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摘 要: 本文分析了聚丙烯纖維混凝土的防水機理，并介紹了聚丙烯纖維在結(jié)構(gòu)剛性自防水中的工程應(yīng)用實例。

關(guān)鍵詞: 聚丙烯纖維；聚丙烯纖維混凝土；結(jié)構(gòu)剛性自防水


0 引言

隨著建筑技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)代建筑越來越向大型化和復雜發(fā)展，結(jié)構(gòu)強度越來越高，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的長度、建筑立面的變化也有不斷增大的趨勢，隨之，新的問題也相繼出現(xiàn)。在我國，建筑物的滲、漏、裂問題已日益引起人們的關(guān)注，特別是大型地下室的滲漏，因其根治的難度較大，所花的費用不小，并且嚴重影響業(yè)主的正常使用。采用普通混凝土作為結(jié)構(gòu)剛性自防水材料，其抗?jié)B性差，滲漏水問題十分嚴重。而采用纖維混凝土則可以改善混凝土的抗?jié)B性能，提高混凝土結(jié)構(gòu)的防水能力。在混凝土中摻入一定比例的聚丙烯纖維的纖維混凝土，可以有效地解決混凝土滲裂問題的困擾。

聚丙烯纖維混凝土是在混凝土中摻入適量的聚丙烯微纖維，以改善混凝土的脆性破壞特性，減少混凝土塑性收縮裂縫，提高混凝土的韌性及抗沖擊性能，其中少量聚丙烯纖維加入到混凝土后可以明顯改善混凝土的早期塑性收縮及提高其抗?jié)B性能的特性，已廣泛應(yīng)用于建筑防水工程中，并取得了良好的效果。

1 聚丙烯纖維混凝土的防水機理

聚丙烯纖維混凝土的防水屬于剛性本體防水，通過改善混凝土的抗裂和抗?jié)B兩個途徑來提高防水性能。其防水機理建立在對混凝土的固結(jié)、收縮的微觀研究基礎(chǔ)上。

從微觀的角度來看，任何密實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，只不過正常的微裂縫肉眼看不到而已。混凝土在硬化形成強度的過程中，初期由于水和水泥的反應(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)力某個時期超出了水泥機體的抗拉強度，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。混凝土在凝結(jié)和硬化過程中，微裂縫經(jīng)歷了出現(xiàn)和發(fā)展的過程。這一過程，宏觀上認為是混凝土在固結(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)展過程中，是從無到有，從小到大向最薄弱方向定向發(fā)展。微裂縫向細裂縫的發(fā)展大多數(shù)（約占70％）在3～7d凝膠期內(nèi)完成，此時混凝土的抗拉強度小于1MPa，如果沒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)力的作用下將會發(fā)展為更大的裂縫以至最終形成貫通的毛細孔道及裂縫，從而導致防水失敗，也造成結(jié)構(gòu)設(shè)計強度遠未能充分發(fā)揮，嚴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；同時由于細微，故比表面積大，每公斤聚丙烯纖維連起來的總長度可繞地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，則可使每1m3的混凝土中有數(shù)千萬條纖維絲，故能在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系。當微裂縫在向細裂縫發(fā)展的過程中，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，就是微纖維分散了混凝土的定向拉應(yīng)力，從而達到抗裂的效果。試驗表明，與普通混凝土相比，聚丙烯纖維體積摻量為0．05％（約0．05kg／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50～100μm和大于100μm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％。

由以上分析可知，聚丙烯纖維可以大大增強混凝土的抗裂、抗?jié)B能力，作為混凝土剛體自防水材料的效果顯著，可以有效地解決混凝土滲裂問題的困擾。聚丙烯纖維加高效減水劑的防水方案目前已為國內(nèi)外眾多防水專家所肯定，是防水效果較為可靠、施工最為便易、機理較完整的防水方案，可廣泛應(yīng)用于地下室工程、屋面、貯水池、腐化池等工程中。

2 聚丙烯纖維混凝土的工程應(yīng)用實例

福建JVC電子有限公司新工廠車間工程位于福州快安工業(yè)區(qū)，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的單層廠房，建筑面積為14225m2，屋面面積138m×99m，屋蓋采用混合配筋預應(yīng)力梁板，屋面板厚為l30mm，屋面主梁截面為2m×0．5m，最大跨度長達24m，設(shè)計混凝土強度等級為C35P6。為滿足設(shè)計要求，決定采用添加聚丙烯纖維的混凝土。實際情況表明，整個大面積的梁板未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫，無滲漏，效果良好。

