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【摘 要】聚丙烯纤维是以聚丙烯为原料，通过特殊工艺加工制作，进行表面处理，使纤维表面与水泥基料有极强的粘结力的高强束状单丝纤维。在搅拌混凝土时按一定比例加入聚丙烯纤维，丝状纤维均匀、交错分布于混凝土中，在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而有效地控制混凝土塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝，防止及抑制裂缝的形成和发展。本文通过在广东省中山市陈星海医院工程地下室混凝土的应用情况，介绍聚丙烯纤维对提高混凝土抗裂抗渗性能的作用机理和及施工要求。
【关键词】聚丙烯纤维；地下室；混凝土；抗裂抗渗性能
Application of polypropylene fiber reinforced concrete in basement engineering
Li Guan-wen
(Zhongshan City Xiaolan Town, Construction Engineering Corporation Zhongshan Guangdong 528415)
【Abstract】Polypropylene fiber is polypropylene as raw material, produced by special processing, surface processing, the fiber surface and the cement-based material has strong adhesive force of high-strength monofilament fiber bundle. When the mixing of concrete by adding a certain proportion of polypropylene fiber, filament fiber evenly distributed in the concrete cross, in a homogeneous internal structure of concrete to the support system disorder, which effectively control plastic shrinkage, drying shrinkage, temperature changes factors of the micro-cracks, to prevent and suppress the crack formation and development. In this paper, Zhongshan City in Guangdong Province, Chen Xinghai the basement of the hospital engineering application of concrete, polypropylene fiber introduced to improve the impermeability of concrete cracking mechanism and the role and construction requirements.
【Key words】Polypropylene fiber;Basement;Concrete;Crack impermeability
随着建筑技术的发展，建筑物向高、深、大方向发展，地下结构、大体积混凝土使用日趋普遍。在实际工程中，由于受地型和使用功能的限制，建筑物的平面形状复杂，产生的约束应力大而复杂。大型地下室工程中，为了保证结构抗裂防漏性能，设计上往往不设置永久变形缝，因此混凝土抗裂抗渗问题更显重要。控制混凝土裂缝、提高混凝土自防水性能，是现场技术人员在进行大型地下结构施工方案设计和材料选择时需要考虑的重要问题。现通过在中山市陈星海医院工程地下室混凝土防裂抗渗的实践，谈谈聚丙烯纤维对混凝土的改性作用机理、施工要求及技术经济分析。
1. 工程概况
