聚丙烯纖維混凝土抗裂防滲施工工法終稿.doc

聚丙烯纖維混凝土施工工法德州天元集團(tuán)有限責(zé)任公司1前言混凝土材料是目前應(yīng)用最廣泛的人造建筑材料，但混凝土因脆性而容易產(chǎn)生裂縫是其固有的弱點，普通高強混凝土其抗拉強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于抗壓強度，而易發(fā)生脆性破壞，影響了工程的使用壽命。隨著我國城市建設(shè)的高速發(fā)展，建筑技術(shù)的不斷革新，高層建筑、高架路橋、地鐵交通等都對混凝土的性能提出了諸如：高抗拉抗壓、高韌性、高抗?jié)B、阻裂、易于施工等更高的要求，于是在改造混凝土的過程中，纖維增強混凝土應(yīng)運而生。研究成果和工程經(jīng)驗證明，聚丙烯纖維能減少和防止混凝土在塑性和初期硬化階段的收縮裂縫產(chǎn)生，從而提高防滲、抗凍、抗沖磨等性能。聚丙烯纖維混凝土工程中廣泛的應(yīng)用前景。2工法特點2.1.工藝環(huán)節(jié)多但工藝簡單、易掌握兼顧成本及長短期效益。2.2.生產(chǎn)質(zhì)量控制嚴(yán)格、產(chǎn)品性能穩(wěn)定。2.3.配制便易，經(jīng)濟(jì)效益明顯、易推廣。2.4.分散性好，握裹力高；亂向分布，次要加強；物理加筋，抗裂補強；抗磁防銹、防腐耐堿；無毒無味，安全性高。3適用范圍3.1應(yīng)用于水利水電工程中的面板壩、泄洪道、導(dǎo)流孔等抗?jié)B、抗沖擊要求較高的混凝土澆筑工程。 3.2地下室側(cè)墻、底板、房頂防水；輸水渠道、蓄水池防水；腐化池、游泳池防漏。3.3 應(yīng)用于軍事防護(hù)工程、港口、碼頭、堆場、河道，可以顯著提高抗沖擊性能力及抗疲勞能力，防止開裂、滲水。 3.4 應(yīng)用于立交橋、橋墩等主體結(jié)構(gòu)，可有效防止早期開裂，提高構(gòu)件的韌性，增強抗沖擊和抗震能力。3.5應(yīng)用于高強度等級混凝土路面和防護(hù)欄、橋面、工廠地坪等抗裂要求高的工程，可使路面使用壽命提高510年。4工藝原理從微觀的角度來看，任何密實的混凝土都存在微裂縫。混凝土在硬化形成強度的過程中，初期由于水和水泥的反應(yīng)形成結(jié)晶體，這種晶體化合物的體積比原材料的體積要小，因而引起混凝土體積的收縮；在后期又由于混凝土內(nèi)自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應(yīng)力某個時期超出了水泥機(jī)體的抗拉強度，于是在混凝土內(nèi)部引起微裂縫。在混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維，聚丙烯纖維與水泥集料有極強的結(jié)合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時由于細(xì)微，故比表面積大，0.9kg聚丙烯纖維分布在1m3的混凝土中，則可使每立方米混凝土中就有20003000萬根纖維不定向分布在其中，故能在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系（見圖4.1）。 圖4.1 當(dāng)微裂縫在細(xì)裂縫發(fā)展的過程中，必然碰到多條不同向的微纖維，由于遭到纖維的阻擋，消耗了能量，難以進(jìn)一步發(fā)展。因此，聚丙烯纖維可以有效地抑制混凝土早期干縮微裂的產(chǎn)生和發(fā)展，極大地減少了混凝土收縮裂縫。從宏觀上解釋，就是微纖維分散了混凝土的定向拉應(yīng)力，從而達(dá)到抗裂的效果。聚丙烯纖維可以大大增強混凝土的抗裂、抗?jié)B能力，作為混凝土剛體自防水的效果顯著，可以有效地解決混凝土滲裂問題的困擾，延長使用壽命。下面具體分析聚丙烯纖維是如何影響混凝土各種性能的。4.1.提高混凝土抗裂性能混凝土裂縫主要發(fā)生在混凝土硬化前，此階段由于水分的蒸發(fā)轉(zhuǎn)移，因而引起混凝土內(nèi)部塑性裂縫的產(chǎn)生。摻入聚丙烯工程纖維后，在混凝土內(nèi)部形成一種均勻三維不定向分布的支撐體系，延緩和阻止早期混凝土塑性裂縫的發(fā)生和發(fā)展，因此起到更為有效的。 4.2.提高混凝土的抗?jié)B性能混凝土摻入少量纖維后，抑制了早期干縮裂縫及離析裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。