聚丙烯纤维混凝土在路桥中的应用

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维普资讯http://www.cqvip.com建筑石膏与胶凝材料0弦g∞，}2rg聚丙烯纤维混凝土在路桥中的应用单俊鸿。。，周明凯，张美强；义理I、：硅酸盐材料r稃敦育部重点实验事，湖北武汉430070河北硭：院：3．tt旧新建筑料l1f抗【设计研究院．浙江杭卅I3l0003)摘要：介绍路桥聚f}希纤维的主要技术参数．述聚f巧烯纤维n：提高混凝土抗裂性、抗渗性、抗冲击肚、抗冻融性和抗疲劳性中的作Itj、许列举r一ft{内外聚阿烯纤维混凝上=f1：路桥稚中的J用实例关键词：聚丙烯纤维；混凝l一：路侨中图分类号：YU528．572文献标识码：I{文章编号：l00l～702X(2004)08～0020～030前言土的一些特点和主要性并列举其在路桥工程中的应肌l聚丙烯纤维与聚丙烯纤维混凝土聚丙烯纤维混凝土是在普通混凝土的拌合物中加入少短切聚丙烯单丝纤维或聚丙烯膜裂纤维而制成的水泥基1．1聚丙烯纤维复合材料20世．~g70年代初，聚丙烯单丝纤维(直径0．22～0．25目前，在路桥丁程中采用的聚丙烯纤维大多是经改性处nln1)开始用于某些混凝土制品巾；20世70年代中期，荚网理的束状聚丙烯单丝纤维，外观为白色，手感柔滑，半透明，开发成功聚丙烯膜裂纤维(fib~‘illatedp0l、f1ropyleneI’P)，这搅拌后在混凝上中即成为一根根独立存在的单丝，其主要技是一种直径kt2mm1．R上的束状纤维，!-j混凝t拌台过术参数表1中束内纤维展开成为相q牵连的网络：20世纪80年代初，美表I路桥用聚丙烯纤维的主要技术参数国的一些公司通过表面处理技术，开发成功可均匀分布于混凝土中的直径为23～62m的聚丙烯单丝纤维，混凝土中掺人纤维的体积率为0．05c／~～0．2％时，有明显的抗裂增韧、抗渗、抗冲击、抗冻融和抗疲劳等点I这些优良的性能在路桥等工程中得到了大量f用，并取得r比较好的效果聚雨烯纤维混凝土的研制在我同起步较晚，在路侨等I程中大面推广应用还是近几年的事情史削述聚丙烯纤维混凝收稿日期：2004—03—24研究，聚丙烯纤维强度高，能耐酸、碱、盐等化学腐蚀：它密度作者简介：俊鸿，男，1964年，汀"、镇汀人．副教授，博地址：武汉】f珞狮路122号，电话：027—87641294小，成本低，只要掺入混凝土体积的0．05％一0．2％(相当于每1．．．≥．≥．．≥等蔷等蔷等蔷(5)在保证基体能够密实成型的情况下，采取相的措施【2】进一步提高基体密实程度，可以获得具有良好耐冲击能力的钢纤维RPC：因此，开发研制RPC，对于提高抗爆I：程、抗震工程等动荷载作用下T程的安全可靠性，具有十分重要的意义【3】参考文献：l4】【1】RICHARDP，CHEYREZ~·20．新型建筑材料20048 维普资讯http://www.cqvip.comGs“墨3ndCement内，Building建筑石膏与胶凝材料m混凝土中掺0．45-1．8纤维)，即可有效抑制混凝土的0．05％、0．1％、0．3c／c的网状聚丙烯纤维混凝土、素混凝土的抗性开裂，明显改善混凝土的物理力学性能：渗性能住13MPa水压下作了试验，结果表明：掺加0．05％、1．2聚丙烯纤维混凝土0．1％的混凝土抗渗能力分别比素混凝土提高40％和48％，而聚丙烯纤维混凝土是一种物理性能和力学性能优良的掺加0．3％的提高较少(约8％)：这些试验表明：混凝土中掺新型水泥基复合材料I，它与普通的素混凝土相比，具有较高加适革聚丙烯纤维后，可增加混凝土的致密性，使聚丙烯纤的抗裂、抗拉、抗折、韧性、抗冲击、耐磨、抗渗、抗冻融和抗疲维混凝土透水性降低，混凝土内水分、Cl一离子、空气等的转移劳、耐久等性能，且体积密度比普通混凝土s1,2％左右一聚丙速率降低，从而提高了混凝土的抗渗能力一烯纤维在混凝土中的掺量很小，所以聚丙烯纤维加入混凝土1．2．3提高混凝土的抗冲击性后增加的成本有限，但它昕带来的效益远远超过其成本的增美国~jSouthDakota矿业与1程学院按照美国混凝土加=在混凝土中掺加聚丙烯纤维具有以下作用：学会(ACI)544号委员会规定的落重测试方法对掺和不掺杜1．