材料纖維混凝土結(jié)構(gòu)防水
一、引言
現(xiàn)代高新混凝土工程中，混凝土的應(yīng)用向著高強(qiáng)度、大流動(dòng)度方向發(fā)展。隨著混凝土強(qiáng)度和坍落度的提高，水泥的和用量不斷增加，由此帶來(lái)的副作用是水化熱加劇，混凝土的凝固收縮量加大，收縮應(yīng)力增大，裂縫數(shù)量增多。此外，隨著建筑構(gòu)件向大體積、大面積、形狀復(fù)雜多樣的方向發(fā)展，向地下空間的發(fā)展，混凝土內(nèi)的應(yīng)力大而復(fù)雜，裂縫的出現(xiàn)亦較以往多得多。因此，從混凝土防水的角度看，除了注重混凝土抗?jié)B性（密實(shí)度）外，更注意由于混凝土抗裂性不足而引起的滲漏，特別是高標(biāo)號(hào)的混凝土。
近年來(lái)，國(guó)外發(fā)展了應(yīng)用微纖維混凝土進(jìn)行抗裂防水的新技術(shù)。美國(guó)于90年代初研制出微纖維混凝土，在隨后的幾年中得到迅速的發(fā)展，其中應(yīng)用最多的是聚丙烯纖維混凝土。如今，在美國(guó)新建筑物中的地下室和屋面混凝土中大多采用了聚丙烯纖維混凝土，國(guó)內(nèi)亦開(kāi)始在防水工程中得到成功應(yīng)用。本文主要以美國(guó)希爾兄弟化工公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維為例，介紹聚丙烯纖維混凝土的防水性能及其工程應(yīng)用。
二、聚丙烯纖維混凝土的防水性及機(jī)理
2．1聚丙烯纖維的物理性能
聚丙烯纖維的物理性能如下：
材料聚丙烯耐酸堿性極高
相對(duì)密度0.91安全性無(wú)毒材料
熔點(diǎn)165℃拉伸極限15％
燃點(diǎn)593℃抗拉強(qiáng)度275MPa
含濕量＜0.1%彈性模量3793Mpa
吸水性無(wú)導(dǎo)熱低
細(xì)度0.048mm
2．2聚丙烯纖維混凝土的防水機(jī)理
聚丙烯纖維混凝土的防水屬于混凝土的剛性本體防水，在防水混凝土的抗?jié)B和抗裂2個(gè)途徑中，聚丙烯纖維主要是通過(guò)抗裂達(dá)到防水目的。聚丙烯纖維抗裂防水的機(jī)理是建立在對(duì)混凝土的固結(jié)、收縮的微觀研究的基礎(chǔ)上。
從微觀的角度來(lái)看，任何密實(shí)的混凝土都存在微裂縫。這些微裂縫存在于相與相之間（石、砂、水泥膠體三相）和水泥微顆粒之間，只不過(guò)正常的微裂縫肉眼看不到而已。混凝土在硬化形成強(qiáng)度的過(guò)程中，初期由于水和水泥的應(yīng)形成結(jié)晶體，這種晶體化合物的體積比原材料的體積要小，因而引起混凝土體積的收縮；在后期又由于混凝土內(nèi)自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應(yīng)力某個(gè)時(shí)期超出了水泥機(jī)體的抗拉強(qiáng)度，于是在混凝土內(nèi)部引起微裂縫。這些微裂縫不可避免地存在于混凝土內(nèi)的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內(nèi)部?；炷猎谀Y(jié)和硬化過(guò)程中，微裂縫經(jīng)歷了出現(xiàn)和發(fā)展的過(guò)程。這一過(guò)程，宏觀上認(rèn)為是混凝土在固結(jié)收縮，一般混凝土的收縮率在8×10－4左右。混凝土的微裂縫在發(fā)展過(guò)程中，是從無(wú)到有，從小到大向最薄弱方向定向發(fā)展。微裂縫向細(xì)裂縫的發(fā)展大多數(shù)（約占70％）在3－7d凝膠期內(nèi)完成，此時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度小于1Mpa，如果沒(méi)有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂縫在內(nèi)外應(yīng)力的作用下將會(huì)發(fā)展為更大的裂縫以至最終形成貫通的毛細(xì)孔道及裂縫，從而導(dǎo)致防水失敗，也造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度遠(yuǎn)未能充分發(fā)揮，嚴(yán)重的甚至威脅到工程的安全及使用。
在混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維，聚丙烯纖維與水泥集料有極強(qiáng)的結(jié)合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時(shí)由于細(xì)微，故比面積大，每公斤聚丙烯纖維連起來(lái)的總長(zhǎng)度可繞地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，則可使每1m3的混凝土中有近20條纖維絲，故能在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系。當(dāng)微裂縫在細(xì)裂縫發(fā)展的過(guò)程中，必然碰到多條不同向的微纖維，由于遭到纖維的阻擋，消耗了能量，難以進(jìn)一步發(fā)展。因此，聚丙烯纖維可以有效地抑制混凝土早期干縮微裂及離析裂的產(chǎn)生和發(fā)展，極大地減少了混凝土收縮裂縫，尤其是有效地抑制了連通裂縫的產(chǎn)生。從宏觀上解釋?zhuān)褪俏⒗w維分散了混凝土的定向拉應(yīng)力，從而達(dá)到抗裂的效果。試驗(yàn)表明，與普通混凝土相比，聚丙烯纖維體積摻量為0.05％（約0.5kg/m3）的混凝土抗裂能力提高了近70％。
另外，均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量纖維起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的離析，從而使混凝土中直徑為50－100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低，由此可以極大提高混凝土的抗?jié)B能力。試驗(yàn)表明，0.05％體積摻量的聚丙烯纖維比普通混凝土的抗?jié)B能力提高了60％－70％。
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