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摘要：为保证大体积0#块的抗拉强度、抗弯强度、抗裂强度、韧性等要求，研究了C50聚丙烯纤维网混凝土的配合比设计，应用中取得良好的效果。
关键词：C50聚丙烯纤维网； 配制； 应用
Abstract: in order to ensure the large volume of 0# block of the tensile strength, flexural strength, cracking strength, toughness and other requirements, research on C50 polypropylene fiber net concrete mix design, applications have achieved good effect.
Key words: C50 polypropylene fiber net; preparation; application
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1、工程概况
张石高速公路化稍营至蔚县（张保界）段高速公路二期工程L9标段东峪特大桥主桥采用88+160+88米混凝土刚构桥，被称为“河北第一桥”。东峪特大桥悬灌梁跨度较大，结构受力较大，东峪特大桥0＃块砼方量较大，对水泥混凝土的抗拉强度、抗弯强度、抗裂强度、韧性或冲击韧性等方面要求较高。
张家口地区地处华北的北部，属典型的内陆地区，气候条件恶劣，夏季高温，冬季严寒，温差较大，多风，致使混凝土早期易产生开裂的情况，对水泥混凝土性能尤其是低温抗裂性的要求较高。
为此，在混凝土中掺入聚丙烯纤维网，以改善混凝土的性能，它具有普通钢筋混凝土所没有的许多优良品质。在抗拉强度、抗弯强度、抗裂强度、韧性或冲击韧性等方面较普通混凝土有明显的改善。
2、纤维混凝土介绍
纤维网混凝土是在20世纪70年发展起来的新型复合材料。目前应用越一来越广泛。早在20世纪60年代中期，Goldfein用合成纤维作为水泥混凝土增强的可能性，发现尼龙、聚丙烯、聚乙烯等纤维有助于提高混凝土的抗冲击性能。而Zollo等的试验结果表明，若在混凝土掺入0.1％-0.3％的聚丙烯纤堆，可使混凝土的塑性收缩减少12%-25%。并指出掺入聚丙烯纤维后混凝土的增韧效果显著。
一般而言，在混凝土中加人聚丙烯纤维能显著改善混凝土的以下性能:
(1)收缩能力。当混凝土中含有低掺率的聚丙烯纤维时，即可显著減少其塑性收缩与早期干缩，纤维体积掺率越大效果愈佳。
(2)抗裂抗渗能力。聚丙烯纤维阻止了混凝土的离析现象，提高了浇注体的整体性，不致发生各层的不均匀收缩，可显著减少裂缝的数量、裂缝的长度和宽度，并因而降低生成贯通裂缝的可能性，提高抗渗能力。
(3)抗冻能力。聚丙烯纤维可以减少多次冻融循环温度变化而引起的混凝土内部的抗拉集中应力，阻止微裂缝中扩展;混凝土抗渗能力的增加也可大大增加混凝土的抗冻能力。
3、C50聚丙烯纤维网水泥混凝土配合比设计研究
3.1 研究要点：
3.1.1 原材料性能试验
各种原材料的选择，首先要保证材料是符合要求的。根据设计要求，本项目的材料有粗、细集料，水泥，水，外加剂，外掺料等。各种原材料均应符合规范和设计要求，是保证能配制出最佳C50聚丙烯纤维网水泥混凝土配合比的重要因素。
3.1.2最佳配合比的研究
依据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—2000，根据施工需要，计算配制强度fcu,0并计算出相应的水灰比、每方用水量等，根据水灰比、用水量、砂率、及聚丙烯纤维网体积率，确定出满足设计要求的C50普通基准配合比，再用外掺法入定量的聚丙烯纤维网配制C50聚丙烯纤维网混凝土，继而再进行交叉配比试验，，经多组配合比力学性能检测，定出合理的C50聚丙烯纤维网混凝土。
