聚丙烯纖維混凝土的防水機理及應用方法

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現(xiàn)今的建筑物向高、大、寬發(fā)展，平面形狀復雜，產(chǎn)生的約束力大而復雜，這樣混凝土裂縫就比普通混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫多得多，而高強、大流動度的混凝土密實性能滿足混凝土的抗?jié)B等級要求。所以從防水角度來看，應從過去注重混凝土的密實性轉(zhuǎn)向注重混凝土的抗裂性問題。

　　一、混凝土的本體結(jié)構(gòu)防水措施

　　（一）膨脹補償型

　　在混凝土中摻入適量膨脹劑，經(jīng)水化反應生成32水硫鋁酸鈣結(jié)晶體產(chǎn)生膨脹，使混凝土凝結(jié)后體積微膨脹來補償混凝土的凝結(jié)收縮應力，從而達到抗裂目的，如UEA膨脹劑等。但存在以下特點：①可靠度低，受施工條件、環(huán)境等因素影響大，如在42h內(nèi)不及時連續(xù)澆水養(yǎng)護，不但不膨脹反而會收縮開裂；②摻量的范圍較小，攪拌均勻度要求高，稍過量就會膨脹，產(chǎn)生裂縫或安全性不穩(wěn)而龜裂，量稍小則達不到效果。

　　（二）填充密實型

　　在混凝土中摻入適量浮化的液態(tài)高聚物化學材料，使混凝土在拌合和凝結(jié)時高分子聚合物破乳，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，填充和堵塞混凝土中的毛細孔隙而達到防水作用。但由于此種材料價格昂貴，如氯丁膠乳、環(huán)氧乳液等，所以也不是很適合在實際工程中應用。

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　　通過摻加各類型的減水劑，減小單位體積中水泥和水的用量，使混凝土中的水化熱減小，減小混凝土的收縮裂縫，提高混凝土的密實性，達到密實防水的目的。但減水劑的用量必須嚴格控制。

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　　一般是通過高分子材料與水泥中化學組分結(jié)合，生成具有憎水性的網(wǎng)狀化合物，分布在混凝土的顆粒之中，使水分子在混凝土之間的界面表面張力提高而產(chǎn)生憎水效果。但在實踐中很少單獨使用。

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　　在混凝土中摻入適量的微纖維，攪拌過程中微纖維均勻地擴散到混凝土中，由于微纖維與混凝土有極強的結(jié)合力和抗拉強度，每立方米混凝土中含有數(shù)千萬條的高抗拉強度的微纖維，從而產(chǎn)生了全方位的增強效果，削弱了混凝土的收縮應力，減少了混凝土收縮裂縫。堵塞混凝土中的道路，從而達到防水效果。

　　綜上所述，抗裂防水措施在混凝土本體剛性防水措施中，具有設(shè)計、施工方便及經(jīng)濟性等明顯的優(yōu)勢。聚丙烯纖維混凝土作為防水措施即屬于抗裂防水型。

　　二、聚丙烯纖維混凝土的防水性能及機理

　　混凝土專用聚丙烯纖維的物理性能如下：密實0.91g/cm³；抗拉強度276Mpa；極限拉伸15％；無毒；耐酸堿性極高；熔點165℃；燃點593℃；導電、導熱性極低。

　　聚丙烯纖維混凝土的防水屬于剛性本體防水，通過改善混凝土的抗裂和抗?jié)B兩個途徑來提高防水性能。其防水機理建立在對混凝土的固結(jié)、收縮的微觀研究基礎(chǔ)上。

　?。ㄒ唬┨岣呋炷量沽研阅艿臋C理

　　聚丙烯纖維阻滯混凝土的塑性收縮裂縫的產(chǎn)生和限制裂縫的發(fā)展。混凝土的塑性開裂主要發(fā)生在混凝土硬化前，特別是在混凝土澆筑后4-5h內(nèi)，此階段由于水分的蒸發(fā)和轉(zhuǎn)移，混凝土內(nèi)部的抗拉應變能力低于塑性收縮產(chǎn)生的應變，因而引起混凝土內(nèi)部塑性裂縫。摻入聚丙烯纖維后，由于其分布均勻，起到類似篩網(wǎng)的作用，減緩了由于粗粒料的快速失水所產(chǎn)生的裂縫，延緩了第1條塑性收縮裂縫出現(xiàn)的時間。同時，在混凝土開裂后，纖維的抗拉作用阻止了裂縫的進一步發(fā)展。試驗表明，混凝土塑性裂縫面積、裂縫最大寬度及失水速率均隨著纖維體積含量的增大而降低，說明聚丙烯纖維有效地提高了混凝土的抗裂性能。

