聚丙烯纤维在公路工程中的应用研究概述

路面状况对公路质量关系极大, 路面主要是承受静载弯曲、动载疲劳以及热胀冷绍温度应力的作用, 应该具有足够的稳定性、耐久性。聚丙烯纤维混凝土用于铺设桥面、路面等, 可以提高其抗渗、抗冻融、抗冲击、抗疲劳等性能, 笔者对聚丙烯纤维在公路工程中的应用研究进行概要探讨。

1 聚丙烯纤维的特性及主要功能

1.1 聚丙烯纤维的特性概述

聚丙烯纤维 (PP纤维) 亦称丙纶, 是以等规聚丙烯为原料纺丝制得的合成纤维, 抗拉强度为350MPa~620MPa;耐磨性优于一般纤维;耐腐蚀性良好, 尤其是对无机酸、碱稳定性很好;不发霉, 不腐烂等。试验表明纤维改性后其抗拉强度、弹性模量、耐酸耐碱性、抗紫外线能力、在混凝土及砂浆中的分散度均高于普通聚丙烯纤维。

1.2 聚丙烯纤维的阻裂抗拉作用

由于纤维在混凝土内呈现三维网络结构, 起到支撑集料的作用, 阻止了粗、细集料的沉降。同时也降低了混凝土表面的析水现象, 有效阻止由于混凝土表面迅速失水造成较大体积收缩, 从而避免混凝土表面出现裂缝。塑性状态的混凝土强度极底, 纤维在塑性状态的混凝土中能承受由于干缩而产生的拉应力, 减少与阻止塑性状态下混凝土内部裂缝的产生和发展。

硬化后的混凝土由于干燥收缩、温度收缩及炭化收缩的存在, 常会引起混凝土内部产生各种收缩应力 (拉应力) , 当混凝土结构内产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时, 混凝土就会产生大量裂缝。在混凝土中掺入纤维, 相当于提供了次要加强筋, 可降低为裂缝尖端的应力集中, 防止微裂缝扩展, 并阻止连通裂缝的出现。

1.3 聚丙烯纤维提高混凝土的抗折、抗冲击能力

微裂缝对抗折强度影响远大于抗压强度, 由于混凝土脆性及自收缩等造成内部存在不同尺度的微裂纹, 在结构形成过程中, 聚丙烯纤维阻止了这些裂缝的引发, 从而减少了裂缝源的数量, 并使裂缝尺度变小, 增强材料介质连续性, 这就降低了裂缝尖端的应力强度因子, 缓和了裂缝尖端受力集中程度, 在受力过程中, 又抑制了裂缝的引发与扩展。这样就可以充分发挥高性能混凝土高抗折强度效应, 试验表明抗折强度可提高30%, 抗冲击能力提高3-4倍。

1.4 聚丙烯纤维提高混凝土的耐磨性能

当聚丙烯纤维以每方数千万根的数量掺人到混凝土中时, 其互相措接、牵连, 在混凝土内形成一个乱向支撑系统, 阻碍由于冲击或磨损发生的裂缝的发展.纤维也牵制了混凝土碎块从基体中剥落, 增强材料内部的连续性.减少了冲击波, 使得混凝土碎块从基体上剥离需要消耗更多的能量, 从而提高了混凝土的耐磨能力, 试验表明聚丙烯纤维对混凝土的耐磨能力可提高1.5~2.0倍。

1.5 聚丙烯纤维改善混凝土的抗渗、抗冻融能力

掺纤维的混凝土基材在限制收缩的条件下, 因失水干缩而引发裂缝时, 由于纤维存在阻裂作用, 可显著减少初始裂缝的数量, 有效抑制裂缝的宽度和长度。并因而大大降低了生成贯通裂缝的可能性。单位混凝土体积内均匀分布的纤维根数越多, 混凝土凝结过程中产生的裂缝就越细化, 裂缝宽度就越窄, 掺入纤维降低了混凝土的孔隙率, 提高了混凝土抵抗冻融时的膨胀压力与渗透压力的能力, 混凝土的抗渗、抗冻融性能也就越优异。