3.1.3增强聚丙烯纤维网自身与混凝土基体界面的粘结强度的研究
3.1.4聚丙烯纤维网确外形和截面形状的研究，即合理掺用一定长度、直径或等效直径的聚丙烯纤维网可增强效果与施工性能。
3.1.5聚丙烯纤维网最佳掺配比研究
3.2 原材试验
3.2.1 粗集料试验
粗集料采用未风化白云岩,5—20连续级配碎石、检测结果如表1所示
表1水泥混凝土用粗集料技术指标试验结果
3.2.2 细集料试验
细集料采用大黑沟中砂，检测结果如表2所示
表2水泥混凝土用细集料技术指标试验结果
3.2.3 水泥
采用山西广灵绿川P.O 42.5水泥，其技术指标经试验结果如下表3
表3水泥质量技术指标
3.2.4 水：采用饮用水
3.2.5外掺料；采用四川成都万邦的聚丙烯纤维网。
3.2.6 外加剂：采用北京方兴的JF-3型混凝土缓凝高效减水剂(粉剂)，其技术指标检测结果如下表4。
表4混凝土JF-3型缓凝高效减水剂技术指标检测结果
备注: 带入每立方米混凝土中的碱总量按400kg水泥计算。样品中所测项目中碱总量符合DBJ01-61-2002标准相关要求，其它检测项目符合GB8076-1997中混凝土缓凝高效减水剂“一等品”标准要求。
3.3 基准配合比设计
3.3.1 C50砼设计要求
1）、砼设计强度等级为C50
2）、坍落度控制在160-200mm
3）、按标准方法制作边长为150mm的立方体试块，在温度20±2℃，相对湿度大于95%环境中标养。
3.3.2 砼配合比设计过程如下
1）基准配合比
A、试配强度fcuo：
fcuo =fcu.k+1.645ä
=50+1.645×6.0=59.9MPa
B、计算水灰比W/C：
W/C=aa×fce/(fcu,o+aaab×fce)
=0.46×1.08×42.5/(59.9+0.46×0.07×42.5×1.08)
=0.34
根据规范要求，水灰比取经验值W/C=0.33
C、确定用水量mwo：
选取每立方米砼的用水量，经试配确定用水量为225kg。掺JF-3缓凝高效减水剂，掺量为水泥用量的1.1%,减水率为27%。
以本规程表4.0.1-2中掺外加剂的砼用水量可按下式计算:
mwa=mwo(1-a)
=225×(1-27%)
=164kg
注: mwa-掺外加剂砼每立方米砼的用水量kg
mwo-未掺外加剂每立方米砼的用水量kg
a-外加剂的减水率%
D、计算水泥用量mco:
mco= mwa/(W/C)=164/0.33=497kg
E、计算外加剂用量mQo:
MQo = mco×P%=497×1.1%=5.467kg
F、选定砂率:
as查表4.0.2 ,as选取为36%
G、计算砂石用量mso mgo:
按质量法计算
mco+mso+mgo+mwo=2460
as=mso/(mso+mgo)X100%
计算出:mso=648kg mgo=1151kg
用体积法校核
mco/ñc+mso/ñs+mgo/ñg + mQo/ñQ +mwo/ñw+10=1000
as=mso/(mso+mgo)X100%
计算得： mso=657kg mgo=1169kg
二者相比较,选取以质量法为标准得出C50基准配合比.
基准配合比：
mco: mso: mgo:mQo: mwo =497:648:1151:5.467:164
=1:1.30:2.31:0.011:0.33
3.3.3 配合比的试配、调整、确定:试拌调整 按0.035 m3砼进行试拌如下表5
表5试拌0.035 m3砼用量
实测坍落度为:195mm，理论表观密度：2460 kg/m3，实测:2460kg/m3试拌砼满足规范要求，不用调整
按规程第6.1.3条确定基准配合比，用水量应与基准配合比相同，水灰比分别增加和减少0.02。
b、试拌用量水灰比减少0.02W/C=0.31 如下表6
表6试拌0.035 m3砼用量
由于水泥用量为529 kg>500,不符合规范要求,故不做,舍去.