中山市陈星海医院位于中山市小榄镇竹源路，是一间综合性的大型医院，总建筑面积105133.0 m2，地下二层，地上二十二层，冲孔灌注桩基础，框架剪力墙结构，地下室每层建筑面积14247.0 m2；平面形状不规则，底板厚度700mm，外侧壁厚度400mm，外侧壁周长521m。混凝土强度等级C35，抗渗等级P8。结构上纵横方向各设置了二道后浇带，不设永久变形缝。为更好地控制裂缝的出现，在进行施工组织设计时，提出了一系列的措施，如优化混凝土配合比，控制混凝土内外温差、加强养护等，在材料选择上，选择了在混凝土内掺入聚丙烯纤维的措施。
2. 聚丙烯纤维对提高混凝土的性能及作用机理
2.1 提高混凝土的抗裂抗渗性能。
丝状纤维在混凝土中能否乱向均匀分布，是关系到纤维能否发生作用的关键，聚丙烯纤维经特殊的生产工艺表面处理，在混凝土中具有极好的分散性, 同水泥基体结合牢固，且可以迅速地与混凝土材料混合，分布均匀，在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。混凝土微裂缝在发生和发展过程中，遭遇到纤维的阻挡，消耗了能量，使其难以进一步发展，同时，无数纤维单丝在混凝土内部形成的乱向撑托体系，可以有效阻碍骨料的离析，保证混凝土早期均匀的泌水性，从而阻碍了沉降裂纹的形成。均匀分布在混凝土中彼此相粘连的大量纤维起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水与集料的离析，大大降低混凝土中直径50nm以上的孔隙含量，从而提高混凝土的抗渗能力。
2.2 增强混凝土的抗冲击及抗震能力。
掺加聚丙烯纤维的混凝土凝固后，握裹水泥的高强纤维丝相粘连成为致密的、乱向分布的立体网状增强系统，有利于防止并控制微裂缝的产生和发展，增强混凝土的韧性。在水泥固化早期，纤维混凝土比普通混凝土可保持更多的水分，水泥的水化反应更彻底，骨料离析减少，级配更加均匀，其表面强度较之普通混凝土更强，从而有效地改善混凝土的泌水性，有利于混凝土的早期养护。同时，聚丙烯纤维独特的表面处理工艺使其可与水泥基料紧密地结合在一起，极大地保持了混凝土的整体强度，混凝土受到冲击时纤维吸收了部分能量，从而有效减少了集中应力的作用，阻碍了混凝土中裂缝的迅速扩展，增强了混凝土的抗冲击及抗震能力。
2.3 良好的修整性。
微细的聚丙烯纤维单丝，不像其他一些刚性添加材料会露出混凝土构件表面而影响外观，相反，其细致的结构并配合适当的修整，可使混凝土表面视觉效果更为柔和悦目。
2.4 环保性能
聚丙烯纤维具有较高抗拉强度，化学性质稳定,只依靠改变混凝土的物理结构而改善混凝土的性能, 不与骨料、外加剂、掺和料、水泥等发生化学反应，对人体无害，是一种环保型材料。
3. 聚丙烯纤维混凝土施工应注意的问题。
3.1 拌制聚丙烯纤维混凝土所用的水泥、砂、碎石、外加剂等必须是合格的材料。
3.2 混凝土拌制时，应派专人负责掺加聚丙烯纤维。按使用量，与混凝土集料同时加入搅拌机拌和。为了使纤维能够与混凝土拌合均匀，搅拌时间可以比不加聚丙烯纤维的混凝土延长30～60s。
3.3 聚丙烯纤维的加入会增加拌合料的粘稠度，使坍落度略有降低，应根据工程需要的坍落度，在使用前通过实验调整混凝土配合比。如果坍落度不能满足施工需要，不能采用增大用水量的方法，应掺入塑化剂或减水剂来提高坍落度。
3.4 浇筑混凝土前应制定合理的施工方案，决定浇筑路线，浇筑过程中，应合理安排施工进度，完善技术措施，混凝土接茬时间不得超过初凝时间，确保不出现“冷缝”。
3.5 浇筑桩承台或墙体混凝土时可采取平面分层或斜面分层的方法，每层厚度不超过50cm。
3.6 浇筑桩承台大体积混凝土时应采取降低混凝土入模温度、预埋水管导热、保温养护等措施控制混凝土内温差，浇筑后要定时测温，确保混凝土内外温差不大于25℃。
3.7 聚丙烯纤维混凝土的振捣与一般混凝土相同，采用插入式振捣器振实时，振捣延续时间以使混凝土表面呈现浮浆和不再下沉为准，梁、柱、节点等钢筋密集部位加强振捣。
3.8 混凝土浇筑后立即进行一次压面，混凝土初凝结束前完成二次压面，使混凝土表面平整、密实、光滑。在压面时应尽量用钢或铁质抹子，不宜用木质抹子。
3.9 掺加聚丙烯纤维的混凝土养护无特殊要求，可按正常混凝土养护。但不能因掺加聚丙烯纤维而放松对混凝土的早期养护。
4. 技术经济分析
普通抗渗混凝土是在混凝土里加入膨胀济，在混凝土凝结过程中，膨胀济与水泥产生化学反应，体积增大，从而防止裂缝的产生。聚丙烯纤维混凝土不采用膨胀济，取而代之的是具有约束混凝土产生裂缝的聚丙烯纤维，通过物理的作用控制混凝土裂缝的产生和发展。
在施工前，项目部组织了技术人员根据设计混凝土强度等级及抗渗等级要求，分别对普通抗渗混凝土和聚丙烯纤维混凝土进行了试配，得出最隹的配合比，并对两种配合比的混凝土进行技术经济分析和比较。
