摘要：文章分析了混凝土的塑裂機理及聚丙烯纖維在混凝土中的阻裂效應，通過在混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維以改善混凝土的性能，有效防止碼頭面層混凝土龜裂質量通病。

　　關鍵詞：聚丙烯纖維；混凝土；碼頭面層；塑性裂縫

　　一、概述

　　碼頭面層混凝土龜裂成因較為復雜，它不僅與混凝土的收縮有關，而且與底層混凝土的約束有關。因此，要防止面層混凝土龜裂，首先必須改善混凝土本身的性能；其次，必須同時采用正確、合理的混凝土施工工藝，如在不同氣候環(huán)境下的混凝土的配合比、混凝土的下灰、振搗及抹面壓光、養(yǎng)護等工藝。以往施工中采用機械抹面、真空吸水、摻加混凝土微膨脹劑、噴灑養(yǎng)護液和覆蓋土工布養(yǎng)護等措施來控制碼頭面層的龜裂，確實收到了一定的效果；但由于碼頭面層混凝土方量大、體表面積大、露天作業(yè)等特點和軌道、泄水孔等構件的影響，以上措施不能完全到位，所以碼頭面層混凝土龜裂現(xiàn)象一直存在；隨著泵送混凝土在碼頭上的使用增多，碼頭面層混凝土龜裂控制難度更大。近幾年，天津港滾裝碼頭工程、天津港北港池集裝箱三期等工程相繼在碼頭面層混凝土施工時在混凝土中摻入聚丙烯纖維，較好地解決了碼頭面層混凝土的龜裂。

　　二、聚丙烯纖維的材料特性

　�。ㄒ唬├w維的結構形式

　　聚丙烯纖維在各類工程中已有較多應用。目前市場上的幾種聚丙烯纖維產(chǎn)品按規(guī)格可分為兩類：一類是以呈束狀網(wǎng)形式供應的聚丙烯纖維；另一類是以單絲形式供應的聚丙烯纖維。網(wǎng)狀纖維經(jīng)與混凝土攪拌后大部分以叉枝纖維、小部分以網(wǎng)片狀與混凝土相結合,這些叉枝網(wǎng)片狀纖維以三維方式與混凝土固結；單絲形式的纖維在攪拌時能均勻地與混凝土相結合。

　�。ǘ�）纖維的物理參數(shù)

　　1．塑性裂縫總是從混凝土表面的原生微裂縫處開始擴展。當微裂縫的長度大于纖維的間距時，纖維將跨越裂縫起到傳遞荷載的橋梁作用，使混凝土的應力場更加連續(xù)和均勻，使微裂縫尖端的應力集中得以鈍化，裂縫的進一步擴展受到約束。

　　2．長度小于纖維間距的原生裂縫擴展遇到纖維時，纖維將迫使其改變延伸方向或跨越纖維生成更細微的裂縫場，顯著增大了微裂縫擴展的能量消耗。

　　上述分析可見，單就纖維的阻裂效應而言，在單位混凝土體積內(nèi)纖維的根數(shù)越多，纖維的間距越小，纖維的阻裂效果越好，或者說單位體積混凝土內(nèi)纖維分散后的表面積越大，阻隔裂效果越好。由于纖維的表面積隨纖維細度的增大而增大；在相同的體積摻量下，隨纖維細度的增大，纖維的間距明顯減小，對裂縫的約束能力也顯著增強。

　　三、聚丙烯纖維混凝土在碼頭面層施工中的應用

　　近幾年先后在天津港集裝箱碼頭三期工程、天津港北港池滾裝碼頭工程等重要工程項目的面層施工中使用了聚丙烯纖維混凝土。通過完工1～3個月后的觀察檢查，未發(fā)現(xiàn)碼頭面層混凝土有明顯的龜裂出現(xiàn)，收到較好的效果，經(jīng)初步總結，概括起來纖維混凝土的施工應注意做好以下幾方面的工作：

