改性聚丙烯纤维混凝土的性能及其在水利工程中的应用

水工混凝土由于所处的环境和工作条件的特殊性,某些部位的混凝土要求具有较小的渗透系数,以满足挡水防渗要求;有足够的耐久性,以抵抗温度变化、干湿交替、冻融循环、水流冲涮及风化作用等;要求有足够的柔性,以适应变形;有一定的强度和抗裂能力,有较高的抗拉强度及极限延伸率。为适应新技术新施工工艺的需要,混凝土拌和物应有良好的工作性,输送过程中不泌水、不离析、易于振捣密实。水利工程中常用的普通混凝土在早期硬化阶段,常会因泌水和水分蒸发而产生塑性收缩,混凝土表面形成龟裂状细微裂缝,影响结构的整体外观;在混凝土硬化后期,还会形成干缩裂缝,影响结构的整体性。在温度与外力作用下,裂缝将进一步发展,从而影响混凝土的耐久性与抗渗性,并使钢筋锈蚀,影响结构安全。
20世纪60年代,美国陆军工程师兵团在普通混凝土中掺入适量聚丙烯纤维产品,使普通混凝土的性能得到明显改善,增强了混凝土的抗冲击性、抗磨性、抗渗性及柔韧性。到80年代后期,聚丙烯纤维混凝土在美、英等国得到广泛应用。我国聚丙烯纤维混凝土在水利工程中的应用尚处于初步阶段,但是聚丙烯纤维混凝土具有良好的性能,推广前景广阔。聚丙烯纤维混凝土的性能将一定量的聚丙烯纤维加入到普通混凝土的原材料中,经搅拌机搅拌,纤维受到水泥和骨料的冲击、剪切、碰撞、分散作用,随机均匀地分布在混凝土中,使混凝土的性能得到较大改善,使其在应用时具有如下性能。
整体性和耐久性聚丙烯材料的特点是抗拉强度高、变形小,将其加入混凝土中,对控制混凝土的龟裂效果比普通混凝土高出90%～100%。这是由于纤维的存在:①降低了水分在混凝土中的迁移性,减少了泌水和体积变化,减少了混凝土的塑性收缩,从而减少或消除裂缝的产生;②阻止了裂纹的产生或使裂纹发生扭曲从而导致裂纹的产生显著减少;③可与水泥基体形成互穿的三相网络结构,约束混凝土的变形。聚丙烯纤维不吸水,与酸碱不起作用,加入混凝土中,不会使原混凝土的水灰比及混凝土本身的性能发生变化,保证原混凝土的稳定性。聚丙烯混凝土的整体性还体现在其试件受压破坏与普通混凝土的不同上,聚丙烯混凝土有较大吸收变形的能力,试件受压破坏无碎块、不崩裂、基本保持原来的外形;而普通混凝土试件受压破坏呈现明显两倒圆锥形。聚丙烯纤维能改善混凝土的柔韧性和抗冲击性,从而增加混凝土的抗破碎性。试验表明,聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土的抗冲击性能提高1倍;柔韧性提高40%左右;抗疲劳性能增强3倍左右。