从上面的配合比看，两种混凝土的水泥、粉媒灰、砂、碎石、水、减水剂的用量一致，聚丙烯纤维混凝土采用聚丙烯纤维代替普通混凝土中的膨胀剂，每立方米普通混凝土中膨胀剂的材料成本为31.6×1.4元/Kg=34.2元，每立方米聚丙烯纤维混凝土中聚丙烯纤维材料成本为0.9Kg×18元/Kg=16.8元。使用聚丙烯纤维混凝土,每立方米混凝土可节约成本17.4元。中山市陈星海医院地下室混凝土用量约25000m3，采用聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土节约成本43.5万元，经济效益非常可观。
现在，中山市陈星海医院工程地下室已施工完毕，后浇带混凝土浇筑已超过6个月，地下室外侧壁、底板未发现明显的混凝土收缩性裂缝，实体检测混凝土强度合格，抗渗性能合格。总体施工质量达到合格标准，实现了既保证施工质量又节约成本的目的。
5. 结束语
通过在中山市陈星海医院工程地下室施工的实践证明，在混凝土中掺加聚丙烯纤维，可以极为有效地控制混凝土塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝，防止及抑制裂缝的形成及发展，是提高混凝土抗裂防渗能力的有效途径。
聚丙烯纤维化学稳定性好，对人体无害，使用时添加量少，对最小覆盖量无限制，在混凝土中具有很好的分散性，与混凝土结合牢固，施工简单方便，易于因地制宜，灵活操作，是一种新型环保产品，在工程中具有广阔的使用前景。
参考文献
［1］ 《高层建筑施工手册》杨嗣信编中国建筑工业出版社 1992年12月出版.
［2］ 《建筑施工工程师手册》江正荣编中国建筑工业出版社 1992年10月第一版.
［文章编号］1006-7619（2011）02-17-096
［作者简介］ 李冠文，男，籍贯：广东化州，职称：工程师；执业资格：一级建造师，工作单位：中山市小榄镇建筑工程公司。
【关键词】聚丙烯纤维；地下室；混凝土；抗裂抗渗性能
Application of polypropylene fiber reinforced concrete in basement engineering
Li Guan-wen
(Zhongshan City Xiaolan Town, Construction Engineering Corporation Zhongshan Guangdong 528415)
【Abstract】Polypropylene fiber is polypropylene as raw material, produced by special processing, surface processing, the fiber surface and the cement-based material has strong adhesive force of high-strength monofilament fiber bundle. When the mixing of concrete by adding a certain proportion of polypropylene fiber, filament fiber evenly distributed in the concrete cross, in a homogeneous internal structure of concrete to the support system disorder, which effectively control plastic shrinkage, drying shrinkage, temperature changes factors of the micro-cracks, to prevent and suppress the crack formation and development. In this paper, Zhongshan City in Guangdong Province, Chen Xinghai the basement of the hospital engineering application of concrete, polypropylene fiber introduced to improve the impermeability of concrete cracking mechanism and the role and construction requirements.