2．1减少或消除裂缝拉纤维混凝土的抗冲击性进行了试验，结果见表3：据美国加州·韦尔瑞克r程及俭测公一]进行的聚丙烯砂浆表3杜拉纤维混凝土落重法抗冲击测试结果II试件抗裂比较试验表明，在每1m砂浆中掺入1-2kgl,2[：的聚掺杜拉纤维混凝土项LI索混凝土一⋯一——丙烯纤维后，可见裂缝的消除率几于可达100c~，且在同体积掺lr=O．05％lI：()．1％f=O．2％量下，较长的纤维有更好的抗裂效果=同济大学的马一甲等初裂冲击次数3O89103148的研究表明，纤维直径越小、长度越长，其砂浆抗塑性收缩开裂破坏冲击次数3798114166性能越高，当聚丙烯纤维体积掺量不小于0．1％时，可完全阻1天津市政工程研究院的曹诚等人也用落重法对聚丙烯水泥砂浆塑性于缩开裂现象的出现石家庄铁道学院的华渊等纤维混凝土与素混凝土的抗冲击性进行了对比实验，其结果同在研究聚丙烯纤维增强混凝土的断裂行为时发现，当聚丙烯见表4=纤维混凝土梁在弯曲应力的作用下，简载很小时，见不到宏观表4聚丙烯纤维混凝土落重法抗冲击试验结果II裂纹，当荷载增至一定值时，出现可视裂纹，但裂纹间距小，裂纹密，呈多点开裂。这一结果表明，聚丙烯纤维可以将“裂缝分细”旧聚丙烯纤维在混凝土中的掺量尽管很小，但它可减少或消除混凝土的塑性收缩裂缝、干缩裂缝、温度收缩裂缝和碳化收缩裂缝这一点在路桥工程中已被大鼍让明：这主要是西班牙EduardoTorroja研究院的F·Puertas等人对水泥砂由于聚丙烯纤维在混凝土中呈三维乱向分布，且数量大0(每1浆的实验研究表明，掺有0．5％体积率聚丙烯纤维的水泥砂浆em混凝土中约有20条纤维丝)，可降低微裂缝尖端的应力集的抗冲击次数为23次，而未掺的只有3次⋯{这也表明：聚丙烯中，防止微裂缝扩展，并且防止连通裂缝的出现一同时均布的大纤维的掺入对砂浆的抗冲击性有显著提高，量纤维阻止混凝土的离析，提高了混凝土的整体均匀性，不致以上试验表明，掺入聚丙烯纤维有助于提高混凝土构造发生各层的不均匀收缩，从而减少混凝土的内部裂缝物吸收冲击能量：这是由于聚丙烯纤维组织为纤化网状，与1．2．2提高混凝土的抗渗性混凝土基体的粘接强度高，当应力自基体传递给聚丙烯纤维从上面聚丙烯纤维能减少或消除混凝土裂缝，并且能将时，纤维因变形而消耗能量：再是由于聚丙烯纤维具有良好“裂缝分细”这一结论来看，聚丙烯纤维可明显改善混凝土的的延性，极限变形值很大，混凝土一开裂，聚丙烯纤维可以抗渗漏性能国家建筑材料测试中心按GBJ82—85进行的杜阻止混凝土中裂缝的迅速发展。因此，聚丙烯纤维的存在大拉纤维(美国生产的聚丙烯纤维中的一种)混凝土抗渗试验大提高混凝土的冲击韧性这一特性对于经常受到冲击疲劳结果如表2所示。作用的路桥丁程中的混凝土结构非常有用一表2抗渗试验结果1，2，4提高混凝土的抗冻融性项目素混凝土I『=O．05％的杜拉纤维混凝土抗冻融性是混凝土长期性能和耐久性的重要指标，也是渗水高度／mm5Ol5在寒冷地区修筑路桥工程必须考虑的指标国家建筑材料测注：水压为1．2MPa一试中心按GBJ82-85X~2种不同体积掺晕的杜拉纤维混凝土表2结果显示，添加聚丙烯纤维后，混凝土的抗渗性能提的抗冻性能进行r测试：试验表明，掺入杜拉纤维可有效提高了70％：大连理工大学的戴建国等人对体积含量分别为高混凝土的抗冻融性能，其结果见表5：NEWBUlLDINGMATERIALS·2l· 维普资讯http://www.cqvip.com建筑石膏与胶凝材料GypsumandCementforBuilding表550次冻融循环后混凝土抗压强度比变化比较(14)江苏润杨长江公路大桥墩(纤维掺量0．9kg／m)；项目籼凝土量量(15)湖北恩施州巴东长江公路大桥及引桥桥面铺装层一———————一』一———————————(纤维掺量1．35kg／m)：抗压强度比变化／％l-0．63-0．40．6(16)TJH拿大104号高速公路的萨门河大桥的无筋混凝土董建伟等人的研究表明，加入少量聚丙烯纤维的混凝桥面板(纤维掺量0．50kg／m)；土经反复冻融100次后强度仍然合乎要求所以在高寒地区(17)美国等国家采用聚丙烯纤维混凝土铺设50—70mm和正负温度变化较大地区的路桥施工中，掺入聚丙烯纤维可的超薄白色路面，用于市区道路、停车场、机场车道、州际公以改善工程质量，延长路桥的使用寿命?