强纶建材纤维混凝土在乐清市市民活动中心工程中的应用

　　摘要：论述钢筋混凝土结构中裂缝产生的原因,及纤维混凝土的作用机理结合工程实际阐述建材纤维在抗裂与提高混凝土性能方面的作用。
　　关键词：高性能混凝土，裂缝，建材纤维，市民活动中心工程
　　
　　1前言
　　乐清市市民活动中心是乐清市的重要的文化建筑，该工程占地74.5亩,建筑面积为45319平方米,其中地下室面积8543平方米。该项目为四层局部五层框架结构，二级建筑耐久年限50，抗震防烈度为六度。地下室横向最长边长134.4m,纵向最长边长为67.2m,地下室结构底面为－4.05m,±0.000为黄海高程6.200m,地下室外墙采用现浇混凝土剪力墙,稳定地下水位在地表下0.00m～0.65m之间（原地面标高在黄海高程3.5m～4.2m），因此对混凝土的的防水要求非常高。本工程地下室底板、外墙、地下车道采用强度等级为C30的高性能建材纤维混凝土。
　　2高性能建材纤维混凝土
　　2.1高性能混凝土
　　高性能混凝土一般认为具有一定强度(≥C30)和高工作性及高耐久性(使用寿命≥100年)的混凝土。高性能混凝土的概念是1990年5月由美国国家标准与技术研究院(NIST)和美国混凝土协会(ACI)首先提出的。以Mehta为代表的美加学派认为，混凝土的耐久性应当放在HPC的首位，其抗渗性和尺寸稳定性需满足一定的要求。高性能混凝土最重要特征是其优异的耐久性，耐久性可达百年以上，甚至可以达到500年，是普通混凝土的3～5倍。混凝土的高耐久性可以减少结构的维修与翻新，节约材料与人工费，节约资源等，尤其对重要工程、纪念性建筑有重要意义，特别是像市民活动中心这样的公共建筑，其投资相对于本地区的财政收入较大，其耐久性关系乐清城市面貌的稳定。以下对影响混凝土耐久性的因素之一裂缝做些分析。
　　2.2混凝土中的裂缝产生分析
　　混凝土在施工及使用期间所产生的各种裂缝，会严重影响到混凝土的耐久性。究其原因，主要是因为混凝土本身是一种人工复合材料，具有非均质性，普遍存在收缩变形大，抗拉强度低、抗裂能力差、脆性大、韧性不足等缺陷。
　　从混凝土中的裂缝产生的机理考虑，我们可以把混凝土分为两类，一类是结构受荷载作用产生的裂缝，一类有结构本身变形引起的裂缝。当混凝土中的应力超过其抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝。
　　对于因结构受力引起的裂缝，一般从结构布局上着手，改变结构受力情况，再根据构件的受力情况，适当增加配筋率来防止或减轻其开裂状况。
　　变形裂缝包括由于温度应力、收缩等因素引起的变形裂缝。变形裂缝与时间有关，当变形累积到一定量时，即当混凝土的应变超过其极限应变时，混凝土发生开裂。
　　混凝土中的收缩变形主要发生在浇注后,混凝土在硬化形成强度的过程中，初期由于水和水泥的应形成结晶体，这种晶体化合物的体积比原材料的体积要小，因而引起混凝土体积的收缩；在后期又由于混凝土内自由水分的蒸发而引起干缩。这些应力某个时期超出了水泥机体的抗拉强度，于是在混凝土内部引起微裂缝。混凝土在凝结和硬化过程中，微裂缝经历了出现和发展的过程。微裂缝从无到有，从小到大向最薄弱方向定向发展。微裂缝向细裂缝的发展大多数（约占70％）在3－7d凝胶期内完成，此时混凝土的抗拉强度小于1Mpa，如果没有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂缝在内外应力的作用下将会发展为更大的裂缝以至最终形成贯通的毛细孔道及裂缝。
　　贯通的毛细孔道及裂缝的出现，将使水进入混凝土内部对钢筋进行锈蚀，从而影响结构的耐久性。
　　2.3建材纤维的选择及选定产品的性能
　　经过对国内建材纤维市场的调查，目前国内使用的纤维品种繁多，主要有美国希尔兄弟化工公司生产的聚丙烯纤维，俗称杜拉丝，以及宁波大成新材料股份有限公司生产的强纶建材纤维等，综合考虑性能价格，以及考虑公建项目优先采用国内同品质产品的原则，决定采用强纶建材纤维。
　　外观上强纶纤维为白色的半透明丝状，表面光泽度较好，在水中极易扩散，且悬浮在水中。
