聚丙烯纤维混凝土试验研究
摘要: 本文笔者以聚丙烯纤维混凝土的配合比为例，简单阐述了聚丙烯纤维混凝土在施工过程中需要注意的重点，并为了验证其抗裂性能而采用的平板约束法。
关键词: 聚丙烯纤维混凝土;配合比;试验;纤维掺量
中图分类号：tu377 文献标识码：a
1 聚丙烯纤维混凝土的配合比重要性
某高速公路特大桥在主墩墩身和连续刚构主梁0#块混凝土施工中分别采用了c40 聚丙烯纤维混凝土和c50 聚丙烯纤维混凝土的设计，有效的抑制了混凝土裂纹的形成，增强了结构物的耐久性。
在混凝土中掺入纤维后，成千上万根的纤维分布在混凝土的内部形成复杂的三维乱向体系，这种体系增加了配合比设计的难度。
以本工程为例c50 高强混凝土要求水胶比低，因此要适当增加胶凝材料的用量或降低用水量，这样就造成新拌混凝土内聚力高，导致混凝土流动阻力增加。
表现在混凝土和易性上就是混凝土的粘聚性较大，不利于混凝土泵送、浇注和密实，而在掺入聚丙烯纤维后，这种三维乱向体系造成粘聚性更大，同时坍落度损失更快。
因此在设计c50 聚丙烯纤维混凝土配合比时，对于混凝土原材料尤其是外加剂的选择更为严格。
聚丙烯纤维混凝土坍落度和坍落度损失是影响聚丙烯纤维混凝土泵送性能的重要因素，因此在混凝土配合比设计方面着重考察影响聚丙烯混凝土坍落度和坍落度损失的因素。
根据普通混凝土配合
比设计理论，影响混凝土坍落度的主要因素有单位混凝土用水量、砂率、碎石级配等，而外加剂是影响单位混凝土用水量的主要因素，因此在聚丙烯纤维混凝土配合比设计方面着重考察了外加剂掺量
和砂率对混凝土工作性的影响。
本工程c50 聚丙烯纤维混凝土配合比原材料采用水泥为万年青p. o52. 5r 普通硅酸盐水泥; 细骨料为细度模数2. 86 的河砂，表观密度为2690 kg /m3 ; 粗骨料为粒径5～20 mm 石灰岩人工碎石; 聚丙烯纤维采用北京三株企画高科技有限公司生产的19mm 改性聚丙烯纤维; 外加剂采用山西凯迪建材有限公司kdsp－1 聚羧
酸盐高性能减水剂。
1. 1 外加剂掺量对聚丙烯纤维混凝土工作性的影响
为了考察外加剂不同掺量对聚丙烯混凝土性能的影响，本试验以本工程普通c50 混凝土的配合比做为基准配合比，纤维采用固定掺量0. 9 kg /m3 ; 采用1. 1%、1. 2%、1. 3% 外加剂掺量分别进行试验，试验结果见表1。
根据试验结果，聚丙烯混凝土坍落度与外加剂掺量成正比，1h 坍落度损失与外加剂掺量成反比。
其中4 号配合比离析，泵送性能不能满足要求。
1. 2 砂率对聚丙烯纤维混凝土工作性的影响
在砂率对聚丙烯纤维混凝土工作性影响方面，不能按照普通c50 配合比设计的条件进行砂率的选取，要通过试验室试配比较，选择
最优的砂率。
笔者根据外加剂不同掺量对聚丙烯纤维混凝土工作性的影响的试验结果，通过增加4#配合比砂率，来调整混凝土和易性，具体试验配合比及拌和物性能试验结果见表2。
根据试验结果，3#配合比混凝土工作性满足高泵送混凝土要求，因此选用3#号配合比在工程上试生产，在混凝土施工过程中3#号配合比应用效果很好，混凝土强度完全满足设计要求，施工质量满足规范要求，未发生混凝土堵管的事故，同时能够很好的抑制混凝土早期塑性裂纹的生成。
2 聚丙烯纤维混凝土抗裂性能的试验研究
2. 1 试验方法
平板约束法试验模拟混凝土在四边全约束状态下的早期裂情况，采用内边尺寸为600mm×600mm×63mm 的钢制方形模具. 模具四边上同时用双螺帽固定排共14 个φ10 ×100mm 螺栓伸向模具
内侧起约作用. 两排螺栓相互交错，便于浇注的混凝土能填密实，成型后，采用电风扇吹风、加热来加速开裂试验，用40 倍读数显微镜对混凝土板的开裂情况进行跟踪观测缝开裂情况，进行分形评价。
2. 2 试验方案
试验中，考虑纤维体积掺量单因素作用，固定水灰比0. 32，水泥用量为485 kg /m3，砂率为39%，采用19mm 长度的聚丙烯纤维掺量分别为0 kg /m3、0. 3 kg /m3、0. 6 kg /m3、0. 9 kg /m3 ;
4 组试验每一配比成型两个试件进行测试.
2. 3 试验结果与分析
表3 为混凝土板开裂结果，由表3 可知聚丙烯纤维的掺入延缓了裂缝的产生和发展，对于同一种长度的纤维，随着掺量的增加延缓了混凝土的开裂，6h最大裂缝宽度，6h 裂缝总长度都减小。
这是因为混凝土中掺入聚丙烯纤维后，与未掺纤维相比，由于表层材料中存在纤维，一方面使其失水面积有所减小，水分迁移较为困难，从而使毛细管失水收缩形成的毛细管张力有所减少; 另一方面，低弹性模量的聚丙烯纤维相对于塑性浆体成为高弹性模量材料，由复合力学理论可知，依靠纤维材料与水泥基之间的界面吸附粘结力、机械啮合力等，通过二者共同受力，增加了材料抵抗开裂的塑性抗拉强度，使材料表层的开裂状况得以减轻，且随着掺量的增加，改善效果愈显著。
3 结论
(1) 聚丙烯混凝土坍落度与外加剂掺量成正比，1h 坍落度损失与外加剂掺量成反比。
同时因为外加剂掺量的增加会发生混凝土离析，要通过调整混凝土配合比砂率来改善混凝土和易性。
(2) 聚丙烯纤维混凝土配合比设计中砂率要比普通混凝土配合比设计中砂率的选取要高，要通过试验室试配比较，选择最优的砂率。
同时通过混凝土试生产验证配合比的合理性。
(3) 聚丙烯纤维的掺入延缓了裂缝的产生和发展，且随着掺量
的增加延缓混凝土开裂的效果愈显著。
参考文献:
[1] 唐明，傅柏权，张戚．聚丙烯纤维混凝土早期塑性开裂特征及分形评价．沈阳建筑大学学报，2007(07) ．
[2] 张建峰，罗平，周世华．纤维对混凝土早期塑性开裂的影响．混凝土，2010( 7):76－78．
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。