上海瑞安廣場2層地下室面積約為1100m2，基礎(chǔ)埋深-0．8m。因受地鐵影響，地下室分兩期施工，第1期外墻總長約250m，采用普通防水混凝土C50，數(shù)月后發(fā)現(xiàn)有數(shù)10條垂直細裂縫，滲水嚴重。第2期外墻總長約70m，混凝土設(shè)計強度等級C50。采用寧國42．5 R普通硅酸鹽水泥、中砂、5～25mm連續(xù)級配碎石，摻加一定量的Ⅱ級粉煤灰和聚丙烯纖維及混凝土外加劑。實踐證明，纖維混凝土對防止墻體細裂縫的出現(xiàn)是有效的。后來又在污水池、水箱等結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，至今，這批纖維混凝土構(gòu)筑物均未發(fā)現(xiàn)因干縮而引起的微細裂縫，無滲漏現(xiàn)象。


廣州50層高的中水廣場大廈，地下室每層面積4500m2，平均厚度800mm的4層地下室的底板、側(cè)墻、樓板等大量采用C40聚丙烯纖維改性混凝土。地下室完工后極少發(fā)現(xiàn)明顯裂縫及滲漏，取得了良好的效果。廣州棠下安居工程8000m2的地下室底板厚300mm、C35混凝土）、西安市南大街地下商業(yè)街、重慶世界貿(mào)易中心地下停車場地坪工程和朝天門廣場l7000m2觀景臺等工程中，聚丙烯纖維混凝土的使用都取得了成功。廣州花園酒店保齡球館屋面，深圳怡寶蒸餾水廠約7000m2廠房屋面防水，重慶嘉陵江黃花園大橋綜合樓屋面，重慶環(huán)衛(wèi)糞碼頭糞池底板、擋墻、池蓋及重慶積嘉大廈水池，北京中華民族園藍海洋工程的地下室樓板、坡道、水池、游泳池等工程中亦成功應(yīng)用了聚丙烯纖維混凝土作為剛性自防水材料。

3 聚丙烯纖維混凝土的施工技術(shù)要點

聚丙烯纖維摻入混凝土中，除不適宜采用人工攪拌外，對攪拌及施工工藝無特別要求，只要適當保證攪拌時間即可。攪拌時間以纖維能在混凝土中均勻分布為度，一般為3～5min。攪拌時可先將砂、石、水泥與水在攪拌機內(nèi)均勻拌合后再加入纖維，亦可先將纖維與砂石、水泥干拌后再加水濕拌，整個攪拌時間較拌制普通混凝土適當延長1～2min。為改善拌合物的和易性，可摻加適量的引氣劑、減水劑或高效減水劑，也可摻摻量不超過l0％的粉煤灰.若混凝土由攪拌站運至工地，時間不超過30min，可在攪拌站內(nèi)預先將纖維加入到混凝土中；否則聚丙烯纖維宜在混凝土運到工地后再加入。

4 結(jié)束語

在混凝土中添加適量的聚丙烯纖維是克服混凝土開裂的有效途徑。纖維在混凝土中形成的亂向支撐體系，產(chǎn)生了一種有效的二級加強效果，能夠有效地減少混凝土的早期泌水，降低混凝土中的孔隙率，并且減少混凝土的早期干縮、塑性裂縫，阻止混凝土發(fā)生沉降裂縫，因而能較大幅度地提高混凝土的抗?jié)B性、抗裂性。從確保工程質(zhì)量，施工便利，兼顧成本及長短期效益等諸方面考慮，采用聚丙烯纖維混凝土不失為一種較好的剛性本體防水方案。若在其中再摻用高效減水劑及粉煤灰，則可改善混凝土泵送性能的同時，大大提高混凝土的抗?jié)B防水性能。若需要可配合其它防水材料及手段一同使用，以期達到最佳的防水效果。隨著聚丙烯纖維逐步國產(chǎn)化和建筑技術(shù)的不斷進步，在水利、工業(yè)與民用建筑、道橋等領(lǐng)域的應(yīng)用必將越來越廣泛。