c、試拌用量水灰比增加0.02W/C=0.40如下表7
表7试拌0.035 m3砼用量
实测坍落度为:200mm，理论表观密度:2460 kg/m3，实测:2460kg/m3试拌砼满足规范要求，不用调整。
C50基准配合比砼：根据规范水灰比采用W/CA=0.35W/CB=0.33W/CC=0.31,汇总如下表8
表8 C50基准配合比砼汇总表
根据砼强度及砼工作性，确定配比为:
水泥：砂：石子: 外加剂：水=497：648 ：1151 : 5.467 : 164
综上所述，经强度检测，C50基准混凝土配合比确定为：
水泥：砂：石子: 外加剂：水=497：648 ：1151 : 5.467 : 164
3.4 最佳C50聚丙烯纤维网基准混凝土配合比的确定
C50聚丙烯纤维网基准混凝土配合比，是在C50基准混凝土配合比：
水泥：砂：石子: 外加剂：水=497：648 ：1151 : 5.467 : 164基础上，在用水量不变、水灰比不变、水泥用量及各种材料品种不变的情况下；保持混凝土的坍落度在180—200㎜范围内，混凝土的和易性、粘聚性、保水性良好的条件下；适当增加砂率，增加外加剂的掺量，来依次外掺不同掺量的聚丙烯纤维网（掺量分别为0.45kg、0.90kg、1.35kg、1.80kg、2.25kg、2.70kg），构成6个C50聚丙烯纤维网混凝土配合比，再进行正交配比试验，也就是说组成了6×6组，待7天、28天标准立方体强度、轴心强度、弹性模量检测后，选取有代表性的六个正交点组成的六个配比对比如下表9：
C50聚丙烯纤维网砼强度检测表9：
而没参入聚丙烯纤维网的这六个配合比的检测结果如下表10：
C50基准砼强度检测表10：
4、结论
由以上砼强度检测表9、10相比较可以初步断定：
结论一：低掺率聚丙烯纤维网对混凝土的抗压、轴心抗压强度以及弹性模量均无明显影响。
结论二：高掺率（1.8 kg每方砼）纤维网对混凝土的抗压、轴心抗压强度以及弹性模量均有明显影响。
因此，从正交配比试验中，选取4#配合比作为C50聚丙烯纤维网基准混凝土配合比，可靠适用，经济合理，为最佳配合比：
mco: mso: mgo: mJo:mQo:: mwo =497: 702: 1097: 1.80: 5.960: 164
检测结果经各单位复核检测的结果如下表11
表11 C50基准混凝土配合比
参考文献：
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制.北京:中国建筑工业出版社，1997.
[2]戴建国，黄承违.网状聚丙烯纤维混凝土的试验研究.混凝土与水泥制品.1999
作者介绍
张海燕，1969——，工程学士，高级工程师，安徽淮北人，研究方向：特殊路基施工技术，大跨桥梁施工技术，高性能混凝土技术研究
关键词：C50聚丙烯纤维网； 配制； 应用
Abstract: in order to ensure the large volume of 0# block of the tensile strength, flexural strength, cracking strength, toughness and other requirements, research on C50 polypropylene fiber net concrete mix design, applications have achieved good effect.