　　根据厂方提供的资料，强纶建材纤维是目前我国自主知识产权的新型建材纤维。是以聚丙烯、聚乙烯、聚酯主要原料，采用独特的生产工艺纺制并经表面涂层活化处理的束状单纤维。强纶纤维抗拉强度>280Mpa,弹性模量>3800Mpa。
　　2.4 建材纤维在混凝土中的作用机理
　　在混凝土中掺入了建材纤维，表面经活化处理的纤维在与混凝土原料搅拌过程中充分扩散并均匀分布于混凝土中，能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，这种乱向支撑体系可以有效地阻碍混凝土材料的离析,减少混凝土早期的泌水性，延缓自由水分的蒸发，从而减少微裂缝的产生。另外，当微裂缝在向细裂缝发展的过程中，必然碰到多条不同向的微纤维，由于遭到纤维的阻挡，能量延纤维传播而扩散，难以集中，裂缝也得不到进一步发展。因而减少了混凝土初凝时收缩引起的裂缝。
　　3 强纶建材纤维混凝土在乐清市市民活动中心工程中的应用
　　在乐清市市民活动中心的基础承台、地下室底板、地下室外墙、地下室车道均采用了C30建材纤维混凝土。
　　3.1 纤维的掺量与投放：
　　根据纤维厂方提供的强纶建材纤维的比例参数：
　　强纶纤维的规格与掺量地下工程，采用19mm的纤维，每立方掺量为0.8-0.9kg。根据设计纤维混凝土的强纶纤维的掺量为0.9Kg/m3，我们选定混凝土厂单次搅拌容量为2m3，设定每小包到厂纤维包装为1.8Kg，外包装为水溶性包装，在混凝土原来砂和石混合时投入生产线中即可。
　　3.2 强纶建材纤维混凝土的施工
　　纤维混凝土和普通混凝土的施工工艺基本相同,不需要特殊的施工设备和操作工艺,使用起来极为方便。由于采用泵送混凝土，在坍落度控制方面需要做细微调整，掺入纤维混凝土坍落度略小与普通混凝土。不过对于140±30的坍落度控制，两者控制难度基本没变化。
　　3.3 混凝土的质量比较
　　3.4.1混凝土的抗压强度
　　纤维混凝土的抗压强度并没有显著提高。以下为两组混凝土的抗压强度。根据该厂提供的普通C30混凝土的抗压强度为38.2MPa，纤维混凝土的强度为37.7。所以，纤维混凝土对混凝土的抗压强度并没有提高，且有稍微有所降低，但降低幅度很小。根据厂方提供的数据，同等情况下，一般纤维混凝土的强度大于普通混凝土强度97%。
　　3.4.2混凝土的抗折强度
　　纤维混凝土的早期抗折强度并没有比普通混凝土有显著提高。C30三天的实验抗折强度，普通工混凝土试验荷载17.2KN，抗折强度5.16Mpa。掺入纤维后的参数为，试验荷载17.2KN，抗折强度5.04Mpa。
　　而28d龄期的抗折强度,纤维混凝土的抗折强度对普通混凝土的抗折有所提高,约提高7%。
　　3.4.3混凝土的抗渗性
　　纤维混凝土抗渗性是本工程地下室最关注的问题,根据检测结果,在最大试验水压0.7MPa水压作用下各组试块均未出现渗水。根据相关测试数据显示,纤维混凝土的抗渗高度较普通混凝土的抗渗高度要小57%左右。
　　主要是由于纤维与混凝土形成的乱向支撑体系有效控制了混凝土中裂隙与毛细孔道,使水的渗透受到了阻碍。
　　3.4.4混凝土的抗裂性
　　本工程地下室后浇带,在上部结构未施工前并没有发现可视裂缝。在上部施工至两层局部三层时,地下室出现了可视裂缝均远小于规范规定值,主要原因是由于施工后浇带还没有浇注,施工队擅自拆除了后浇带两边的模板及支撑,影响受力结构。后浇带上方存在重物堆放现象,经整改后,原有裂缝并未扩大,且未发现新的裂缝。原有裂缝均远小于规范限定值,并不影响结构。在地下室其它地方均未发现可视裂缝。因此断定该裂缝是由于结构受力引起,并非混凝土收缩形成,从裂缝的宽度看,纤维对裂缝的控制作用比较明显。根据相关信息，掺入纤维对混凝土的开裂指数影响很大，根据有关试验，掺入纤维的混凝土开裂指数可以降低到原混凝土的40%以下。
　　4 结束语
　　强纶纤维加入混凝土，可以在混凝土中形成乱向支撑体系，使混凝土得到有效的加强。虽然对混凝土的抗压强度提高不明显，但对混凝土的抗裂与抗渗性能提高明显。并且其投放方式简单，掺量控制简便，施工便利，是一种很好的改善混凝土性能的方法。
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