使混凝土孔隙率大大降低，從而使混凝土抗?jié)B能力大幅度提高，因此可用于抗?jié)B要求高的混凝土工程。如水電站廠房、大壩、混凝土防滲面板、引水隧洞、工民建的地下室、游泳池墻板、貯水池、屋面防水等工程。4.3.提高混凝土抗沖擊性能纖維與水泥基料有極強的結(jié)合力，纖維能迅速和混凝土均勻混合，形成三維不定向支撐體系，當(dāng)混凝土承受拉力和沖擊時，均勻分布且數(shù)量眾多的纖維起到了吸收能量和分擔(dān)應(yīng)力的加強筋作用。這一特性對易受到疲勞沖擊的混凝土結(jié)構(gòu)，儒道路、橋梁、高層建筑轉(zhuǎn)換梁、停車場、停機(jī)坪、機(jī)場跑道、水閘底板等工程非常有用。4.4.提高混凝土耐磨性能混凝土摻入少量纖維后，可以控制塑性沉降和塑性收縮龜裂，表面形成質(zhì)地均勻的泌漿膠膜，同時三維不定向體系纖維能較多地吸收能量，增強混凝土耐磨性能。4.5.提高了混凝土抗凍和耐溫差能力摻入纖維的混凝土因纖維具有大分子結(jié)構(gòu)，當(dāng)外界溫度為40時，它具有收縮性，當(dāng)外界溫度為-40時，玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)大分子具有抗收縮性，這種性能彌補了混凝土熱脹冷縮的特性，緩解溫度變化而引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力作用，阻止溫度裂縫的擴(kuò)展?？蓮V泛應(yīng)用于寒冷地區(qū)混凝土工程。4.6.降低高強混凝土的脆性高強混凝土是混凝土技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。它能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨度，高層結(jié)構(gòu)，重載力方向發(fā)展的需要，符合現(xiàn)代施工技術(shù)采用工業(yè)化生產(chǎn)的要求。但高強度混凝土在材料力學(xué)性能上呈明顯的脆性，而極限應(yīng)變小。這些不利因素，影響了高強度混凝土的更廣泛應(yīng)用。聚丙烯工程纖維比表面積大，它和水泥基料有極強的粘結(jié)力，在混凝土內(nèi)呈三維不定向支撐體系，根據(jù)對試件的破壞試驗：混凝土摻入纖維后，大大提高了混凝土的抗裂能力和韌性，對克服高強混凝土的脆性有較理想的效果，具有十分重要的工程價值。5施工工藝流程及操作要點5.1.混凝土生產(chǎn)工藝流程預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)施工工藝因設(shè)備的不同而有一些差異，但都大同小異。主要由原料進(jìn)廠、上料計量及攪拌、運輸、泵送澆筑、養(yǎng)護(hù)工藝流程，見圖5.1。砂倉石倉過程質(zhì)量控制澆筑、養(yǎng)護(hù)泵送能力60m3/h泵送系統(tǒng)電腦控制系統(tǒng)計量計量計量計量計量計量粉煤灰其它水泥水螺旋輸送機(jī)水泥儲存罐粉煤恢儲存罐水池管道原材料堆場 外加劑升機(jī)皮帶運輸機(jī)纖維計量GPS定位跟蹤攪拌機(jī)運輸系統(tǒng)外加劑圖5.1 混凝土生產(chǎn)施工工藝流程圖5.2.原料進(jìn)廠按批次抽樣檢驗后，各種原材料方可入廠。聚丙烯纖維作為聚丙烯纖維混凝土的一種重要原材料之一，應(yīng)注意以下幾點：5.2.1.通過廠家提供的產(chǎn)品合格證及檢驗報告，判斷該種纖維是否滿足該種混凝土的要求。5.2.2.要求生產(chǎn)廠家將聚丙烯纖維按一定重量分袋包裝（0.6kg/袋0.9kg/袋），方便計量、投放。5.2.3.不易暴曬，應(yīng)堆放在干燥、陰涼處，以免材料老化變性。5.3.上料計量纖維同混凝土骨料、外加劑、摻合料和水泥都不會有任何沖突。施工時，根據(jù)配合比直接將纖維投入上料系統(tǒng)。對攪拌及施工工藝沒有特別的要求，只要適當(dāng)保證攪拌時間即可使用。 5.3.1.據(jù)每次攪拌混凝土的方量，按照配合比要求（或建議摻量）正確計量每次加入纖維的重量。 5.3.2.將骨料連同纖維一起加入攪拌機(jī)，應(yīng)調(diào)整攪拌時間，干拌時間較普通混凝土增加25%，加入水泥和水后，濕拌時間較普通混凝土增加30%，使纖維充分分散。 5.3.3.攪拌完成后隨機(jī)取樣，如纖維已均勻分散成單絲，則混凝土可投入使用，如果仍有成束纖維則延長攪拌時間2030秒，即可使用。 5.3.4.為改善拌合物的和易性，可摻加適量的減水劑、也可摻入不超過水泥用量20%的粉煤灰（級）。