聚丙烯纤维混凝土在立交桥中的应用
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摘要：聚丙烯纤维混凝土在城市市政、公路工程中的多座桥梁的桥面铺装中及道路工程中采用。本文主要在分析了聚丙烯纤维混凝土的性能特点的基础上，对于立交桥桥面铺装聚丙烯纤维混凝土的施工工艺的相关问题进行分析，对于今后类似工程施工具有一定帮助。
关键词：聚丙烯纤维混凝土，路面工程，立交桥施工，桥面铺装
1 引言
水泥混凝土是最大宗的人造材料，其优点是具有强度的可调节性、外形的可塑性和原材料的廉价易得性。上述特点赋予水泥混凝土作为建筑材料的性熊优势至少在21世纪仍难以被其它材料所超越。但水泥混凝土自身所固有的抗拉强度低、易收缩开裂和脆性较大等缺点也将随着材料高性能化的需求而显得格外突出。正是在这样的背景下：纤维混凝土(本文中“纤维混凝土”仅指三维乱向形式分布的短切纤维增强的混凝土)得以被广泛开发、研究和应用[1]。
聚丙烯纤维混凝土在城市市政、公路工程中的多座桥梁的桥面铺装中及道路工程中采用。采用聚丙烯纤维混凝土后去掉了一般设置的防水层，但聚丙烯纤维混凝土达到了良好的防水效果。同时很好地防止了干缩裂缝。对聚丙烯纤维的工程应用效果，业主和施工单位均给予了较高的评价。工程实践也证明：在桥面铺装中采用聚丙烯纤维混凝上后，提高了铺装层的抗裂性、抗渗漏性、抗动载能力[2]。在路面工程中应用则提高了路面的抗裂性、抗冲击性和抗疲劳性。
2 聚丙烯纤维混凝土的性能特点
以聚丙烯纤维为代表的有机合成纤维的特点是弹性模量低、长径比大、纤维直径小，在工程中应用的掺量一般较低(体积率0.1％-0.3％)。在上述纤维掺量下聚丙烯纤维混凝土的性能表现如下：
虽然聚丙烯纤维掺量低，，但由于直径小，纤维数量仍然很多，纤维间距也比较小。聚丙烯纤维的主要作用表现为在混凝土硬化早期，能有效阻止混凝土的塑性开裂和温差应力造成的开裂或损伤。这种效应的本质是聚丙烯纤维钝化了硬化早期混凝土内原生裂隙在受荷时尖端的应力集中；聚两烯纤维混凝土硬化早期的阻裂效应具有重要的意义，因为早期的阻裂效应有利于硬化后混凝土保持较好的介质连续性，而混凝土在这点上获得的性能优势对混凝土的整个使用寿命过程都将产生有益的影响。
较低掺量的聚丙烯纤维，虽然不会对混凝土的工作性和力学指标产生显著的影响，但因其纤维形态、以及作为有机材料的物理化学性质和砂、碎石等材料的颗粒形态和无机材料的物理化学性质之间的差异较大，影响仍不能忽视。
由于聚丙烯纤维直径小、弹性模量低、刚度小(柔软)，虽然在混凝土中数量较多，也不会造成新拌混凝土干涩和难以施工操作，完全不同于新拌的钢纤维混凝土。但聚丙烯纤维对新拌混凝土的增稠作用仍是存在的，其实质是纤维提高了新拌混凝土中砂浆的抗剪强度。聚丙烯纤维的增稠作用是纤维形态的材料固有的性能特征。这种增稠作用的有利之处在于有效减少了混凝土的离析和泌水，不利之处在于为保证混凝土的密实，应适当延长混凝土的振动时间。
纤维-基材的界面效应对纤维增强型复合材料的力学性能有较大的影响。混凝土的内分层作用造成了聚丙烯纤维混凝土基材界面的疏松，界面效应因此表现为弱界面效应。虽然界面的尺度很小，但是由于聚丙烯纤维的数量多，纤维间距小，弱的界面效应应仍将对于混凝土的强度，尤其是对结构密实性较为的敏感的抗折、抗拉强度造成少许不利的影响。具体说，掺入聚丙烯纤维后，弱的纤维-基材界面效应会使混凝土的抗折、抗拉强度有所降低。