【Key words】Polypropylene fiber;Basement;Concrete;Crack impermeability
随着建筑技术的发展，建筑物向高、深、大方向发展，地下结构、大体积混凝土使用日趋普遍。在实际工程中，由于受地型和使用功能的限制，建筑物的平面形状复杂，产生的约束应力大而复杂。大型地下室工程中，为了保证结构抗裂防漏性能，设计上往往不设置永久变形缝，因此混凝土抗裂抗渗问题更显重要。控制混凝土裂缝、提高混凝土自防水性能，是现场技术人员在进行大型地下结构施工方案设计和材料选择时需要考虑的重要问题。现通过在中山市陈星海医院工程地下室混凝土防裂抗渗的实践，谈谈聚丙烯纤维对混凝土的改性作用机理、施工要求及技术经济分析。
1. 工程概况
中山市陈星海医院位于中山市小榄镇竹源路，是一间综合性的大型医院，总建筑面积105133.0 m2，地下二层，地上二十二层，冲孔灌注桩基础，框架剪力墙结构，地下室每层建筑面积14247.0 m2；平面形状不规则，底板厚度700mm，外侧壁厚度400mm，外侧壁周长521m。混凝土强度等级C35，抗渗等级P8。结构上纵横方向各设置了二道后浇带，不设永久变形缝。为更好地控制裂缝的出现，在进行施工组织设计时，提出了一系列的措施，如优化混凝土配合比，控制混凝土内外温差、加强养护等，在材料选择上，选择了在混凝土内掺入聚丙烯纤维的措施。
2. 聚丙烯纤维对提高混凝土的性能及作用机理
2.1 提高混凝土的抗裂抗渗性能。
丝状纤维在混凝土中能否乱向均匀分布，是关系到纤维能否发生作用的关键，聚丙烯纤维经特殊的生产工艺表面处理，在混凝土中具有极好的分散性, 同水泥基体结合牢固，且可以迅速地与混凝土材料混合，分布均匀，在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。混凝土微裂缝在发生和发展过程中，遭遇到纤维的阻挡，消耗了能量，使其难以进一步发展，同时，无数纤维单丝在混凝土内部形成的乱向撑托体系，可以有效阻碍骨料的离析，保证混凝土早期均匀的泌水性，从而阻碍了沉降裂纹的形成。均匀分布在混凝土中彼此相粘连的大量纤维起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水与集料的离析，大大降低混凝土中直径50nm以上的孔隙含量，从而提高混凝土的抗渗能力。
2.2 增强混凝土的抗冲击及抗震能力。
掺加聚丙烯纤维的混凝土凝固后，握裹水泥的高强纤维丝相粘连成为致密的、乱向分布的立体网状增强系统，有利于防止并控制微裂缝的产生和发展，增强混凝土的韧性。在水泥固化早期，纤维混凝土比普通混凝土可保持更多的水分，水泥的水化反应更彻底，骨料离析减少，级配更加均匀，其表面强度较之普通混凝土更强，从而有效地改善混凝土的泌水性，有利于混凝土的早期养护。同时，聚丙烯纤维独特的表面处理工艺使其可与水泥基料紧密地结合在一起，极大地保持了混凝土的整体强度，混凝土受到冲击时纤维吸收了部分能量，从而有效减少了集中应力的作用，阻碍了混凝土中裂缝的迅速扩展，增强了混凝土的抗冲击及抗震能力。
2.3 良好的修整性。
微细的聚丙烯纤维单丝，不像其他一些刚性添加材料会露出混凝土构件表面而影响外观，相反，其细致的结构并配合适当的修整，可使混凝土表面视觉效果更为柔和悦目。
2.4 环保性能
聚丙烯纤维具有较高抗拉强度，化学性质稳定,只依靠改变混凝土的物理结构而改善混凝土的性能, 不与骨料、外加剂、掺和料、水泥等发生化学反应，对人体无害，是一种环保型材料。
3. 聚丙烯纤维混凝土施工应注意的问题。
3.1 拌制聚丙烯纤维混凝土所用的水泥、砂、碎石、外加剂等必须是合格的材料。
