聚丙烯纤维混凝土的防水机理及应用方法

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聚丙烯纤维混凝土的防水机理及应用方法

山东茂隆新材料 2020-11-16 2462


现今的建筑物向高、大、宽发展,平面形状复杂,产生的约束力大而复杂,这样混凝土裂缝就比普通混凝土结构的裂缝多得多,而高强、大流动度的混凝土密实性能满足混凝土的抗渗等级要求。所以从防水角度来看,应从过去注重混凝土的密实性转向注重混凝土的抗裂性问题。

  一、混凝土的本体结构防水措施

  (一)膨胀补偿型

  在混凝土中掺入适量膨胀剂,经水化反应生成32水硫铝酸钙结晶体产生膨胀,使混凝土凝结后体积微膨胀来补偿混凝土的凝结收缩应力,从而达到抗裂目的,如UEA膨胀剂等。但存在以下特点:①可靠度低,受施工条件、环境等因素影响大,如在42h内不及时连续浇水养护,不但不膨胀反而会收缩开裂;②掺量的范围较小,搅拌均匀度要求高,稍过量就会膨胀,产生裂缝或安全性不稳而龟裂,量稍小则达不到效果。

  (二)填充密实型

  在混凝土中掺入适量浮化的液态高聚物化学材料,使混凝土在拌合和凝结时高分子聚合物破乳,形成网状结构,填充和堵塞混凝土中的毛细孔隙而达到防水作用。但由于此种材料价格昂贵,如氯丁胶乳、环氧乳液等,所以也不是很适合在实际工程中应用。

  (三)减水密实型

  通过掺加各类型的减水剂,减小单位体积中水泥和水的用量,使混凝土中的水化热减小,减小混凝土的收缩裂缝,提高混凝土的密实性,达到密实防水的目的。但减水剂的用量必须严格控制。

  (四)憎水型

  一般是通过高分子材料与水泥中化学组分结合,生成具有憎水性的网状化合物,分布在混凝土的颗粒之中,使水分子在混凝土之间的界面表面张力提高而产生憎水效果。但在实践中很少单独使用。

  (五)抗裂防水型

  在混凝土中掺入适量的微纤维,搅拌过程中微纤维均匀地扩散到混凝土中,由于微纤维与混凝土有极强的结合力和抗拉强度,每立方米混凝土中含有数千万条的高抗拉强度的微纤维,从而产生了全方位的增强效果,削弱了混凝土的收缩应力,减少了混凝土收缩裂缝。堵塞混凝土中的道路,从而达到防水效果。

  综上所述,抗裂防水措施在混凝土本体刚性防水措施中,具有设计、施工方便及经济性等明显的优势。聚丙烯纤维混凝土作为防水措施即属于抗裂防水型。

  二、聚丙烯纤维混凝土的防水性能及机理

  混凝土专用聚丙烯纤维的物理性能如下:密实0.91g/cm3;抗拉强度276Mpa;极限拉伸15%;无毒;耐酸碱性极高;熔点165℃;燃点593℃;导电、导热性极低。

  聚丙烯纤维混凝土的防水属于刚性本体防水,通过改善混凝土的抗裂和抗渗两个途径来提高防水性能。其防水机理建立在对混凝土的固结、收缩的微观研究基础上。

  (一)提高混凝土抗裂性能的机理

  聚丙烯纤维阻滞混凝土的塑性收缩裂缝的产生和限制裂缝的发展。混凝土的塑性开裂主要发生在混凝土硬化前,特别是在混凝土浇筑后4-5h内,此阶段由于水分的蒸发和转移,混凝土内部的抗拉应变能力低于塑性收缩产生的应变,因而引起混凝土内部塑性裂缝。掺入聚丙烯纤维后,由于其分布均匀,起到类似筛网的作用,减缓了由于粗粒料的快速失水所产生的裂缝,延缓了第1条塑性收缩裂缝出现的时间。同时,在混凝土开裂后,纤维的抗拉作用阻止了裂缝的进一步发展。试验表明,混凝土塑性裂缝面积、裂缝最大宽度及失水速率均随着纤维体积含量的增大而降低,说明聚丙烯纤维有效地提高了混凝土的抗裂性能。

  (二)提高混凝土抗渗性能的机理

  在混凝土中掺入适量聚丙烯纤维后,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沉降,从而使混凝土中直径

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为50~100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低,有效提高了混凝土抗渗能力。此外,由于纤维的存在,减少了混凝土的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生,因而减少了渗水通道,提高了混凝土的抗渗性能。聚丙烯纤维混凝土和素混凝土抗渗性能试验结果表明;纤维含量为0.5、0.7、1.0㎏/m3的聚丙烯纤维混凝土抗渗能力分别比普通混凝土提高64%、73%和75%。

  由于以上分析可知,聚丙烯纤维可以大提高混凝土抗裂、抗渗能力,作为混凝土本体刚性自防水的效果显著。聚丙烯纤维加高效减水剂的防水方案,目前已为国内外众多防水专家所肯定,可广泛应用于地下室、屋面、蓄水池、污水池等工程。

  三、聚丙烯纤维混凝土的施工要点及注意事项

  聚丙烯纤维掺入混凝土中,除不适宜采用人工搅拌外,对搅拌及施工工艺无特殊要求,只要适当保证搅拌时间即可,一般为3~5min.搅拌可先将砂、石、水泥与水在搅拌机内均匀拌合后再加入纤维,亦可先将纤维与砂、石、水泥干拌后再加水湿拌,整个搅拌时间较拌制普通混凝土适当延长1~2min.为改善拌合物的和易性,可掺加适量的引气剂、减水剂或高效减水剂,也可掺入不超过10%的粉煤灰。拌合好的纤维混凝土由搅拌站运至工地,时间不应超过30min;否则应在混凝土运到工地后再加入聚丙烯纤维。

  四、聚丙烯纤维混凝土在防水工程中的应用实例

  (一)上海瑞安广场地下室外墙工程

  上海瑞安广场2层地下室面积为1100㎡,基础埋深-0.8m。因受地铁影响,地下室分两期施工,第1期外墙总长约250延m,采用普通防水混凝土C50,数月后发现有数10条垂直细裂缝,渗入严重。第2期外墙总长约70延m,混凝土设计强度等级C50。采用宁国42.5R普通硅酸盐水泥、中砂、5~25㎜连续级配碎石,掺加一定量的Ⅱ级粉煤灰和聚丙烯纤维及混凝土外加剂。实践证明,纤维混凝土对防止墙体细裂缝的出现是有效的。后来又在污水池、水箱等结构中应用,至今,这批纤维混凝土构筑物均未发现因干缩而引起的微细裂缝,无渗漏现象。

  (二)广州万景台地下室工程1998年8月广州市距珠江边仅20m在万景台工程3层地下室基坑支护采用喷锚网工艺,考虑基坑临江面抗裂抗渗要求高,仅在该面的喷射混凝土中加入0.07%体积掺量的聚丙烯纤维(不临江的另外三面未掺入纤维)。工程完工后,尽管该面水压较高,但未发现裂纹,仅在两边锚头有轻微渗水;而其他三面均发现了不同程度的裂缝,多处锚点渗漏严重,说明聚丙烯纤维对控制和防止混凝土的塑性收缩裂缝、提高抗渗性有显著功效。

  五、结语

  在混凝土(砂浆)中添加适量聚丙烯纤维是克服其开裂的有效途径,纤维在混凝土(砂浆)中形成的乱向支撑体系,会产生一种有效的二级加强效果,能较大幅度提高混凝土的抗渗性和抗裂性。


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