摘要：文章分析了混凝土的塑裂机理及聚丙烯纤维在混凝土中的阻裂效应，通过在混凝土内掺入聚丙烯纤维以改善混凝土的性能，有效防止码头面层混凝土龟裂质量通病。
　　关键词：聚丙烯纤维；混凝土；码头面层；塑性裂缝

　　一、概述

　　码头面层混凝土龟裂成因较为复杂，它不仅与混凝土的收缩有关，而且与底层混凝土的约束有关。因此，要防止面层混凝土龟裂，首先必须改善混凝土本身的性能；其次，必须同时采用正确、合理的混凝土施工工艺，如在不同气候环境下的混凝土的配合比、混凝土的下灰、振捣及抹面压光、养护等工艺。以往施工中采用机械抹面、真空吸水、掺加混凝土微膨胀剂、喷洒养护液和覆盖土工布养护等措施来控制码头面层的龟裂，确实收到了一定的效果；但由于码头面层混凝土方量大、体表面积大、露天作业等特点和轨道、泄水孔等构件的影响，以上措施不能完全到位，所以码头面层混凝土龟裂现象一直存在；随着泵送混凝土在码头上的使用增多，码头面层混凝土龟裂控制难度更大。近几年，天津港滚装码头工程、天津港北港池集装箱三期等工程相继在码头面层混凝土施工时在混凝土中掺入聚丙烯纤维，较好地解决了码头面层混凝土的龟裂。

　　二、聚丙烯纤维的材料特性

　　（一）纤维的结构形式

　　聚丙烯纤维在各类工程中已有较多应用。目前市场上的几种聚丙烯纤维产品按规格可分为两类：一类是以呈束状网形式供应的聚丙烯纤维；另一类是以单丝形式供应的聚丙烯纤维。网状纤维经与混凝土搅拌后大部分以叉枝纤维、小部分以网片状与混凝土相结合,这些叉枝网片状纤维以三维方式与混凝土固结；单丝形式的纤维在搅拌时能均匀地与混凝土相结合。

　　（二）纤维的物理参数

　　1．塑性裂缝总是从混凝土表面的原生微裂缝处开始扩展。当微裂缝的长度大于纤维的间距时，纤维将跨越裂缝起到传递荷载的桥梁作用，使混凝土的应力场更加连续和均匀，使微裂缝尖端的应力集中得以钝化，裂缝的进一步扩展受到约束。

　　2．长度小于纤维间距的原生裂缝扩展遇到纤维时，纤维将迫使其改变延伸方向或跨越纤维生成更细微的裂缝场，显著增大了微裂缝扩展的能量消耗。

　　上述分析可见，单就纤维的阻裂效应而言，在单位混凝土体积内纤维的根数越多，纤维的间距越小，纤维的阻裂效果越好，或者说单位体积混凝土内纤维分散后的表面积越大，阻隔裂效果越好。由于纤维的表面积随纤维细度的增大而增大；在相同的体积掺量下，随纤维细度的增大，纤维的间距明显减小，对裂缝的约束能力也显著增强。

　　三、聚丙烯纤维混凝土在码头面层施工中的应用

　　近几年先后在天津港集装箱码头三期工程、天津港北港池滚装码头工程等重要工程项目的面层施工中使用了聚丙烯纤维混凝土。通过完工1～3个月后的观察检查，未发现码头面层混凝土有明显的龟裂出现，收到较好的效果，经初步总结，概括起来纤维混凝土的施工应注意做好以下几方面的工作：

　　1．根据不同的环境条件和混凝土特点，通过试验确定纤维的结构形式、长度和用量。由于目前市场上聚丙烯纤维有网状和单丝状两种，应根据混凝土的不同用途进行选定；在面层混凝土施工中，网状纤维在操作过程中要求相对较高，搅拌时间延长，振捣及抹面时间要掌握适当，否则容易引起纤维缠绕和表面起翘； 而单丝状纤维操作相对要简单得多，且一般不会引起表面起翘。根据试验室对c30普通混凝土和c30聚丙烯纤维混凝土的对比试验，混凝土中掺入直径18～20um，长度19mm单丝状聚丙烯纤维后，抗裂能力明显提高，不同的掺量0.8kg/m3、0.9kg/m3、1.0kg/m3的聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土的裂缝分别降低为50.1%、77.5%、100%。掺量在0.9kg/m3以上的聚丙烯纤维混凝土，其限裂等级可达二级以上标准。


　　2．选择合理的配合比，减小混凝土自身收缩。水泥用量增加，直接导致水泥水化热的提高，增加了早期混凝土的热胀，从而增加混凝土温度下降后的冷缩；骨料对混凝土的质量影响也较大，细骨料过多，减弱了混凝土之间的连接能力，增大裂缝产生的机会；水灰比过大会造成混凝土在硬化过程中由于水分蒸发和胶凝体失水后引起干缩量加大。采用外掺高效减水剂、粉煤灰，以降低水泥用量，改善混凝土的和易性、可泵性，减少混凝土下灰、振捣后的泌水。根据现场所用原材料和搅拌、输送等施工工艺及现场条件，合理选用面层混凝土的配合比是十分关键的。

　　3．聚丙烯纤维。混凝土开罐前预先将聚丙烯纤维按照掺量分别装入塑料袋中，混凝土搅拌时有专人在砂石料进入料斗时放入砂石料料斗内，适当延长搅拌时间，使聚丙烯纤维能够比较均匀地分布于混凝土中。

　　4．加强面层混凝土的下灰整平、抹面压光等工艺的控制。混凝土下灰后及时整平、振捣，用3m长铝合金刮尺检查，局部凹陷处及时用聚丙烯纤维混凝土补灰（严禁用浮浆补灰），如果混凝土振捣后局部布面出现游离水，应用海绵及时吸除，采用抹面机抹面后人工收面2～3次，然后用抹面机压光。施工完的面层混凝土应及时进行养护（用塑料薄膜、土工布覆盖或喷洒养护膜等）。

　　四、结论

　　1．使用方便、操作简单、易控制。纤维的作用完全是物理作用，并不影响水泥的化学作用，纤维与混凝土的各种元素及添加剂能混拌，因此，使用中不需改变混凝土配合比设计方法。

　　2．聚丙烯纤维作为一种次要加强筋，无需像金属网一样担心其保护层厚度而可以防锈蚀、防碱，聚丙烯纤维会对混凝土在塑性及硬化阶段提供最有效的自动保护。

　　3．有良好的经济性。聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土费用增加约20元/m3，使用时无需增加其它设备、人力投入。相比其它的外掺材料和工艺，节约成本、提高工效。

　　总之，通过对近几年聚丙烯纤维混凝土在天津港码头面层施工中的应用和观察，混凝土的龟裂问题得到了较好的控制，并且聚丙烯纤维混凝土在技术上和经济上占有绝对优势；现在该种施工方法已被多数建设单位和施工单位认可，并在码头及港区道路混凝土面层施工中得到更加广泛的推广和使用。