5.4.輸送系統(tǒng)輸送系統(tǒng)是連接生產(chǎn)和施工的一條紐帶。它包括：混凝土輸送車輛、泵機(jī)、泵車和輸送管道。應(yīng)注意以下幾點：5.4.1.輸送全過程中的任務(wù)是要求始終使聚丙烯纖維混凝土拌合物保持均勻、不離析、不分層狀態(tài)。這要求混凝土罐車在輸送過程中罐體保持36r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，并及時將混凝土送到指定澆筑點。拌合好的纖維混凝土由攪拌站輸送至澆筑部位，時間不應(yīng)超過60min，否則應(yīng)在混凝土運到工地后再加入聚丙烯纖維。5.4.2.輸送過程中嚴(yán)禁司機(jī)、施工人員私自向聚丙烯纖維混凝土中加入生水來調(diào)節(jié)和易性，否則會嚴(yán)重影響混凝土的質(zhì)量。5.4.3.聚丙烯纖維混凝土施工過程中應(yīng)保證充足的輸送能力，以保持混凝土澆筑的連續(xù)性。5.5.泵送澆注混凝土應(yīng)注意的幾點要求:5.5.1.開始泵送時,混凝土處于慢速、勻速并隨時可反泵的狀態(tài)。泵送速度，先慢后快，逐步加速。同時，觀察混凝土泵的壓力和各系統(tǒng)的工作情況，待各系統(tǒng)運轉(zhuǎn)順利后，方可以正常速度進(jìn)行泵送。5.5.2.泵送前，應(yīng)先用適量的與混凝土內(nèi)成分相同的水泥砂漿潤滑輸送管內(nèi)壁。預(yù)計泵送間歇時間超過45min 或混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象時，應(yīng)立即用壓力水或其他方法沖洗管內(nèi)殘留的混凝土。5.5.3.將高強混凝土倒入料斗時，應(yīng)注意下料的高度和方向，以免高強混凝土離析或骨料過于集中在一個缸內(nèi)。5.5.4.輸送時，料斗中高強混凝土存量不低于攪拌軸，以避免空氣進(jìn)入泵管而引起管道的振動。5.6.澆筑、養(yǎng)護(hù)5.6.1.混凝土入模后，處于松散狀態(tài)，不僅不能很好填滿模具，而且其強度和對鋼筋的握裹力都不能達(dá)到設(shè)計和使用要求。澆筑聚丙烯纖維混凝土采用高頻振搗器。分層與布點合理，避免欠振與過振。 5.6.2.使用插入式振動器進(jìn)行搗實。振動頻率和時間以能使拌合物中的所含空氣成分逸出為準(zhǔn)，達(dá)到表面平整，從而使強度等各種性能符合設(shè)計要求。振動器震動間距控制在3040cm，插入深度約50mm，板面使用二次振搗工藝，2030min后進(jìn)行復(fù)振。 5.6.3.澆筑完畢后應(yīng)根據(jù)季節(jié)不同及時做好相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)工作。保證聚丙烯纖維混凝土表面處于溫潤狀態(tài)，保證早期強度的增加。6材料與設(shè)備6.1. 圖6.1 聚丙烯纖維束對聚丙烯纖維要求：聚丙烯纖維是一種以聚丙烯為主要原料，以獨特生產(chǎn)工藝制造而成的高強度束狀單絲纖維。選用改性后的截面為三葉形的聚丙烯纖維，見圖 6.1。 圖6.1 聚丙烯纖維束下表為聚丙烯纖維的物化性能參數(shù)（見表6.1）：表6.1 聚丙烯纖維的物化性能參數(shù)6.2 對骨料的要求：骨料粒徑越大，纖維越容易受骨材排擠壓迫，單位體積內(nèi)纖維含量增加，如圖6.2所示，纖維容易互相糾結(jié)成球，纖維球又會造成骨材間分離。為了避免上述情形發(fā)生，必須選用粒徑較小的骨材。因此，粗骨料粒徑應(yīng)20mm。圖6.2 骨料粒徑對纖維束分布的影響6.3 對設(shè)備的要求：傳送帶處加裝投放裝置如圖6.3，砂石料備好后，將纖維通過投放裝置加入。該裝置為與水平面成一定夾角（夾角30）的PVC管(長度3m、直徑10cm)固定于傳送帶上方。圖6.3 生產(chǎn)設(shè)備7質(zhì)量控制7.1.質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：本工法執(zhí)行以下標(biāo)準(zhǔn)7.1.1.GB50164-1992混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)7.1.2.GB50204-2002混凝土質(zhì)量結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范7.1.3.JGJ/T10-1995混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程7.2.