纤维混凝土新技术应用总结

上海建筑工程逆作法工程技术研究中心是上海市科委批准成立的从事逆作法工程技术研究、开发和推广应用的专业科研机构...






上海建筑工程逆作法工程技术研究中心是上海市科委批准成立的从事逆作法工程技术研究、开发和推广应用的专业科研机构。中心从事逆作法研究、设计、咨询、施工、检测、培训和标准编制等工作，向社会提供公共服务，推广这一“绿色、节能、高效、经济”的先进基坑施工技术。

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聚丙烯纤维混凝土简介

聚丙烯纤维是一种以聚丙烯为主要原料，以独特生产工艺制造的高强度束桩单丝纤维。

原料成分

聚丙烯

纤维类型

束状单丝

当量直径

15~45

比重

0.91~0.93g/cm3

长度

3~40mm

颜色

自然色

抗拉强度

＞500MP

断裂延伸率

10~40%

弹性模量

≥385MPa

熔点

160~180℃

耐酸碱性（强力保持率）

≥94.4%

吸水率

无

热传导性

低

纤维混凝土工作原理

在混凝土内掺入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀；同时由于细微，故比表面积大，0.8kg聚丙烯纤维分布在1m³的混凝土中，则可使每立方米混凝土中就有2000~3000万根纤维不定向分布在其中，故能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。当微裂缝在细裂缝发展的过程中，必然碰到多条不同向的微纤维，由于遭到纤维的阻挡，消耗了能量，难以进一步发展。因此，聚丙烯纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂的产生和发展，极大地减少了混凝土收缩裂缝。从宏观上解释，就是微纤维分散了混凝土的定向拉应力，从而达到抗裂的效果。聚丙烯纤维混凝土的施工与常规混凝土基本相同，但聚丙烯纤维混凝土在相同配合下，坍落度比普通混凝土降低30%左右，且泌水速度降低，故要进行二次振捣，收面作业应适当加强。拌合物试验内容为纤维对拌合物的含气量、坍落度随时间变化特性、初凝和终凝时间以及泌水速度等的影响。试验结果表明，聚丙烯纤维的掺入对混凝土含气量无影响：掺入纤维后，混凝土初凝提前1~1.5h，终凝也略有提前，同时，聚丙烯纤维的掺入减少了塑性混凝土表面的析水，表现为泌水率下降，泌水推迟20min开始，提早30min结束。与普通混凝土一样，聚丙烯纤维混凝土在拌和后坍落度随时间有所减少，特别在0.5h后，损失速度加快。

1.提高混凝土抗裂性能

混凝土裂缝主要发生在混凝土硬化前，此阶段由于水分的蒸发转移，因而引起混凝土内部塑性裂缝的产生。掺入聚丙烯工程纤维后，在混凝土内部形成一种均匀三维不定向分布的支撑体系，延缓和阻止早期混凝土塑性裂缝的发生和发展，因此起到更为有效的抗裂效果。

2.提高混凝土的抗渗性能

混凝土掺入少量纤维后，抑制了早期干缩裂缝及离析裂缝的产生和发展。使混凝土空隙率大大降低，从而使混凝土抗渗能力大幅度提高，起到很好的抗渗效果。

纤维混凝土施工要求

根据工程结构设计对各部位混凝土强度等级的不同要求，对商品混凝土供应商提出试配的要求，商品混凝土供应商根据所选用的水泥品种、砂石级配、含泥量和外加剂等进行混凝土试配，得出优化配合比。



1.混凝土原材料要求

1）水泥

（1）水泥品种：选用强度等级为P.042.5的普通硅酸盐水泥，不得采用立窑生产的水泥。在满足混凝土强度的前提下，尽量采用低标号、低细度、少用量；对于控制混凝土的收缩、减小水化热具有很大的作用。

（2）控制指标：水泥中C3A(铝酸三钙)含量小于8%；水泥细度宜小于3500cm2/g；水泥中游离氧化钙、氧化镁和三氧化硫应尽可能的少；水泥的碱含量（Na2O+0.658K2O）小于0.6%。

（3）水泥用量：最小水泥用量不得小于300kg/m3，加入活性掺合料时，可适当降低。混凝土的胶凝材料总量小于550 kg/m3。

2）粉煤灰

（1）应选用Ⅱ级以上粉煤灰，烧失量小于3%，三氧化硫含量小于3%，需水量比小于100%；粉煤灰掺量为20%胶结材料总量。

3）细骨料： 选用含泥量小于1.5%的级配良好的中砂（河砂或人工砂），细度模数不宜小于2.6，同时应满足《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52-92）。

