聚丙烯阻裂纤维砼在大型地下室工程中的应用

　　摘  要：聚丙烯阻裂纤维在大型地下室砼中的应用已经比较普及，但如何正确的使用、如何通过加强各个环节的试验比对、过程管控，把添加适量聚丙烯阻裂纤维的抗渗砼质量提高上去，确是个难点。该论文通过介绍聚丙烯纤维混凝土在杭州市方家塘村综合楼地下室结构工程中实际的应用和管理情况，从理论分析、原材料试验及选择、配合比的确定等，阐述了聚丙烯阻裂纤维砼在大型地下室工程中的应用和管理经验，供工程施工参考。

　　关键词：聚丙烯纤维砼  配合比  密实性  抗裂性  混凝土养护

　　Abstract: the polypropylene fiber in large crack resistance in the basement of the application of the concrete has been more popular, but how to correctly use, how to strengthen the test by each link alignment, process control, adding proper polypropylene fiber crack resistance of impermeable concrete quality raise up, it is a difficulty. This paper, through the introduction of the polypropylene fiber concrete in hangzhou pond village basement structure building a verification of actual application in engineering and management, from theory analysis, raw materials, mixing ratio test and choose to determine the, this paper expounds the polypropylene fiber concrete crack resistance in large basement project of the application and the management experience, for engineering construction.

　　Keywords: polypropylene fiber concrete mixing density of resistance to concrete curing

　　一、工程概括

　　杭州市方家塘村综合楼工程位于杭州市拱墅区方家塘村，丰谭路东侧，南临城市支路，北邻规划方家北路。本工程自北向南，共分为C、B、A三个区，C区包括一幢21层独立酒店建筑及5层附属裙房、B区4幢办公楼(3#、4#、5#、6#楼）及5层街区式商业综合体（裙房）、A区2幢办公楼（1#、2#楼）及5层商场；以及3层的整体地下室组成，总建筑面积144096 m2，其中地下室近似长方形，占地面积约为19500平方米，地下室建筑面积44533方米。本工程±0.000标高相当于绝对高程5.000。

　　地下室结构底板底标高分为-12.3m和-14.6m，相应底板厚度分为700mm和900mm两种；地下室顶板面结构标高-1.80m~-0.05m，板厚分为250mm和200mm两种；地下室外墙厚300mm~600mm；地下室底板、外墙防水做法：（从里往外依次为）现浇钢筋混凝土墙板（掺加聚丙烯阻裂纤维）→20厚1：2防水水泥砂浆找平层→1.5厚FJS防水涂料(2.5Kg/m2 ) 中夹聚酯无纺布一道→40厚聚苯乙烯泡沫板保护层。

　　本工程地下室呈长方形，长边约300m，短边约65m，所以地下室结构在平行短边方向设置了7条后浇带，在平行长边方设置了1条后浇带，以适应大体积混凝土的应力变化和收缩变形的影响。

　　地下室混凝土强度等级为C40，抗渗等级为P8～P10，地下室底板、顶板、外墙板掺加聚丙烯阻裂纤维，掺量1.2kg/m3，同时对工程聚丙烯阻裂纤维主要技术参数做了如下规定：

　　密  度直  径长  度截面形状纤维类型

　　0.91g/cm3≤48μm12mmY形束状单丝

　　抗拉强度掺  量抗碱性断裂伸长率（%）弹性模量

　　580MPa±40MPa1.2kg/m3极强≥15%≥3500MPa

　　二、地下室结构的抗渗防水情况

　　本工程地下室混凝土采用流动性较大的泵送商品混凝土，坍落度140±20mm，混凝土中水泥含量450kg/m3，混凝土凝结收缩量大，收缩应力增大，裂缝增多；同时该地下室外墙高度较高、长度较大，平面形状为300m×60m的巨大长方形，产生的应力变化和收缩变形大而复杂，势必造成裂缝数量增加。尽管采用高强、大流动的混凝土其密实性能满足混凝土的抗渗等级要求，但从超长地下室的底板、外墙、顶板防水角度来看，我们应从注重混凝土的密实性转向注重混凝土的抗裂性问题上。

　　三、聚丙烯阻裂纤维在混凝土中工作机理

　　聚丙烯（polypropylene）纤维，又被称为pp纤维，丙纶纤维。混凝土专用聚丙烯纤维的物理性能如下：密度0.91g/cm3；抗拉强度276Mpa;弹性模量3793 Mpa；极限拉伸15%；无毒；耐酸碱性极高；熔点165oC；燃点593 oC；导电、导热性极低；水中分散性好。工程上又被称为混凝土及砂浆抗裂合成纤维（微纤维）。搅拌过程中微纤维能均匀地扩散到混凝土中，每立方米混凝土中含有数千万条的高抗拉强度的微纤维，由于微纤维与混凝土有极强的结合力和抗拉强度，从而产生了全方位的增强效果，消弱了混凝土的收缩应力，减少了混凝土收缩裂缝，堵塞了混凝土中的渗水通路，从而能达到很好的防水效果。

　　工程用纤维还要求具有断裂强度高、伸长率小的特点，为了保证纤维在水泥基材中的分散性，纤维必须保持一定的刚度，具有一定的长径比。同时为了使纤维能充分地与水泥基材接触，一般赋予纤维特殊的截面形状，使它具有更大的比表面积。