路等(纤维掺量1．7kg／m)。1．2．5提高混凝土的抗疲劳性3结语疲劳性能是设计路桥工程时必须考虑的力学指标，也是确定道路、桥面铺装层厚度及使用年限的重要约束条件。当前全国各地路桥建设工程很多，许多水泥混凝土路Ramakrishnan等将聚丙烯纤维掺入混凝土中用三点加荷法进面、桥面铺装层在使用过程中常过早出现断角、开裂、碎裂等行抗疲劳试验，经200万次循环后，素混凝土可承受的最大病害，相信利用聚丙烯纤维混凝土的优良性能，这些病害一应力为其抗折强度的50％，而掺有0-3％聚丙烯纤维的混凝土定会大大减轻或根除，从而延长路桥的使用寿命，减少维护可承受的最大应力为其抗折强度f~65％，这说明掺入聚丙烯费用，产生较显著的经济效益。纤维有助于混凝土抗疲劳强度的提高。参考文献：抗裂、抗渗、抗冲击性、抗冻融、抗疲劳等性能，是路桥工[1]龚益，沈荣熹，李清海．杜拉纤维在土建工程中的应用．北京：机程建设时重点考虑的指标，而聚丙烯纤维的加入可以有效改械工业出版社，2002．善这些性能，使得路面、桥面铺装层的整体性显著提高，抵抗[2]禹智涛，李士恩，邓天宇．聚丙烯纤维增强钢筋混凝土薄板力学动荷载能力也显著提高。性能的试验研究．混凝土与水泥制品，2002，(4)：35—37．[3]马一平，朱蓓蓓，谈慕华．纤维参数对水泥砂浆塑性收缩开裂性2聚丙烯纤维混凝土在路桥工程中的应用能的影响．建筑材料学报，2002，5(3)：220—224．(1)武汉长江二桥的桥面铺装层、桥墩维修(纤维掺量【4】马一平，谈慕华．聚丙烯纤维水泥基复合材料物理力学性能的研1．36kg／m)；究(I)．建筑材料学报，2000，3(1)：48—52．(2)长江三峡大坝E一120栈桥引桥路面(纤维掺量1．70【5]华渊，刘荣华，曾艺．纤维增韧性能混凝土的试验研究．混凝土与kg／m)；水泥制品，1998，(3)：40—43．(3)新疆喀什七里桥桥面铺装层(纤维掺量0．82kg／m)；[6]王铁梦．工程结构裂缝控制．北京：中国建筑工业出版社，1997．(4)广州中心区内环路2．7标高架桥桥面铺装层(纤维掺[7]钟世云，袁华．聚合物在混凝土中的应用．北京：化学工业出版量1．0kg／m)；社。2003．9，(5)甘肃天水昔河大桥桥面铺装(纤维掺量0．9kg／m)；【8]戴建国，黄承逵．网状聚丙烯纤维混凝土的试验研究．混凝土与(6)重庆五里店、松树桥、黄花园、湖北黄石李家坊等立水泥制品，1999，(4)：35—38．交桥铺装层(纤维掺量0．9kg／m)；[9]Ron~iShenetc．Crack—ArrestingEffectofPolypropyleneMonofilamentFibreatSmallDosageinConcrete．Proceedings(7)京珠高速公路广州段、珠海段、中山段、衡阳段、郑州一薛店段收费站路面(纤维掺量0．9—1．36kg／m)；oftheInternationalConferenceonFibreReinforcedConcrete，(8)广州海山仙馆人行天桥超薄楼梯(纤维掺量0．9kg／Guangzhou，1997．m)；『lO]曹诚，刘家彬．聚丙烯纤维对混凝土动力学特性的影响研究．(9)厦门保税区象屿码头、惠州港码头软基层重荷载路混凝土，2000，(5)：43—45．面(纤维掺量0．8—1．0kg／m。)；[11]F·Puertasetc．Mechanicalanddurablebehaviorofalkaline(10)重庆滨江路伸缩缝接口(纤维掺量1．0kg／m)；cementmo~amreinforcedwithpolypropylenefibres．Cement(11)天津至唐山高速公路路面铺敷(纤维掺量0．8kg／m)；andConcreteResearch。2003。(33)：2031-2036．(12)京珠高速安新段桥面养护(纤维掺量0．9kg／m)；[12]董建伟，王广宇，裴宇波．改性聚丙烯纤维混凝土及其应用．吉(13)武汉市轻轨铺装层(纤维掺量1．8kg／m)；林水利，2000，(9)：7-10．A．22．新型建筑材料20048