3.2 混凝土拌制时，应派专人负责掺加聚丙烯纤维。按使用量，与混凝土集料同时加入搅拌机拌和。为了使纤维能够与混凝土拌合均匀，搅拌时间可以比不加聚丙烯纤维的混凝土延长30～60s。
3.3 聚丙烯纤维的加入会增加拌合料的粘稠度，使坍落度略有降低，应根据工程需要的坍落度，在使用前通过实验调整混凝土配合比。如果坍落度不能满足施工需要，不能采用增大用水量的方法，应掺入塑化剂或减水剂来提高坍落度。
3.4 浇筑混凝土前应制定合理的施工方案，决定浇筑路线，浇筑过程中，应合理安排施工进度，完善技术措施，混凝土接茬时间不得超过初凝时间，确保不出现“冷缝”。
3.5 浇筑桩承台或墙体混凝土时可采取平面分层或斜面分层的方法，每层厚度不超过50cm。
3.6 浇筑桩承台大体积混凝土时应采取降低混凝土入模温度、预埋水管导热、保温养护等措施控制混凝土内温差，浇筑后要定时测温，确保混凝土内外温差不大于25℃。
3.7 聚丙烯纤维混凝土的振捣与一般混凝土相同，采用插入式振捣器振实时，振捣延续时间以使混凝土表面呈现浮浆和不再下沉为准，梁、柱、节点等钢筋密集部位加强振捣。
3.8 混凝土浇筑后立即进行一次压面，混凝土初凝结束前完成二次压面，使混凝土表面平整、密实、光滑。在压面时应尽量用钢或铁质抹子，不宜用木质抹子。
3.9 掺加聚丙烯纤维的混凝土养护无特殊要求，可按正常混凝土养护。但不能因掺加聚丙烯纤维而放松对混凝土的早期养护。
4. 技术经济分析
普通抗渗混凝土是在混凝土里加入膨胀济，在混凝土凝结过程中，膨胀济与水泥产生化学反应，体积增大，从而防止裂缝的产生。聚丙烯纤维混凝土不采用膨胀济，取而代之的是具有约束混凝土产生裂缝的聚丙烯纤维，通过物理的作用控制混凝土裂缝的产生和发展。
在施工前，项目部组织了技术人员根据设计混凝土强度等级及抗渗等级要求，分别对普通抗渗混凝土和聚丙烯纤维混凝土进行了试配，得出最隹的配合比，并对两种配合比的混凝土进行技术经济分析和比较。
从上面的配合比看，两种混凝土的水泥、粉媒灰、砂、碎石、水、减水剂的用量一致，聚丙烯纤维混凝土采用聚丙烯纤维代替普通混凝土中的膨胀剂，每立方米普通混凝土中膨胀剂的材料成本为31.6×1.4元/Kg=34.2元，每立方米聚丙烯纤维混凝土中聚丙烯纤维材料成本为0.9Kg×18元/Kg=16.8元。使用聚丙烯纤维混凝土,每立方米混凝土可节约成本17.4元。中山市陈星海医院地下室混凝土用量约25000m3，采用聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土节约成本43.5万元，经济效益非常可观。
现在，中山市陈星海医院工程地下室已施工完毕，后浇带混凝土浇筑已超过6个月，地下室外侧壁、底板未发现明显的混凝土收缩性裂缝，实体检测混凝土强度合格，抗渗性能合格。总体施工质量达到合格标准，实现了既保证施工质量又节约成本的目的。
5. 结束语
通过在中山市陈星海医院工程地下室施工的实践证明，在混凝土中掺加聚丙烯纤维，可以极为有效地控制混凝土塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝，防止及抑制裂缝的形成及发展，是提高混凝土抗裂防渗能力的有效途径。
聚丙烯纤维化学稳定性好，对人体无害，使用时添加量少，对最小覆盖量无限制，在混凝土中具有很好的分散性，与混凝土结合牢固，施工简单方便，易于因地制宜，灵活操作，是一种新型环保产品，在工程中具有广阔的使用前景。
参考文献
［1］ 《高层建筑施工手册》杨嗣信编中国建筑工业出版社 1992年12月出版.
［2］ 《建筑施工工程师手册》江正荣编中国建筑工业出版社 1992年10月第一版.
［文章编号］1006-7619（2011）02-17-096
［作者简介］ 李冠文，男，籍贯：广东化州，职称：工程师；执业资格：一级建造师，工作单位：中山市小榄镇建筑工程公司。