聚丙烯纤维在混凝土中的良性效应重点表现在能有效阻止混凝土发生塑性开裂，提高混凝土在硬化早期对外部损伤因素的抵抗能力，以及提高混凝士的抗冲击、疲劳等抗动载能力上。需着重说明的是在实际施工过程中，尤其是在路面、桥面等薄板混凝土结构的施工过程中，混凝土能否经受早期损伤因素(如风、干燥、阳光照射等环境因素或水化热、泌水等材料自身因素)的作用而不产生裂隙(包括可目测的表面裂纹或不能看见的内部细微裂纹)、保持较好的整体性是一个很突出的问题，也事关混凝土的实际使用品质。材料介质的连续性好、不开裂、内部缺陷少对硬化后混凝土的强度、耐久性，尤其是路面桥面混凝土所需具备的抗冲击、抗疲劳等抗动载能力都是非常有益的。
3 立交桥桥面铺装聚丙烯纤维混凝土的施工工艺
桥梁全部桥面铺装采用了聚丙烯纤维混凝土，在施工中采用了合理的施工工艺，以使得新拌混凝土达到密实、均匀为目标，这是保证混凝土硬化后达到设计要求的强度和耐久性的前提条件。纤维混凝土施工工艺的关键一是保证拌和过程纤维的充分均匀分散，二是克服纤维对新拌混凝土的增稠作用所带来的对浇注、振捣过程的影响。虽然聚丙烯纤维在混凝土中的常用掺量很低，本工程仅为0.9kg/m3(纤维体积率为0.1%)，对混凝土的施工工艺影响不显著，但上述问题仍然存在。
3.1 聚丙烯纤维混凝土的拌和
混凝土材料拌和的目标是达到各组成材料充分、均匀的分散，对纤维混凝土来说，保证纤维材料充分均匀分散是发挥纤维效应的前提。
由于形态和刚度等方面的原因，纤维在投入到混凝土中后，有可能“扎堆”，这是钢纤维掺入混凝土中所经常面临的问题。为保证钢纤维充分均匀分散，通常采用强制式搅拌机，并采用在加入拌和水以前投入钢纤维，和砂、碎石等原材料共同干拌一段时间的方法。
聚丙烯纤维以束状网或束状单丝形式供应，并将产品设计成在混凝土搅拌时通过混合料自身的摩擦和揉搓作用达到分数，因此采用强制式搅拌机更为有效，但是并不要求事先有干拌的过程，在混凝土加水前后将聚丙烯纤维投入到混凝土混含料中均可。由于混凝土混含料的自身的摩撩力、揉搓力和其稠度有关，因此，混合料的稠度对束状聚丙烯纤维的分散效果有一定影响。
通过分析上述因素的影响对聚丙烯纤维混凝土的拌和采取以下措施：
(1)使用强制式搅拌机；
(2)新拌混凝土的稠度较小、坍落度较大时，由于摩擦和揉搓力的下降，应延长搅拌时间，这是聚丙烯纤维混凝土和普通混凝±的不同之处(普通混凝土坍落度越大越易拌和)。经大量试验和调查认为：对于坍落度为0～30mm的半干硬性混凝土(普通路用混凝土)，从纤维投入到搅拌机中算起搅拌时间不少于150s即可：对于坍落度为50～80mm的塑性混凝土(普通桥面混凝土)，搅拌时间应延长至180s以上。
(3)当混凝土为坍落度很大的流动性(或流态)混凝土时，为保证纤维均匀分散，可采用先加部分水使混凝土在较干硬状态下拌和至纤维分散后再加入剩余水拌和至均匀的方法。在束状聚丙烯纤维被分散成单丝后，纤维也已基本达到了较为均匀的分散。由于纤维单丝的刚度和长度小，在较低掺量下，不影响其它材料的均匀分散。
3.2聚丙烯纤维混凝土的成型
由于掺入聚丙烯纤维后混凝土的稠度有所增加，为保证混凝土经振动后充分密实，硬化后强度不下降，同普通混凝土相比应该适当延长振动时间。
3.3 聚丙烯纤维混凝土的养护
养护应该按照正常情况下的施工规范的要求进行，不能因掺入聚丙烯纤维后放松对混凝土的早期养护。
4 结语
聚丙烯纤维的增稠效应能减少新拌混凝土的离析、泌水，提高混凝土的匀质性，但要求施工或试件成型时，应适当延长新拌聚丙烯纤维混凝土的振动时间。聚丙烯纤维对混凝土的强度有所影响，但不显著。不利的效应包括增稠效应和纤维-基材的弱界面效应，有利的效应是阻裂效应和荷载传递效应。采用随新拌混凝土的稠度增大适当延长振动时间和掺入增钙粉煤灰等活性混舍材改善纤维-基材界面的方法能消除聚丙烯纤维对混凝土强度的不利影响，并使有利的效应展现出来。