聚丙烯纤维混凝土施工工法

聚丙烯纤维混凝土施工工法1 前 言1.1 聚丙烯( polypropylene 单体分子式为C3H6) 是一种结构规整的结晶型聚合物。聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维,被称为混凝土的“ 次要增强筋”, 乳白色、无味、无毒,耐酸碱, 表面疏水,化学稳定性好; 主要缺点是分散性能差、与基体间的粘结力差, 经改性处理掺入混凝土中, 可明显改善其韧性, 有时还能改善强度指标, 增强抗渗能力。聚丙烯纤维混凝土( Polypropylene Fiber Concrete, 简称PPFC) 是近年来迅速发展起来的一种优良且应用广泛的新型复合材料, 广泛应用于水利、交通、城市建设等工程中。目前美国所用混凝土总量中, 合成纤维混凝土约占7% 。1.0.2 烟建集团有限公司施工的东营儿童乐园两馆一宫工程D区公共服务平台建筑面积7000余平方米，整个平台浑然一体，面积较大、防裂防漏水要求高，全部采用聚丙烯纤维混凝土。在施工中，烟建集团有限公司成立科技攻关小组，经过不断地探索、总结，形成了自己的聚丙烯纤维混凝土施工工艺，结合多个工程的实践经验，对该施工工艺进行进一步地提炼总结，最终形成本工法。该工法2010年被评为集团公司企业工法。东营儿童乐园两馆一宫工程于2012年被授予山东省建筑业新技术应用示范工程。2 工法特点2.1在混凝土中加入一定量的聚丙烯纤维, 可降低微裂缝尖端的应力集中, 防止裂缝扩展并防止连通裂缝产生。一旦裂缝产生, 前端与纤维交叉使引起裂缝的拉应力得以削弱或消除, 由于聚丙烯纤维在混凝土中呈现三维乱向分布, 可有效抑制裂缝产生, 使大于0.05 mm 的裂缝大大减少, 从而达到阻裂目的。2.2掺加大量纤维, 可有效抑制早期干缩裂纹及连通裂缝的产生, 减少了收缩裂缝; 均匀分布且彼此相粘连的大量纤维起了“ 承托”骨料的作用, 阻断了混凝土中的毛细管, 使水分迁移困难, 减少了混凝土表面析水与集料离析, 从而使混凝土中50 nm100 nm 及大于100 nm 的孔隙含量降低, 大大提高了抗渗能力。由于表面混凝土质量提高, 使耐久性等其他指标如抗侵蚀性得以提高。聚丙烯纤维直径小, 单位重量的纤维数量庞大( 每克约876 000 根) , 纤维间距小, 增加了混凝土冻融损伤过程中的能量损耗, 有效抑制冻胀开裂, 使混凝土抗冻性得以改善。2.3施工简单，便于操作及质量控制, 质量易保证，保温效果显著；集抗渗、抗裂、增加耐久性等多种功能于一体减少了工序，降低了劳动强度，提高了工作效率，大大缩短了工期。3 适用范围本工法适用于各种民用建筑屋面地下室底板防水墙、工业厂房混凝土楼地面屋面、公共广场、桥梁混凝土路面及各种水坝混凝土结构。4 工艺原理聚丙烯纤维混凝土的主要特点为抗裂、抗渗及提高混凝土耐久性。聚丙烯纤维抗混凝土的各种功能机理是建立在对混凝土的固结、收缩的微观研究的基础上。从微观的角度来看，任何密实的混凝土都存在微裂缝。这些微裂缝存在于相与相之间（石、砂、水泥胶体三相）和水泥微颗粒之间，只不过正常的微裂缝肉眼看不到而已。混凝土在硬化形成强度的过程中，初期由于水和水泥的应形成结晶体，这种晶体化合物的体积比原材料的体积要小，因而引起混凝土体积的收缩；在后期又由于混凝土内自由水分的蒸发而引起干缩。这些应力某个时期超出了水泥机体的抗拉强度，于是在混凝土内部引起微裂缝。这些微裂缝不可避免地存在于混凝土内的骨料和水泥凝胶体的局部接触面处以及凝胶体自身内部。