对目前聚丙烯纤维混凝土推广应用的认识

对目前聚丙烯纤维混凝土推广应用的认识

恒律发展有限公司 王 齐

（续1）
2 纤维发生作用的条件

2.1 纤维发生作用的外部和内部条件
2.1.1 外部条件：
可从纤维在混凝土/砂浆中所处的形态以及纤维对集料的关系两个方面来理解。
纤维在混凝土/砂浆中能否乱向均匀分布，是关系到纤维能否发生作用的关键。纤维作用的机理无论怎样解释，都必须保证纤维在混凝土/砂浆中呈均匀、乱向分布的状况下才能发挥作用。微裂缝在发展过程中，遭遇到纤维的阻挡，消耗了能量，使其难以进一步发展，从而阻断应力达到抗裂的作用。由于纤维在生产过程中对其表面采用不同的活性剂配伍进行处理，使纤维遇水均匀分散，再加上外力与混凝土各种集料搅拌进一步使纤维与各种集料握裹。杜拉纤维便于分散均匀，是所有使用过该产品的人员所公认的。我们一般在透明水杯的清水中放入少量纤维进行搅动，便可以直观的发现杜拉纤维呈立体悬浮状乱向分散，且长时间放置都不会有太大变化；而某些同类的产品，经搅动后可能分散，但时隔不久便会上浮为一絮状层。据反映凡是有后者情况的纤维，在混凝土/砂浆的实际配制过程中多不易均匀分散。这种观察办法和有人提出的“纤维层高稳定率”办法大同小异。由于聚丙烯纤维密度小于水以及纤维表面活性剂的作用，分散在水中的纤维受浮力及表面活化能的影响，会逐渐呈现较为明显的分层和离析的状态，将不同品牌的短纤维放置在量杯中搅拌后静置，在不同的时间段测量其悬浮状层高的办法来比较其稳定性的办法以判断纤维的分散性。
纤维对集料的握裹状况，是能否起作用的另一个关键。纤维能够尽可能多的握裹集料，避免在受力时被拔出。不同的纤维制成标准不同，在电子显微镜下可以看到呈现不同的握裹集料的情况。如果加入纤维后的混凝土塌落度没有损失，这种纤维不是分散不好就是握裹力差，纤维的作用无从谈起。
2.1.2 内部条件：
纤维能够起作用，还在于纤维本身的力学性能。如抗拉强度、拉伸极限、纤维均匀度、抗酸碱腐蚀和紫外光的老化能力等。据纤维专家解释，抗拉强度和拉伸极限成一定的反比关系。这种关系要适当，并非纤维的抗拉强度特别高才能产生高的阻裂效用。纤维在受到拉力的过程中发生拉伸变形，如果比值不适当，则抗拉强度不可能达到要求。当然，由于制成材料的限制，该数据只能尽量满足要求。聚丙烯纤维抗拉强度过大，可能会导致脆性加大。拉伸极限过大，混凝土/砂浆中的纤维在受力变形过程中又可能无法控制裂纹。据了解，杜拉纤维的拉伸极限15%左右已经接近天然纤维，需要一定的控制技术才能生产。纤维的改性也表现在这一方面。拉伸极限指标也是衡量纤维抗裂能否真正达到作用的一种指标。
2.1.3 材料的复合效应才能使纤维最大可能发挥作用
要真正认识每一种材料的特性和优劣，强调一种材料排斥另一种材料的做法是行不通的。材料是不断变革的，要不断认识和使用新的材料。只有充分发挥材料的复合效应，才能综合解决工程中所遇到问题。
比如，具有高弹模的钢纤维和低弹模的聚丙烯混用，可在混凝土破坏过程中分别起着不同的作用。聚丙烯纤维由于其数量多及性能特点主要约束混凝土早期原生裂缝及微观裂缝，在较低拉应力情况下起作用；钢纤维根数不多但具有明显的增强，对宏观裂缝可以起到显著的阻裂作用。两种纤维可以从不同的阶段对混凝土裂缝的产生和扩展起到约束作用，提高混凝土的抗拉强度和抗弯拉强度，可以综合两种不同弹模的纤维吸收能量的优点，对混凝土内部的缺陷产生协同作用，既可以有效增强又可以有效增韧。
又如，在水工混凝土的应用中掺加粉煤灰或硅粉增加抗冲耐磨强度和抗裂。黄委会实验中心所做的配比试验，在掺加20%粉煤灰和杜拉纤维0.6/0.9/1.2kg /m3掺量的情况下，抗冲磨强度分别增加6—18%。南京水科院的试验证明，聚丙烯纤维和硅粉共掺，可以更有效地提高混凝土的抗冲磨性能33-58%。 我们在内蒙哈拉沁水库泄洪洞工程的实践中也证明了这一点。
再如，杜拉纤维的工程实践中，还有不少与UEA合用解决混凝土抗裂、抗渗问题的。如无锡锡澄运河大桥和宜兴西九大桥桥面铺装层、湖北出版文化城大面积地下室底板C40P12和C50P12砼、协和医院外科大楼地下室C60P12砼、重庆世贸中心大型转换层C60砼等等工程；广州新国际机场航站楼地下室基础、指挥廊、主梁和轻轨站等超大超长楼板结构、底板结构、侧墙结构采用粉煤灰、微膨胀剂和杜拉纤维配制C40粉煤灰补偿纤维混凝土，三种材料各自的抗裂效应互为补充充分发挥各自的特长，近10万m3的混凝土施工效果得到好评。
推广一种技术和产品，应该坚持科学的态度和实事求是。如果靠夸大其词来推广，这种新技术、新产品就不会有生命力。目前，在国内建筑工程界中应用和推广的合成纤维有许多品牌，有进口的，也有国产的，其中良莠不齐，相差很大。由于工程用纤维的生产属于化纤行业，使用者为建筑工程界。使用者对化纤生产是生疏的，无法从直观上判断纤维的优劣，但普遍关心能否均匀分散的问题。分散性是表面、直观的，但是从纤维的抗拉强度、伸展极限、握裹力等内在质量来看，不是直接靠观察能够得出结论的。如果在使用以后才发现问题，已经为时晚矣！
当然，聚丙烯纤维在混凝土中所起的作用，说到底是一种辅助作用。我们通常将其称为次要加强筋。混凝土当然要求正常施工养护，不能认为添加了纤维就不会有裂缝而忽视正常养护。这一点，毋庸赘述。