2 聚丙烯纤维在公路工程中的应用

2.1 聚丙烯纤维在水泥混凝土路面中的应用

天津的张强等研究了聚丙烯纤维砼在路面工程中的应用, 该公司在胡家园地道路面砼及张贵庄桥桥面砼工程中应用了网状聚丙烯纤维。对比平行试验表明, 掺纤维网的砼平均抗压、抗折强度分别为49MPa与5.7MPa, 不掺纤维网蹬的抗压、抗折强度分别为46.7MPa与4.5MPa, 试验数据均有提高, 尤其是抗折强度提高达67%。抗渗能力提高了二个等级, 路面没有出现裂缝, 完整性好[1]。

广东的朱江对聚丙烯纤维混凝土在路面工程中的应用及行了研究:广州东环高速公路, 由于下面埋设自动测试磁件感应线圈、不能铺设钢筋网, 不能采用钢纤维, 同时路面厚度受到限制, 应用聚丙烯纤维棍凝土成功地解决厂收费站无磁路面抗裂、抗冲洛、耐磨的要求。使用效果良好[2]。

福建的刘中辉等对应用聚丙烯纤维网混凝土修复旧水泥路面进行了研究, 国道205线沙县青州至三明段路面修复, 采用在旧混凝土路面板上直接加铺层, 厚度为12cm的聚丙烯纤维网高强度水泥混凝土。纤维网施工简便, 不露外刺, 不会生锈、抗化学作用、用量少、造价低, 综合效果很好[3]。

2.2 聚丙烯纤维在其它公路工程中的应用

上海的谷章昭等对沥青路面的纤维增强材料进行了研究。加入短切聚丙烯纤维后, 可使沥青路面结构使用年限增加50%~100%。其性能稳定, 抗车辙和拥包的破坏时间可延长到3倍, 并可改善与温度裂缝有关的低温韧性, 其生成的温度裂缝和压缩裂缝分别为基准混凝土的1/20和l/3[4]。

江苏的王立新等对纤维网混凝土及其在桥梁工程中的应用进行了研究。用聚丙烯纤维网混凝土作桥面铺装层可有效地抑制和减少裂缝, 增强桥面的防水性和抗破碎能力。山东济青高速公路—桥面混凝土出现严重破碎, 1996年用纤维网混凝土修复, 10天后恢复使用, 效果良好[5]。

东北大学的王彤对聚丙烯纤维混凝土路面耐久性进行了验研究, 研究表明, 聚丙烯纤维的加入显著改善了混凝土路面的抗冻性能, 表现为聚丙烯纤维混凝土路面受冻后抗折强度和抗压强度的损失明显降低, 聚丙烯纤维可以有效改善混凝土路用耐久性指标[6]。

以上分析表明, 聚丙烯纤维能有效地增强了混凝土的抗裂、抗折、抗冲击、耐磨、抗渗、抗冻溶性能, 聚丙烯纤维混凝土特别适合于要求较高抗裂、抗冲击和耐磨性能的公路工程。

3 结语

聚丙烯纤维掺入混凝土中可明显改善其性能。聚丙烯纤维进行的国产化改性研究, 显著降低了造价, 聚丙烯纤维混凝土设计、施工工艺简便, 有良好的性能价格比, 为纤维广泛应用于普通路面创造了条件。聚丙烯纤维在公路工程中的应用, 具有独特的优势和广泛的前景。

摘要：聚丙烯纤维掺入混凝土中可明显改善其性能。聚丙烯纤维混凝土设计、施工工艺简便, 有良好的性能价格比。聚丙烯纤维在公路工程中的应用, 具有独特的优势和广泛的前景。

关键词：聚丙烯,纤维,公路工程

参考文献

[1] 张强, 张津辰, 么东, 等.聚丙烯纤维砼在路面工程中的应用[J].天津市政工程, 1999 (6) :26～28.

[2] 朱江.聚丙烯纤维混凝土在路面工程中的应用及行了研究[J].广东工业大学学报, 2001 (6) :62～65.

[3] 刘中辉, 乐积贤.应用聚丙烯纤维网混凝土修复旧水泥路面初探[J].华东公路, 2000 (6) :47～49.

[4] 谷章昭, 倪梦象.沥青路面的纤维增强材料[J].上海建设科技, 1995 (3) :41～42.

[5] 王立新, 彭德运.纤维网混凝土 (FRC) 及其在桥梁工程中的应用[J].江苏交通工程, 2003 (2) :40～44.

[6] 王彤, 鲁纯, 王先伟.聚丙烯纤维混凝土路面耐久性的试验研究[J].玻璃纤维, 2006 (1) :24～26.