混凝土在凝结和硬化过程中，微裂缝经历了出现和发展的过程。这一过程，宏观上认为是混凝土在固结收缩，一般混凝土的收缩率在8104左右。混凝土的微裂缝在发展过程中，是从无到有，从小到大向最薄弱方向定向发展。微裂缝向细裂缝的发展大多数（约占70）在37d凝胶期内完成，此时混凝土的抗拉强度小于1Mpa，如果没有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂缝在内外应力的作用下将会发展为更大的裂缝以至最终形成贯通的毛细孔道及裂缝，从而导致防水失败，也造成结构设计强度远未能充分发挥，严重的甚至威胁到工程的安全及使用。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，故比面积大，每公斤聚丙烯纤维连起来的总长度可绕地球10多圈，能在混凝土内部构成一种均匀的三维支撑体系。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及离析裂的产生和发展，极大地减少了混凝土收缩裂缝，尤其是有效地抑制了连通裂缝的产生。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。试验表明，与普通混凝土相比，聚丙烯纤维体积掺量为0.1（约1kg/m3）的混凝土抗裂能力提高了近70。5 施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.1.1聚丙烯纤维混凝土搅拌工艺流程配合比设计配合比试配掺合料计量水计量外加剂计量砂计量纤维定量砼质量检查出厂纤维投入加强搅拌水泥计量碎石计量投料搅拌5.1.2聚丙烯纤维混凝土施工工艺流程钢筋绑扎纤维混凝土搅拌混凝土运输模板支设技术复核混凝土试配纤维混凝土养护混凝土施工方案与技术交底纤维混凝土浇筑坍落度测试5.2操作要点5.2.1聚丙烯纤维混凝土配制(1) C30砼原材料的选用及配合比1) 水泥：山水牌42.5R水泥；2) 砂：中砂，Mx2.7，含泥量1.7；3) 石：为1631.5mm连续级配的碎石，含泥量0.4，针片状含量7.1，压碎指标9.4；4) 粉煤灰：级，掺量24%；5) 外加剂：CSP-2，掺量2%；6) 纤维：聚丙烯纤维，密度为0.91g/cm2，抗拉强度500MPa，长度19mm。掺量为0.9kg/m3。(2) 本工程的纤维混凝土配合比为： 表5.2-1 C30聚丙烯纤维混凝土配合比 单位:kg/m3水泥砂石水粉煤灰外加剂聚丙烯纤维365735101418454.757.30.9(3) 混凝土搅拌聚丙烯纤维混凝土的搅拌与普通混凝土的搅拌工艺基本相同，只需注意以下几点：1) 在砂、石、水泥和水均匀拌合后，再加入定量的聚丙烯纤维进行搅拌，搅拌时间的长短应以纤维能在混凝土中均匀分布为准，一般为35min，也可先将聚丙烯纤维与砂、石、水泥干拌后再加水湿拌，整个搅拌时间较拌制普通混凝土延长12min，使纤维充分分散。2) 混凝土配置必须按照配合比要求正确计量每次加入纤维的重量。3) 搅拌完成后随机取样，如纤维已均匀分散成单丝，则混凝土可投入使用，如果仍有成束纤维则延长搅拌时间2030秒，即可使用。(4) 混凝土运输1) 以尽量缩短运距的原则合理选择商品混凝土搅拌站，合理安排运输路线，确保混凝土供应的连续性，以保障混凝土浇筑的连续性，不出现施工缝。2) 搅拌站到施工浇筑段运输时间不宜超过60min，运输过程中搅拌车的搅拌筒应保持36r/min的转速持续转动，确保聚丙烯纤维混凝土拌合物保持均匀、不离析、不分层状态，搅拌车到达施工现场后应加大马力自转25s左右再进行浇筑。