　?。ǘ┨岣呋炷量?jié)B性能的機理

　　在混凝土中摻入適量聚丙烯纖維后，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沉降，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，有效提高了混凝土抗?jié)B能力。此外，由于纖維的存在，減少了混凝土的收縮裂縫尤其是連通裂縫的產(chǎn)生，因而減少了滲水通道，提高了混凝土的抗?jié)B性能。聚丙烯纖維混凝土和素混凝土抗?jié)B性能試驗結(jié)果表明；纖維含量為0.5、0.7、1.0㎏/m³的聚丙烯纖維混凝土抗?jié)B能力分別比普通混凝土提高64％、73％和75％。

　　由于以上分析可知，聚丙烯纖維可以大提高混凝土抗裂、抗?jié)B能力，作為混凝土本體剛性自防水的效果顯著。聚丙烯纖維加高效減水劑的防水方案，目前已為國內(nèi)外眾多防水專家所肯定，可廣泛應用于地下室、屋面、蓄水池、污水池等工程。

　　三、聚丙烯纖維混凝土的施工要點及注意事項

　　聚丙烯纖維摻入混凝土中，除不適宜采用人工攪拌外，對攪拌及施工工藝無特殊要求，只要適當保證攪拌時間即可，一般為3～5min.攪拌可先將砂、石、水泥與水在攪拌機內(nèi)均勻拌合后再加入纖維，亦可先將纖維與砂、石、水泥干拌后再加水濕拌，整個攪拌時間較拌制普通混凝土適當延長1～2min.為改善拌合物的和易性，可摻加適量的引氣劑、減水劑或高效減水劑，也可摻入不超過10％的粉煤灰。拌合好的纖維混凝土由攪拌站運至工地，時間不應超過30min；否則應在混凝土運到工地后再加入聚丙烯纖維。

　　四、聚丙烯纖維混凝土在防水工程中的應用實例

　?。ㄒ唬┥虾Ｈ鸢矎V場地下室外墻工程

　　上海瑞安廣場2層地下室面積為1100㎡，基礎(chǔ)埋深-0.8m。因受地鐵影響，地下室分兩期施工，第1期外墻總長約250延m，采用普通防水混凝土C50，數(shù)月后發(fā)現(xiàn)有數(shù)10條垂直細裂縫，滲入嚴重。第2期外墻總長約70延m，混凝土設(shè)計強度等級C50。采用寧國42.5R普通硅酸鹽水泥、中砂、5～25㎜連續(xù)級配碎石，摻加一定量的Ⅱ級粉煤灰和聚丙烯纖維及混凝土外加劑。實踐證明，纖維混凝土對防止墻體細裂縫的出現(xiàn)是有效的。后來又在污水池、水箱等結(jié)構(gòu)中應用，至今，這批纖維混凝土構(gòu)筑物均未發(fā)現(xiàn)因干縮而引起的微細裂縫，無滲漏現(xiàn)象。

　?。ǘV州萬景臺地下室工程1998年8月廣州市距珠江邊僅20m在萬景臺工程3層地下室基坑支護采用噴錨網(wǎng)工藝，考慮基坑臨江面抗裂抗?jié)B要求高，僅在該面的噴射混凝土中加入0.07％體積摻量的聚丙烯纖維（不臨江的另外三面未摻入纖維）。工程完工后，盡管該面水壓較高，但未發(fā)現(xiàn)裂紋，僅在兩邊錨頭有輕微滲水；而其他三面均發(fā)現(xiàn)了不同程度的裂縫，多處錨點滲漏嚴重，說明聚丙烯纖維對控制和防止混凝土的塑性收縮裂縫、提高抗?jié)B性有顯著功效。

　　五、結(jié)語

　　在混凝土（砂漿）中添加適量聚丙烯纖維是克服其開裂的有效途徑，纖維在混凝土（砂漿）中形成的亂向支撐體系，會產(chǎn)生一種有效的二級加強效果，能較大幅度提高混凝土的抗?jié)B性和抗裂性。