　　聚丙烯纤维在混凝土中作用机理：

　　在混凝土硬化过程中，由于水化反应形成的结晶体产生体积收缩以及自由水分蒸发而引起的干缩会在某个时期内应力超过混凝土的抗拉强度，引起混凝土内部产生裂缝。在混凝土中掺入聚丙烯纤维，当其体积掺量为0.1%时，在1M3混凝土中可以有700万至3000万根纤维呈三维乱向分布，形成一个乱向的支撑体系。同时聚丙烯纤维可以通过大量吸收能量,控制水泥基体内部微裂的生成及发展,大幅度提高混凝土抗裂能力,并能大幅度提高混凝土抗折强度降低其脆性,避免或减少了混凝土裂缝的产生，使混凝土耐久性大大增强。

　　聚丙烯纤维混凝土的防水性能及机理:

　　聚丙烯纤维混凝土的防水属于刚性本体防水，通过控制混凝土的抗裂和抗渗两个途径来提高防水性能。其防水机理建立在对混凝土的固结、收缩的微观研究基础上。

　　聚丙烯纤维阻滞混凝土塑性收缩裂缝的产生和限制裂缝的发展。混凝土的塑性开裂主要发生在混凝土硬化前，特别是在混凝土浇筑后4~5小时内，此阶段由于水分的蒸发和转移，混凝土内部的抗拉应变能力低于塑性收缩产生的应变，因而引起混凝土内部塑性裂缝。掺入聚丙烯纤维后，均匀分布在混凝土中彼此相粘连的大量纤维起到了"承托"骨料的作用，降低了混凝土表面的析水与集料的沉降，从而使混凝土中直径为50~100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低，由于其分布均匀，起到类似筛网的作用，减缓了由于粗粒料的快速失水所产生的裂缝，延缓了第1条塑性裂缝出现的时间。同时，在混凝土开裂后，纤维的抗拉作用阻止了裂缝的进一步发展。试验表明，混凝土塑性裂缝面积、裂缝最大宽度及失水速率均随着纤维体积含量的增大而降低，说明聚丙烯纤维有效地提高了混凝土的抗裂性能。

　　四、聚丙烯阻裂纤维原材料的质量控制及配合比的确定

　　1、原材料质量控制：

　　在选择合格供应商后，需提供如下质量控制资料：

　　（1）、《产品认证书》；（2）、《纤维的物理性能检验报告》；（3）、《纤维的安全性能检验报告》；（4）、《纤维的抗碱性能报告》；（5）、《纤维的应用测试报告》（纤维混凝土抗裂、抗渗、抗拉抗折）。

　　2、通过试验确定配合比：

　　本工程地下室结构抗渗混凝土考虑聚丙烯纤维材料的综合性能，根据设计的要求：纤维含量为1.2kg/m3，同时进行了抗压、抗折、抗拉性能试验，同时进行了分散性试验，均满足设计要求，最终确定该C40、P10纤维混凝土配合比（单位Kg）为：

　　水泥（P.O42.5）   中砂    碎石   水    外加剂     矿粉     膨胀剂     纤维

　　383            723     881   146     11.67      51       44        1.2

　　得出了以1.2kg/m3为最佳掺量的聚丙烯纤维混凝土。

　　五、聚丙烯阻裂纤维混凝土的浇捣和养护

　　聚丙烯纤维混凝土浇筑过程中，必须做到混凝土的振捣密实，并进行基础底板、外墙板、顶板的带模浇水养护，以确保整个纤维混凝土的施工质量。

　　在浇筑混凝土前，应清理垫层、模板上的垃圾，并用清水冲洗干净。混凝土的浇捣尽可能根据后浇带的位置，划分为多个施工段进行施工，这样可以避免一次性浇捣混凝土的体量，从而减小混凝土自身水化热和收缩变形，减小混凝土结构内应力。混凝土在浇捣过程中，可采用梅花点阵或分段振捣法，快插慢拔，确保混凝土振捣密实。

　　混凝土浇筑完毕后应立即进行养护，可以在底板面层覆盖一层薄膜和二层草包，并根据测温情况适当增加草包层数，且派专人每天进行浇水养护，养护时间不少于14天。

　　六、聚丙烯纤维混凝土的施工要点及注意事项

　　聚丙烯纤维掺入混凝土中，除不适宜采用人工搅拌外，对搅拌及施工工艺无特殊要求，只要适当保证搅拌时间即可，一般为3~5min。搅拌时可先将砂、石、水泥与水在搅拌机内均匀拌合后再加入纤维，亦可先将纤维与砂、石、水泥干拌后再加水湿拌。整个搅拌时间较拌制普通混凝土适当延长1~2min。为改善拌合物的和易性，可掺加适量的引气剂、减水剂或高效减水剂，也可掺入不超过10%的粉煤灰。拌合好的纤维混凝土由搅拌站运至工地，时间不应超过30min；否则应在混凝土运到工地后再加入聚丙烯纤维。

　　七、结语

　　本工程地下室抗渗混凝土在使用聚丙烯抗裂纤维过程中，主要从原材料的选用和质量控制、聚丙烯纤维混凝土配合比的试验确定、混凝土浇捣的施工组织和过程管理、混凝土的养护等方面下功夫，加之对后续防水工程的重视，地下室抗渗防水效果达到了设计的要求，节约了大量为止水补漏二花费的人力、物力和财力。

　　参考文献：

　　JGJ/T221-2010《纤维混凝土应用技术规程》

　　建筑施工手册第四版缩印本.中国建筑工业出版社

　　作者简介：

　　姓名（出生年月）：刘勇（1980.10）

　　性别：男  工作单位：浙江省长城建设集团股份有限公司  邮政编码：310012

　　职称：工程师     职务：主任工程师

　　学历：研究生 工程管理