　　1．根據(jù)不同的環(huán)境條件和混凝土特點，通過試驗確定纖維的結構形式、長度和用量。由于目前市場上聚丙烯纖維有網(wǎng)狀和單絲狀兩種，應根據(jù)混凝土的不同用途進行選定；在面層混凝土施工中，網(wǎng)狀纖維在操作過程中要求相對較高，攪拌時間延長，振搗及抹面時間要掌握適當，否則容易引起纖維纏繞和表面起翹；而單絲狀纖維操作相對要簡單得多，且一般不會引起表面起翹。根據(jù)試驗室對C30普通混凝土和C30聚丙烯纖維混凝土的對比試驗，混凝土中摻入直徑18～20um，長度19mm單絲狀聚丙烯纖維后，抗裂能力明顯提高，不同的摻量0.8kg/m³、0.9kg/m³、1.0kg/m³的聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土的裂縫分別降低為50.1%、77.5%、100%。摻量在0.9kg/m³以上的聚丙烯纖維混凝土，其限裂等級可達二級以上標準。

　　2．選擇合理的配合比，減小混凝土自身收縮。水泥用量增加，直接導致水泥水化熱的提高，增加了早期混凝土的熱脹，從而增加混凝土溫度下降后的冷縮；骨料對混凝土的質量影響也較大，細骨料過多，減弱了混凝土之間的連接能力，增大裂縫產(chǎn)生的機會；水灰比過大會造成混凝土在硬化過程中由于水分蒸發(fā)和膠凝體失水后引起干縮量加大。采用外摻高效減水劑、粉煤灰，以降低水泥用量，改善混凝土的和易性、可泵性，減少混凝土下灰、振搗后的泌水。根據(jù)現(xiàn)場所用原材料和攪拌、輸送等施工工藝及現(xiàn)場條件，合理選用面層混凝土的配合比是十分關鍵的。

　　3．聚丙烯纖維。混凝土開罐前預先將聚丙烯纖維按照摻量分別裝入塑料袋中，混凝土攪拌時有專人在砂石料進入料斗時放入砂石料料斗內(nèi)，適當延長攪拌時間，使聚丙烯纖維能夠比較均勻地分布于混凝土中。

　　4．加強面層混凝土的下灰整平、抹面壓光等工藝的控制。混凝土下灰后及時整平、振搗，用3m長鋁合金刮尺檢查，局部凹陷處及時用聚丙烯纖維混凝土補灰（嚴禁用浮漿補灰），如果混凝土振搗后局部布面出現(xiàn)游離水，應用海綿及時吸除，采用抹面機抹面后人工收面2～3次，然后用抹面機壓光。施工完的面層混凝土應及時進行養(yǎng)護（用塑料薄膜、土工布覆蓋或噴灑養(yǎng)護膜等）。

　　四、結論

　　1．使用方便、操作簡單、易控制。纖維的作用完全是物理作用，并不影響水泥的化學作用，纖維與混凝土的各種元素及添加劑能混拌，因此，使用中不需改變混凝土配合比設計方法。

　　2．聚丙烯纖維作為一種次要加強筋，無需像金屬網(wǎng)一樣擔心其保護層厚度而可以防銹蝕、防堿，聚丙烯纖維會對混凝土在塑性及硬化階段提供最有效的自動保護。

　　3．有良好的經(jīng)濟性。聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土費用增加約20元/m³，使用時無需增加其它設備、人力投入。相比其它的外摻材料和工藝，節(jié)約成本、提高工效。

　　總之，通過對近幾年聚丙烯纖維混凝土在天津港碼頭面層施工中的應用和觀察，混凝土的龜裂問題得到了較好的控制，并且聚丙烯纖維混凝土在技術上和經(jīng)濟上占有絕對優(yōu)勢；現(xiàn)在該種施工方法已被多數(shù)建設單位和施工單位認可，并在碼頭及港區(qū)道路混凝土面層施工中得到更加廣泛的推廣和使用。

　　參考文獻：

　　[1]王鐵夢．工程結構裂縫控制[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社．

　　作者簡介：薄桂萍（1971－），中交第一航務工程局第一工程有限公司工程師，研究方向：技術、質量。