4）粗骨料： 控制含泥量小于0.7%，且应进行级配优化，选择最佳级配，堆积密度应大于1500 kg/m3，对致密石子如石灰岩应大于1600 kg/m3。

骨料粒径越大，纤维越容易受骨料排挤压迫，单位体积内纤维含量增加[1],如下图所示，纤维容易互相纠结成球，纤维球又会造成骨料间分离。为了避免上述情形发生，必须选用粒径较小的骨料。因此，粗骨料粒径应≤20mm。

5）外加剂

（1）外加剂选择与使用应满足《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）。选择各类外加剂时，应考虑外加剂对混凝土后期收缩的影响，尽量选择后期收缩小的外加剂。

6）水灰比： 水灰比应适中。满足混凝土和易性前提下，综合考虑掺合料及外加剂等其他因素后，水灰比及用水量应取小值，混凝土水灰比控制在0.45以下。

7）拌制水：用于拌制混凝土的水，其质量应符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63-89）。

8）混凝土

避免使用碱活性骨料，当使用碱活性骨料时，混凝土各组份（含外加剂）中的含碱量（Na2O+0.658K2O）不宜大于3kg/m3。混凝土各组份（含外加剂）中的氯离子含量小于水泥重量的0.06%。

2.纤维混凝土的泵送要求

1）输送全过程中的任务是要求始终使聚丙烯纤维混凝土拌合物保持均匀、不离析、不分层状态。这要求混凝土罐车在输送过程中罐体保持3~6r/min的转速移动，并及时将混凝土送到指定浇筑点。拌合好的纤维混凝土由搅拌站输送至浇筑部位，时间不应超过60min，否则应在混凝土运到工地后再加入聚丙烯纤维。

2）输送过程中严禁司机、施工人员私自向聚丙烯纤维混凝土中加入生水来调节和易性，否则会严重影响混凝土的质量。

3）聚丙烯纤维混凝土施工过程中应保证充足的输送能力，以保持混凝土浇筑的连续性。

4）开始泵送时，混凝土处于慢速、匀速并随时可反泵的状态。泵送速度，先慢后快，逐步加速。同时，观察混凝土泵的压力和各系统的工作情况，待各系统运转顺利后，方可以正常速度进行泵送。

5）泵送前，应先用适量的与混凝土内成分相同的水泥砂浆润滑输送管内壁。预计泵送间歇时间超过45min或混凝土出现离析现象时，应立即用压力水或其他方法冲洗管内残留的混凝土。

3.纤维混凝土浇筑要求

1）浇筑前须先清理模板内垃圾，保持模内清洁、无积水。混凝土浇筑时，振捣的方法应能达到流平、密实的程度，减少表面气泡。

2）混凝土振点应从中间开始向边缘分布，且布棒均匀，层层搭扣，并应随浇筑连续进行。振捣棒的插入深度要大于浇筑层厚度，插入下层混凝土中50-100mm，使浇筑的混凝土形成均匀密实的结构。

3）聚丙烯纤维混凝土下料不宜太快，一般将混凝土摊铺高出20mm-40mm后，用插入式振动器振捣后，再用平板振动器振动、抢平。

4）一般采用一刮、二滚、三纵、四抹的方法，确保混凝土平整度。振动棒的操作要做到“快插慢拔”，以便更有效的排出混凝土中的气体，使之更加密实；振动棒插点应均匀有序，插点间距宜为500mm左右，每点振捣时间宜为5s-15s 左右，以混凝土面不再下降，表面出现浮浆为止。在柱、梁与板变截面结构宜分层浇筑。

5）在纤维混凝土初凝前，必须对混凝土进行二次振捣，并对纤维混凝土表面拍打振实。收浆在聚丙烯纤维混凝土刚初凝开始，并在终凝前完成。

4.聚丙烯混凝土养护要求

在施工过程中，应根据当时天气的冷热状况，风力大小等具体情况进行收浆，收浆过早或过晚，都有可能影响平整度或出现早期裂缝等。最后一次抹面应在刚初凝，并在终凝前完成，目的是将表面裂纹全部消除。混凝土凝固前应保持表面湿润状态，防止水分蒸发。在终凝后立即用塑料薄膜覆盖养护。纤维混凝土浇水养护的时间不得少于14d，施工放样后，也必须立即浇水并覆盖养护。浇水次数应能保持混凝土始终处于湿润状态，并做好混凝土养护记录。

纤维混凝土应用效果

本工程通过纤维混凝土的应用，有效地减少了地下室底板混凝土及结构等抗渗混凝土的收缩裂缝，对地下室结构抗渗起到了至关重要的作用，取得了令人满意的效果。

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