防水工程中聚丙烯纖維混凝土應用
摘要：通過分析聚丙烯纖維混凝土的防水機理，說明在混凝土中摻加適量的聚丙烯纖維能有效地提高混凝土材料的抗裂防滲性能。文中還介紹了聚丙烯纖維混凝土在各類防水工程中的應用實例。
關鍵詞：建筑材料纖維混凝土結構防水
一、引言
現(xiàn)代高新混凝土工程中，混凝土的應用向著高強度、大流動度方向發(fā)展。隨著混凝土強度和坍落度的提高，水泥的和用量不斷增加，由此帶來的副作用是水化熱加劇，混凝土的凝固收縮量加大，收縮應力增大，裂縫數(shù)量增多。此外，隨著建筑構件向大體積、大面積、形狀復雜多樣的方向發(fā)展，向地下空間的發(fā)展，混凝土內的應力大而復雜，裂縫的出現(xiàn)亦較以往多得多。因此，從混凝土防水的角度看，除了注重混凝土抗?jié)B性（密實度）外，更注意由于混凝土抗裂性不足而引起的滲漏，特別是高標號的混凝土。
近年來，國外發(fā)展了應用微纖維混凝土進行抗裂防水的新技術。美國于90年代初研制出微纖維混凝土，在隨后的幾年中得到迅速的發(fā)展，其中應用最多的是聚丙烯纖維混凝土。如今，在美國新建筑物中的地下室和屋面混凝土中大多采用了聚丙烯纖維混凝土，國內亦開始在防水工程中得到成功應用。本文主要以美國希爾兄弟化工公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維為例，介紹聚丙烯纖維混凝土的防水性能及其工程應用。
二、聚丙烯纖維混凝土的防水性及機理
2．1聚丙烯纖維的物理性能
聚丙烯纖維的物理性能如下：
材料聚丙烯耐酸堿性極高
相對密度0.91安全性無毒材料
熔點165℃拉伸極限15％
燃點593℃抗拉強度275MPa
含濕量＜0.1%彈性模量3793Mpa
吸水性無導熱低
細度0.048mm
2．2聚丙烯纖維混凝土的防水機理
聚丙烯纖維混凝土的防水屬于混凝土的剛性本體防水，在防水混凝土的抗?jié)B和抗裂2個途徑中，聚丙烯纖維主要是通過抗裂達到防水目的。聚丙烯纖維抗裂防水的機理是建立在對混凝土的固結、收縮的微觀研究的基礎上。
從微觀的角度來看，任何密實的混凝土都存在微裂縫。這些微裂縫存在于相與相之間（石、砂、水泥膠體三相）和水泥微顆粒之間，只不過正常的微裂縫肉眼看不到而已?；炷猎谟不纬蓮姸鹊倪^程中，初期由于水和水泥的應形成結晶體，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自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應力某個時期超出了水泥機體的抗拉強度，于是在混凝土內部引起微裂縫。這些微裂縫不可避免地存在于混凝土內的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內部?；炷猎谀Y和硬化過程中，微裂縫經(jīng)歷了出現(xiàn)和發(fā)展的過程。這一過程，宏觀上認為是混凝土在固結收縮，一般混凝土的收縮率在8×10－4左右?；炷恋奈⒘芽p在發(fā)展過程中，是從無到有，從小到大向最薄弱方向定向發(fā)展。微裂縫向細裂縫的發(fā)展大多數(shù)（約占70％）在3－7d凝膠期內完成，此時混凝土的抗拉強度小于1Mpa，如果沒有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂縫在內外應力的作用下將會發(fā)展為更大的裂縫以至最終形成貫通的毛細孔道及裂縫，從而導致防水失敗，也造成結構設計強度遠未能充分發(fā)揮，嚴重的甚至威脅到工程的安全及使用。
在混凝土內摻入聚丙烯纖維，聚丙烯纖維與水泥集料有極強的結合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時由于細微，故比面積大，每公斤聚丙烯纖維連起來的總長度可繞地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，則可使每1m3的混凝土中有近20條纖維絲，故能在混凝土內部構成一種均勻的亂向支撐體系。當微裂縫在細裂縫發(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及離析裂的產(chǎn)生和發(fā)展，極大地減少了混凝土收縮裂縫，尤其是有效地抑制了連通裂縫的產(chǎn)生。從宏觀上解釋，就是微纖維分散了混凝土的定向拉應力，從而達到抗裂的效果。試驗表明，與普通混凝土相比，聚丙烯纖維體積摻量為0.05％（約0.5kg/m3）的混凝土抗裂能力提高了近70％。
另外，均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量纖維起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的離析，從而使混凝土中直徑為50－100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低，由此可以極大提高混凝土的抗?jié)B能力。試驗表明，0.05％體積摻量的聚丙烯纖維比普通混凝土的抗?jié)B能力提高了60％－70％。