3) 严格控制运输过程中聚丙烯纤维混凝土的停放时间，停放时间不应超过1h，否则聚丙烯纤维宜在混凝土运至工地后再由专人按配合设计规定添加。4) 输送过程中严禁司机、施工人员随意加水以调节聚丙烯纤维混凝土的和易性，否则会严重影响混凝土的质量。5) 聚丙烯纤维混凝土到达施工现场后应按规定进行坍落度检测，检测合格后才可卸料浇筑，现场试验员同时进行混凝土试件的留置。5.2.3聚丙烯纤维混凝土浇筑及养护(1) 浇筑：由于主梁截面较大，跨度长，且钢筋密集，采用分段分层浇注，每层300400mm。(2) 振捣：纤维混凝土的振捣与一般混凝土相同，采用插入式振捣器振捣，第一振点的延续时间应以使混凝土表面呈现浮浆和不再下沉为准，捣固点间距0.5m，振捣器插入下层混凝土的深度0.5m，并在梁、柱等钢筋密集部位加强振捣。(3) 收面压光：与普通混凝土相比，聚丙烯纤维混凝土较稠，其初凝、终凝时间较普通混凝土有所增加，表现在插入式振动棒拔出时穴坑复平时间较长，收面要适当加强。宜在其接近初凝前收浆抹平，并在其终凝前将混凝土表面赶压密实并压光，以防纤维外露，使纤维混凝土表面平整、密实、光滑。(4) 养护：聚丙烯纤维混凝土在其压光抹面后，应立即覆盖塑料薄膜养护，待其强度达到12MPa后，再加盖麻袋，浇水养护至14天。浇水次数以能保持混凝土始终处于湿润状态为准。(5) 试块留置：按规定留置混凝土抗压强度、抗渗等级、同条件养护试块，并进行相应的试验检验。6.材料与设备6.1主要材料要求(1) 聚丙烯纤维应有厂家提供的产品合格证及检验报告，其物理性能应满足混凝土设计要求。本工法选用19mm聚丙烯纤维，密度为0.91g/cm2，抗拉强度500MPa，长度19mm，掺量为0.9kg/m3。表6-1 聚丙烯纤维的主要物理性能参数表纤维形状束状单丝规 格长度19mm安全性无毒材料表面积228m2/kg纤维直径1935um纤维密度0.91熔点160180弹性模量3850Mpa抗裂强度450Mpa断裂伸长率103(2) 水泥：42.5R普通硅酸盐水泥，其质量应符合通用硅酸盐水泥GB1752007标准。(3) 细骨料：选用中砂，要求连续级配，含泥量2.5，其质量应符合建筑用砂GB/T l46842001国家标准。(4) 粗骨料：531.5mm连续级配的碎石，含泥量0.9，针片状含量7.1，压碎指标9.4，其质量应符合现行国家行业标准建筑用卵石、碎石GB/T l46852001。(5) 掺合料：选用级粉煤灰，掺量1.5%，其质量应符合现行国家行业标准粉煤灰混凝土应用技术规范GBJl4690。(6) 水：采用饮用水，水质应符合国家现行标准混凝土用水标准（JGJ63-2006）的规定。6.2施工设备及机具表6-2 施工设备及机具表序号设备名称设备型号单位数量用途1混凝土输送泵HBC100-11-161R台2泵送混凝土2塔式起重机QZT630台1物料垂直运输3插入式振动棒BL50-220支6混凝土振捣4平板式振动器ZW-50台2混凝土振捣5混凝土坍落度筒规格:100200300只4混凝土坍落度测试6混凝土标准试模规格:150150150只60混凝土试件制作7水准仪DSZ3自动安平水准仪台3标高定位7.质量控制7.1应符合混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）、混凝土质量控制标准（GB50164-92）、混凝土强度检验评定标准（GB107-87）等现行国家规范及行业标准中相关内容要求。