聚丙烯纖維混凝土的防水機理及應用方法

李生慧

【摘 要】通過分析聚丙烯纖維混凝土的防水機理，在混凝土中摻加適量的聚丙烯纖維可減少或防止混凝土在澆筑后早期硬化階段，因泌水和水分散失而引起塑性收縮和微裂紋；減少和防止混凝土硬化后期產生干縮裂縫及溫度變化引起的微裂紋。

【關鍵詞】聚丙烯纖維；聚丙烯纖維混凝土；剛性防水

現今的建筑物向高、大、寬發展，平面形狀復雜，產生的約束力大而復雜，這樣混凝土裂縫就比普通混凝土結構的裂縫多得多，而高強、大流動度的混凝土密實性能滿足混凝土的抗滲等級要求。所以從防水角度來看，應從過去注重混凝土的密實性轉向注重混凝土的抗裂性問題。

一、混凝土的本體結構防水措施

（一）膨脹補償型

在混凝土中摻入適量膨脹劑，經水化反應生成32水硫鋁酸鈣結晶體產生膨脹，使混凝土凝結后體積微膨脹來補償混凝土的凝結收縮應力，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、環境等因素影響大，如在42h內不及時連續澆水養護，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，產生裂縫或安全性不穩而龜裂，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高聚物化學材料，使混凝土在拌合和凝結時高分子聚合物破乳，形成網狀結構，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、環氧乳液等，所以也不是很適合在實際工程中應用。

（三）減水密實型

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。

（四）憎水型

一般是通過高分子材料與水泥中化學組分結合，生成具有憎水性的網狀化合物，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生憎水效果。但在實踐中很少單獨使用。

（五）抗裂防水型

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合力和抗拉強度，每立方米混凝土中含有數千萬條的高抗拉強度的微纖維，從而產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，具有設計、施工方便及經濟性等明顯的優勢。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滲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、收縮的微觀研究基礎上。

（一）提高混凝土抗裂性能的機理

聚丙烯纖維阻滯混凝土的塑性收縮裂縫的產生和限制裂縫的發展。混凝土的塑性開裂主要發生在混凝土硬化前，特別是在混凝土澆筑后4-5h內，此階段由于水分的蒸發和轉移，混凝土內部的抗拉應變能力低于塑性收縮產生的應變，因而引起混凝土內部塑性裂縫。摻入聚丙烯纖維后，由于其分布均勻，起到類似篩網的作用，減緩了由于粗粒料的快速失水所產生的裂縫，延緩了第1條塑性收縮裂縫出現的時間。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。

（二）提高混凝土抗滲性能的機理

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滲能力。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生，因而減少了滲水通道，提高了混凝土的抗滲性能。聚丙烯纖維混凝土和素混凝土抗滲性能試驗結果表明；纖維含量為0.5、0.7、1.0㎏/m3的聚丙烯纖維混凝土抗滲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、抗滲能力，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

（一）上海瑞安廣場地下室外墻工程

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，數月后發現有數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是有效的。后來又在污水池、水箱等結構中應用，至今，這批纖維混凝土構筑物均未發現因干縮而引起的微細裂縫，無滲漏現象。

（二）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工藝，考慮基坑臨江面抗裂抗滲要求高，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，但未發現裂紋，僅在兩邊錨頭有輕微滲水；而其他三面均發現了不同程度的裂縫，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、提高抗滲性有顯著功效。

五、結語

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，會產生一種有效的二級加強效果，能較大幅度提高混凝土的抗滲性和抗裂性。

【參考文獻】

[1]李武學、張寶明，改性聚丙烯纖維對混凝土抗沖擊性能的影響機理與試驗研究，《天津科技》2011年03期