3 纤维的合适掺量

3.1 纤维掺量应因不同目的调整
适用的纤维掺量取何值？从合成纤维的制成材料来看，由于其耐酸碱、以及物理性的增韧和增强，广义地来说对混凝土是有益无害的。但到底何掺量才合适，理论界与工程界的意见不尽相同。从合成纤维在混凝土中所起作用的实质来看，只要添加合成纤维，必然会不同程度地解决混凝土先天的缺陷---脆性，因此无论怎样加都没有错，似乎采用模糊理论来解决一个幅度的变化为更好。但是，从设计和施工角度来考虑必须要有量化的指标。另从混凝土的工作性方面来考虑，又不得不考虑适应施工的有关要求。
纤维掺量应该视使用目的而定，同时考虑混凝土的具体配比、集料和其它外加剂的具体情况而定。目前多数厂家建议的掺量数据，多来自于理论界对纤维体积掺量0.05%和0.1%的试验结论数据。不同制成材料的纤维由于其比重不一，按照体积掺量计算，折算为纤维重量掺量当然就不一样。杜拉纤维在国内一千多个各种实际工程的应用过程中，针对不同的要求，经历过每立方米混凝土/砂浆掺加0.5、0.67、0.7、0.8、0.9、1.0、1.3、1.36、1.5kg不等的情况，均属于低掺量，都得了良好的工程效果，掺量在0.7--0.9kg/m3时，已经能够满足设计的一般要求了。一般来说，对抗裂、抗渗、耐磨要求高的部位，掺量相对高一些；对使用特细砂地区的掺量相对高一些；有特殊要求的工程部位和用途要有特殊的配比。高掺量除特殊用途之外，在一般工程应用中不一定适用。
目前没有国家技术规程，工程应用尚处于探索阶段，掺量差异的理论根据不足，决定纤维掺量的最可靠办法是因应工程目的进行试配，认真进行比较。尤其是大型工程的结构性部位应用更要认真、慎重进行纤维多种掺量的试配和性能比较，从而选择最佳方案。
河南回龙抽水蓄能电站工程，为了解决3.5万m2集水库盆花岗岩盆底渗漏的问题，采用7种配比进行了1400m2的喷射混凝土对比试验，从中确定了杜拉纤维的最佳掺量和施工方案。该工程采用的大面积喷射混凝土施工在全国是少见的。
广州正佳商业广场，地下室面积4.3万平方米，不仅是大面积超长超宽结构，且底板结构复杂，底板面标高相差约3.6m，工程地质条件复杂，地下水丰富，同时有两个地铁箱体在底板下成弧形贯穿，底板与地铁箱体之间分别设计了三条大型的弧形转换地梁。设计要求为C35S8，局部S12，不设伸缩缝，设置后浇带和加强带，对混凝土的抗裂性、抗渗性、体积稳定性、耐久性、水化热及可泵送性等都有较高的要求。经过5种试配方案论证，确定采用杜拉纤维0.7kg/m3。经精心施工，虽然底板有大半年时间处于露天状态，其间经历了冬季和夏季以及地下水位变化等环境的影响，经各方多次检查均未发现有害裂缝及渗漏现象，施工及混凝土质量完全满足设计要求。
3.2 质量差的纤维，不但不会对混凝土增强、增韧，反而会有负面影响。有人认为质量差的产品可以通过增加掺量来弥补效用，质量差的产品加大掺量，反而更会因结团、蜂窝、空洞造成严重问题，根本就不能用。目前，已经发生了因掺用纤维质量太差致使混凝土施工质量产生严重问题不得不下决心炸掉的教训。发展合成纤维混凝土是要解决在新的条件下使工程做到最优，要保证长久之计。尤其是对于水利、水电站这类工程更有着特殊意义。适当调整纤维掺量，要讲究理论，也要讲究经验。经验数据和理论数据结合起来，针对不同的工程部位，调整和选择适当的掺量，才是科学的态度。
3.3 应当充分搜集和提供工程数据和试验室数据，尽快编制国家级的技术规范指导工程的设计和应用。众所周知，一个规范的制定不是容易的事情，需要大量的时间、资金、数据和工程实践验证。合成纤维混凝土是一个新的技术，而且在诸多工程中都已经证明是可以成功应用的，经验数据在目前也是有推广意义的。现在关键不在于数据取何值，而在于是否认识到这种技术是可以解决目前工程中需要解决的问题。如果不需要解决，再好的技术也没有应用和推广的必要，正所谓要“对症下药”。

（待续）
（本文发表于全国第十届纤维水泥与纤维混凝土学术会议）