影響質(zhì)量因素原因分析原材料的組成成分、原材料的力學(xué)性能、各種原材料間的相容性、混凝土生產(chǎn)工藝的合理性穩(wěn)定性、配合比的科學(xué)性以及混凝土的施工澆筑、養(yǎng)護(hù)狀況。7.3.質(zhì)量控制點對聚丙烯纖維混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量控制主要表現(xiàn)在三個方面：7.3.1.嚴(yán)格按照國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范對入場的砂、石、水泥、粉煤灰、外加劑、摻合料等原材料進(jìn)行抽檢，確保原材料的質(zhì)量。7.3.2.加強對實驗室的技術(shù)管理，確保配合比科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理。生產(chǎn)中拌和物的抽樣監(jiān)控、生產(chǎn)工藝的各環(huán)節(jié)狀況的監(jiān)督控制等。7.3.3.采用合理的生產(chǎn)工藝，并對生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行實時監(jiān)控，維護(hù)好設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。確保生產(chǎn)過程中的拌和物的質(zhì)量。8安全措施8.1.施工現(xiàn)場安全設(shè)施應(yīng)按照國家建筑安裝工程安全技術(shù)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。8.2.聚丙烯纖維屬于易燃物品，使用及堆放時需遠(yuǎn)離電氣焊及其它火源。嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場用火制度，接受相關(guān)部門的檢查。 8.3.對投放聚丙烯纖維的操作人員及時發(fā)放安全技術(shù)交底，并對其進(jìn)行培訓(xùn)后方可上崗。 8.4.設(shè)專人對廠區(qū)定期進(jìn)行安全檢查，并建立檢查記錄，時期有可追溯性。8.5.倉庫、料場應(yīng)配備足夠的消防器材，對易燃材料要集中管理，并設(shè)有明顯標(biāo)志。9.環(huán)保措施切實做好施工現(xiàn)場的環(huán)境保護(hù)工作，主要采取以下措施：9.1.對施工現(xiàn)場場地進(jìn)行硬化和綠化，并經(jīng)常灑水，以減少粉塵污染。9.2.裝卸有粉塵的材料時，要灑水濕潤或在倉庫內(nèi)進(jìn)行。9.3.對裝運建筑材料的車輛，派專人負(fù)責(zé)清掃及沖洗，保證行駛途中不污梁道路和環(huán)境。9.4.嚴(yán)格執(zhí)行工程所在地有關(guān)運輸車輛管理的規(guī)定。9.5.施工中采用低噪音的工藝和施工方法。9.6.每個操作工人均配有防毒面具，確保人員健康。10效益分析10.1.經(jīng)濟(jì)效益：該工程混凝土澆筑量約20000 m3，若采用原配合比水泥、膨脹劑和外加劑費用較高。若使用改性聚丙烯纖維提高混凝土性能，則單方材料費用可以大大減少，詳見下表10.1。由此，可以看出采用新技術(shù)可以提高經(jīng)濟(jì)效益9.77元/m3 20000 m3 =195400元。經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。表10.1 經(jīng)濟(jì)效益分析表材料名稱水泥p.o42.5膨脹劑UEA-D外加劑NC-F2聚丙烯纖維合計原用量46555.810.40采用新技術(shù)后用量42033.69.10.9減少用量 (kg/m3)4522.21.3-0.9材料單價(kg/元)0.3150.652.825減少費用(元/m3)14.214.433.64-22.59.7710.2.社會效益：本工程經(jīng)驗收后，各項指標(biāo)均滿足技術(shù)要求?？沽选⒖?jié)B效果明顯，混凝土表面均無裂縫產(chǎn)生。在商品混凝土快速發(fā)展的今天，尋求技術(shù)上的創(chuàng)新是必然選擇，通過聚丙烯纖維混凝土技術(shù)的不斷成熟，提高混凝土的各項性能延長使用壽命，從