超早强聚丙烯纤维混凝土的研究与应用

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　　摘要：超早强聚丙烯纤维混凝土是一种新型建筑施工材料，具有早期强度高，节约水泥，能有效减少混凝土早期收缩裂缝和宏观裂缝，提高混凝土的抗拉强度和韧性，并满足一定抗渗标准。
　　关键词：超早强，聚丙烯纤维，收缩裂缝，抗渗
　　1、前言
　　1500宽带生产线自2005年投入以来，一直沿用将轧制层冷段回收水与轧制回收水一并回收到吸水池，再对水池内的回收水按照生产工艺要求进行二次处理。轧制回收水和层冷段回收水的浑浊度和杂质种类、元素含量各不相同，但是两种回收水共用同一水池，导致了对回收水的工艺处理难度有所增加，水处理过程的辅助费用也无法降低。为进一步控制运行成本，计划利用大修时间将该水池中间增设隔墙，对回收水进行分类处理。
　　2、改造施工方案的确定
　　在2010年1500宽带大修中，计划对该吸水池进行二次改造，对原有吸水池加平分混凝土隔断墙，将层冷段回收水和轧制回收水进行强制分离。该隔断墙长15米，高5.6米，墙厚0.4米，施工时间4天，抛除池底清淤、立柱、支模1天，混凝土浇筑硬化时间只剩3天，普通混凝土即使加入常用早强剂3天的硬化时间也只能具备标准强度的50%—60%,正常温度、湿度下需7—10天才能达到标准强度的80%—90%，无法满足3天后需注水使用的要求。
　　针对工期紧张，另需满足一定的抗渗标准的要求，加普通早强剂的混凝土将会直接影响宽带大修的原定试车时间，也将影响宽带年度大修的原定进度，影响生产，造成不必要的经济损失。因此，经多方面考察、分析，拟采用超早强聚丙烯纤维混凝土作为施工材料。
　　3、超早强聚丙烯纤维混凝土的特点
　　随着我国建筑业的飞速发展，各界普遍重视如何缩短工期的问题。工程进度主要受混凝土强度发展的制约，混凝土强度未达到一定值，是没法继续施工的，从而使工程进度受到限制；或需要大量模板投入，造成材料的浪费。所谓超早强聚丙烯纤维混凝土，就是在混凝土拌合料中加入超早强剂和聚丙烯纤维，在加快混凝土快速凝结的同时尽可能避免内应力裂缝，满足提前拆模、抗渗、抗冻的目的。按照早强水泥的有关强度评定方法来定义超早强混凝土，就是混凝土一天强度达到设计强度等级的5O％左右，3天强度达到混凝土设计强度等级的90%—100%，这样就使混凝土强度的成熟期从28天缩短到3天，工程进度成倍提高，模板投入量大大减少目前，国内外一般在抢修工程中采用快硬混凝土。这种水泥强度发展较快，3天就可达到混凝土设计强度，而如果使用一般水泥(即硅酸盐类水泥)，即使加入早强剂，其1—3天强度也无法达到。
　　聚丙烯纤维在混凝土中的应用始于20世纪60年代美国的军事工程，20世纪90年代初，在美国本土生产、能够用于纤维混凝土的有机纤维通过商业渠道流入中国，成为纤维混凝土在中国应用的契机。目前，已被广泛应用于混凝土工程与加固修复工程。与钢纤维、玻璃纤维、碳纤维相同，合成纤维可有效的控制由混凝土内应力产生的裂缝，使混凝土早期收缩裂缝减少50%—90%，显著提高混凝土的抗渗性和耐久性，使混凝土内钢筋锈蚀时间推迟2.5倍，除抗裂外，合成纤维尚能提高混凝土的粘聚性和抗碎裂性。研究表明，若在混凝土中掺加体积率为0.1%—0.3%的聚丙烯纤维时，可使混凝土的塑性收缩减少12%—25%。
　　3.1混凝土超早强剂的特点
　　（1）能显著改善混凝土和易性，明显提高混凝土早期强度，3天可达到混凝土设计强度的9O—100%以上，可大幅度缩短施工周期。
　　（2）掺入超早强剂后，可使混凝土拆摸时问大大提前，2天即可拆模，加快了模板的周转。
　　（3）适用范围广，对市场上所有的水泥品种都适用。并且掺入外加剂后，可配制普通强度等级和高强混凝土。
　　（4）具有减水作用，在保持原混凝土拌合物的坍落度不变的情况下，可减水12—20%。
　　（5）掺入超早强剂后，在保持原混凝土拌合物的坍落度和强度不变的情况下，可节约水泥1O—20%。
　　3.2聚丙烯合成纤维的作用
　　（1）有效减少混凝土早期塑性收缩裂缝50%—90%；
　　（2）有助于早期强度的提升；
　　（3）提高混凝土的抗拉强度和韧性；
　　（4）增强混凝土抵抗摩擦和疲劳荷载的能力；
　　（5）增强混凝土的抗渗性和抗冻性，减少钢筋的锈蚀。
　　聚丙烯纤维的性能
　　项目长度
　　（mm）吸湿性密度
　　（g/㎝3）耐酸耐碱抗拉强度
　　（*103MPa）弹性模量
　　（*103MPa）
　　性能 19-50 无 0.91 很高很高 0.56-0.77 3.5
　　
　　3.3聚丙烯纤维混凝土与基准混凝土相比性能的改善
　　项目基准混凝土（28d）超纤维混凝土（28d）强度增减（%）
　　抗压强度（MPa） 28.5 39.6 +28
　　抗折强度（MPa） 4.41 5.09 +13.3
　　劈裂抗拉强度（MPa） 2 2.17 +8.5
　　砂浆轴心抗拉强度（MPa） 3.741 3.986 +7.1
　　
　　4、不同强度等级的混凝土掺超早强剂和聚丙烯纤维实验研究
　　采用硅酸盐系列水泥配制的混凝土掺入混凝土超早强剂及聚丙烯纤维后其不同强度等级混凝土的强度效应见下表。
　　强度
　　等级配合比
　　（水泥：砂：石子） W/C 纤维量早强剂抗压强度（MPa）/强度增长率（%）
　　 1天 3天 28天
　　C20 1:2.1:4.16 0.4 0.2% 3% 9.3/46 18/90 27/135
　　C30 1:1.47:2.73 0.33 0.2% 3% 14.3/48 27.4/91 40.4/135
　　C40 1:1.47:2.76 0.35 0.2% 3% 16.8/42 36.8/92 50.5/126
　　C50 1:1.08:2.31 0.3 0.2% 3% 24.5/49 46.5/93 53.2/106
　　从上表看出，混凝土强度等级在C20—C5O之间，掺入超早强剂后，其1天强度增长率在40%—50%范围内，3天混凝土强度增长率为90%上，符合超早强混凝土的强度要求．因此，不论哪个强度等级混凝土掺入超早强剂和聚丙烯纤维，都可以达到超早强的效果。
　　5、结束语
　　采用超早强聚丙烯纤维混凝土施工，在确保施工质量要求的前提下可明显缩短工期，混凝土后期硬化强度增长稳定，无宏观裂缝。对工期有特殊要求的部位和工程，在施工的进度控制和质量控制上较其他早强添加剂的混凝土有明显的优势。
　　超早强聚丙烯纤维混凝土作为一种稳定性高、耐久性好的材料，满足早期强度要求的同时可减少因内部水化热导致的结构裂缝，达到一定的抗渗要求，在混凝土抢修工程中得到较为广泛的应用。