7.2原材料质量控制：原材料质量必须符合国家规范的规定，材料进场时要检查合格证和检测报告，根据进场数量、批次做复试，合格后方可使用。纤维的化学成份分析和力学性能指标应委托有资质的试验单进行试验分析，试验结果应符合设计规定要求。纤维混凝土的其它材料（骨料、水泥、掺合料、外加剂等）质量要求同普通混凝土要求一样，要满足国家规范规定的要求。7.3计量控制：原材料应计量准确，上料顺序正确。混凝土的搅拌时间、原材料计量、上料顺序，每一工作班至少应抽查两次。所有计量用具必须经过法定计量管理部门的鉴定并附有合格证。混凝土原材料每盘称量的偏差应符合表7.3的规定。表7-1 原材料每盘称量的允许偏差材料名称聚丙烯纤维水泥或掺合料粗、细骨料水外加剂允许偏差2%2%3%2%2%计量控制检验方法：称重法，烘干法。7.4混凝土坍落度的控制：混凝土拌合物的坍落度应在搅拌地点和浇筑地点分别取样检测，所测坍落度值应符合设计和施工要求，其允许偏差应符合规范的规定。对坍落度不满足要求的混凝土不能随意加水，不合格者不用。7.5混凝土拌合物应拌合均匀、颜色一致，不得有离析、泌水、纤维结团现象。对离析度大，拌和物不均匀、稠度不符合要求的混凝土拌和物，不能用于施工结构，应分析原因，查清问题所在，并针对原因进行改善，以保证混凝土搅拌质量。7.6合理安排运输和浇筑路线，做好施工部署，确保混凝土浇筑的连续性，避免出现施工冷缝。8.安全措施8.1聚丙烯纤维属于易燃物品，使用及堆放时需远离电气焊及其它火源。严格执行现场用火制度，接受相关部门的检查。 8.2对投放聚丙烯纤维的操作人员及时发放安全技术交底，并对其进行培训后方可上岗。 8.3混凝土浇筑前，应对振动器进行试运转，振动器操作人员应穿绝缘靴、戴绝缘手套；振动器不能挂在钢筋上，湿手不能接触电源开关。8.4混凝土运输、浇筑部位应有安全防护栏杆，操作平台。8.5接拆泵管要先停泵，再接拆泵管。泵送期间不得进行接管工作。堵管时严禁在管正前方用手掏管内的混凝土。8.6用电应按三级配电、二级保护进行设置。施工用电的设备电缆线、导线、漏电保护器等级应有产品质量合格证；漏电保护器要经常检查，动作灵敏，发现问题立即调换，闸刀熔丝要匹配，8.7电动工具应符合有关规定，电源线、插头插座应完好，电源线不得任意接长和调换，工具的外绝缘完好无损，维护和保管由专人负责。9.环保措施9.1合理安排作业时间，尽量避免夜间作业，减少施工噪音，避免影响施工现场内或附近居民的休息。9.2对施工现场场地进行硬地化和绿化，并经常洒水，减少粉尘污染。9.3易燃品应隔离堆放，确保施工安全。对于可能产生有害物质或气体的材料，应做好保管工作，并在发挥过期前使用完毕，以免对环境造成影响。9.4施工污水严禁随意排放。施工垃圾要集中堆放，严禁将垃圾随意堆放或抛撒。9.5清理现场严禁将垃圾从外脚手架、窗口、洞口、阳台等抛撒乱扔，以防造成坠落伤人和粉尘污染。9.6聚丙烯纤维为轻质易飘散材料，贮存时要做好防潮、防风等工作。10.效益分析10.1本工法可应用于各种有抗渗、抗裂要求的混凝土构架，其抗裂防水性强，耐久性好，节省了大量后期的维修、返修费用，与普通混凝土相比,全寿命周期成本每m3造价可节省20余元，并可有效减少业主的质量投诉，为企业赢得更好的社会声誉，社会效益显著。与普通混凝土对比结果如下：表10-1 C30聚丙烯纤维混凝土和普能混凝土力学性能对比表 性 能普通混凝土聚丙烯纤维混凝土28d抗压强度38.7MPa39.5MPa28d抗折强度5.25MPa5.49MPa28d劈裂抗拉3.84MPa4.