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉載請注明出處）
關鍵詞：建筑材料纖維混凝土結構防水
一、引言
現(xiàn)代高新混凝土工程中，混凝土的應用向著高強度、大流動度方向發(fā)展。隨著混凝土強度和坍落度的提高，水泥的和用量不斷增加，由此帶來的副作用是水化熱加劇，混凝土的凝固收縮量加大，收縮應力增大，裂縫數(shù)量增多。此外，隨著建筑構件向大體積、大面積、形狀復雜多樣的方向發(fā)展，向地下空間的發(fā)展，混凝土內的應力大而復雜，裂縫的出現(xiàn)亦較以往多得多。因此，從混凝土防水的角度看，除了注重混凝土抗?jié)B性（密實度）外，更注意由于混凝土抗裂性不足而引起的滲漏，特別是高標號的混凝土。
近年來，國外發(fā)展了應用微纖維混凝土進行抗裂防水的新技術。美國于90年代初研制出微纖維混凝土，在隨后的幾年中得到迅速的發(fā)展，其中應用最多的是聚丙烯纖維混凝土。如今，在美國新建筑物中的地下室和屋面混凝土中大多采用了聚丙烯纖維混凝土，國內亦開始在防水工程中得到成功應用。本文主要以美國希爾兄弟化工公司生產(chǎn)的聚丙烯纖維為例，介紹聚丙烯纖維混凝土的防水性能及其工程應用。
二、聚丙烯纖維混凝土的防水性及機理
2．1聚丙烯纖維的物理性能
聚丙烯纖維的物理性能如下：
材料聚丙烯耐酸堿性極高
相對密度0.91安全性無毒材料
熔點165℃拉伸極限15％
燃點593℃抗拉強度275MPa
含濕量＜0.1%彈性模量3793Mpa
吸水性無導熱低
細度0.048mm
2．2聚丙烯纖維混凝土的防水機理
聚丙烯纖維混凝土的防水屬于混凝土的剛性本體防水，在防水混凝土的抗?jié)B和抗裂2個途徑中，聚丙烯纖維主要是通過抗裂達到防水目的。聚丙烯纖維抗裂防水的機理是建立在對混凝土的固結、收縮的微觀研究的基礎上。
從微觀的角度來看，任何密實的混凝土都存在微裂縫。這些微裂縫存在于相與相之間（石、砂、水泥膠體三相）和水泥微顆粒之間，只不過正常的微裂縫肉眼看不到而已?；炷猎谟不纬蓮姸鹊倪^程中，初期由于水和水泥的應形成結晶體，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自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應力某個時期超出了水泥機體的抗拉強度，于是在混凝土內部引起微裂縫。這些微裂縫不可避免地存在于混凝土內的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內部?；炷猎谀Y和硬化過程中，微裂縫經(jīng)歷了出現(xiàn)和發(fā)展的過程。這一過程，宏觀上認為是混凝土在固結收縮，一般混凝土的收縮率在8×10－4左右?；炷恋奈⒘芽p在發(fā)展過程中，是從無到有，從小到大向最薄弱方向定向發(fā)展。微裂縫向細裂縫的發(fā)展大多數(shù)（約占70％）在3－7d凝膠期內完成，此時混凝土的抗拉強度小于1Mpa，如果沒有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂縫在內外應力的作用下將會發(fā)展為更大的裂縫以至最終形成貫通的毛細孔道及裂縫，從而導致防水失敗，也造成結構設計強度遠未能充分發(fā)揮，嚴重的甚至威脅到工程的安全及使用。
在混凝土內摻入聚丙烯纖維，聚丙烯纖維與水泥集料有極強的結合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時由于細微，故比面積大，每公斤聚丙烯纖維連起來的總長度可繞地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，則可使每1m3的混凝土中有近20條纖維絲，故能在混凝土內部構成一種均勻的亂向支撐體系。當微裂縫在細裂縫發(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及離析裂的產(chǎn)生和發(fā)展，極大地減少了混凝土收縮裂縫，尤其是有效地抑制了連通裂縫的產(chǎn)生。從宏觀上解釋，就是微纖維分散了混凝土的定向拉應力，從而達到抗裂的效果。試驗表明，與普通混凝土相比，聚丙烯纖維體積摻量為0.05％（約0.5kg/m3）的混凝土抗裂能力提高了近70％。
另外，均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量纖維起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的離析，從而使混凝土中直徑為50－100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低，由此可以極大提高混凝土的抗?jié)B能力。試驗表明，0.05％體積摻量的聚丙烯纖維比普通混凝土的抗?jié)B能力提高了60％－70％。
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