Key words: C50 polypropylene fiber net; preparation; application
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1、工程概况
张石高速公路化稍营至蔚县（张保界）段高速公路二期工程L9标段东峪特大桥主桥采用88+160+88米混凝土刚构桥，被称为“河北第一桥”。东峪特大桥悬灌梁跨度较大，结构受力较大，东峪特大桥0＃块砼方量较大，对水泥混凝土的抗拉强度、抗弯强度、抗裂强度、韧性或冲击韧性等方面要求较高。
张家口地区地处华北的北部，属典型的内陆地区，气候条件恶劣，夏季高温，冬季严寒，温差较大，多风，致使混凝土早期易产生开裂的情况，对水泥混凝土性能尤其是低温抗裂性的要求较高。
为此，在混凝土中掺入聚丙烯纤维网，以改善混凝土的性能，它具有普通钢筋混凝土所没有的许多优良品质。在抗拉强度、抗弯强度、抗裂强度、韧性或冲击韧性等方面较普通混凝土有明显的改善。
2、纤维混凝土介绍
纤维网混凝土是在20世纪70年发展起来的新型复合材料。目前应用越一来越广泛。早在20世纪60年代中期，Goldfein用合成纤维作为水泥混凝土增强的可能性，发现尼龙、聚丙烯、聚乙烯等纤维有助于提高混凝土的抗冲击性能。而Zollo等的试验结果表明，若在混凝土掺入0.1％-0.3％的聚丙烯纤堆，可使混凝土的塑性收缩减少12%-25%。并指出掺入聚丙烯纤维后混凝土的增韧效果显著。
一般而言，在混凝土中加人聚丙烯纤维能显著改善混凝土的以下性能:
(1)收缩能力。当混凝土中含有低掺率的聚丙烯纤维时，即可显著減少其塑性收缩与早期干缩，纤维体积掺率越大效果愈佳。
(2)抗裂抗渗能力。聚丙烯纤维阻止了混凝土的离析现象，提高了浇注体的整体性，不致发生各层的不均匀收缩，可显著减少裂缝的数量、裂缝的长度和宽度，并因而降低生成贯通裂缝的可能性，提高抗渗能力。
(3)抗冻能力。聚丙烯纤维可以减少多次冻融循环温度变化而引起的混凝土内部的抗拉集中应力，阻止微裂缝中扩展;混凝土抗渗能力的增加也可大大增加混凝土的抗冻能力。
3、C50聚丙烯纤维网水泥混凝土配合比设计研究
3.1 研究要点：
3.1.1 原材料性能试验
各种原材料的选择，首先要保证材料是符合要求的。根据设计要求，本项目的材料有粗、细集料，水泥，水，外加剂，外掺料等。各种原材料均应符合规范和设计要求，是保证能配制出最佳C50聚丙烯纤维网水泥混凝土配合比的重要因素。
3.1.2最佳配合比的研究
依据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—2000，根据施工需要，计算配制强度fcu,0并计算出相应的水灰比、每方用水量等，根据水灰比、用水量、砂率、及聚丙烯纤维网体积率，确定出满足设计要求的C50普通基准配合比，再用外掺法入定量的聚丙烯纤维网配制C50聚丙烯纤维网混凝土，继而再进行交叉配比试验，，经多组配合比力学性能检测，定出合理的C50聚丙烯纤维网混凝土。
3.1.3增强聚丙烯纤维网自身与混凝土基体界面的粘结强度的研究
3.1.4聚丙烯纤维网确外形和截面形状的研究，即合理掺用一定长度、直径或等效直径的聚丙烯纤维网可增强效果与施工性能。
3.1.5聚丙烯纤维网最佳掺配比研究
3.2 原材试验
3.2.1 粗集料试验
粗集料采用未风化白云岩,5—20连续级配碎石、检测结果如表1所示
表1水泥混凝土用粗集料技术指标试验结果
3.2.2 细集料试验
细集料采用大黑沟中砂，检测结果如表2所示
表2水泥混凝土用细集料技术指标试验结果
3.2.3 水泥
采用山西广灵绿川P.O 42.5水泥，其技术指标经试验结果如下表3
表3水泥质量技术指标
3.2.4 水：采用饮用水
3.2.5外掺料；采用四川成都万邦的聚丙烯纤维网。
3.2.6 外加剂：采用北京方兴的JF-3型混凝土缓凝高效减水剂(粉剂)，其技术指标检测结果如下表4。
表4混凝土JF-3型缓凝高效减水剂技术指标检测结果
备注: 带入每立方米混凝土中的碱总量按400kg水泥计算。样品中所测项目中碱总量符合DBJ01-61-2002标准相关要求，其它检测项目符合GB8076-1997中混凝土缓凝高效减水剂“一等品”标准要求。
3.3 基准配合比设计
3.3.1 C50砼设计要求
1）、砼设计强度等级为C50
2）、坍落度控制在160-200mm
3）、按标准方法制作边长为150mm的立方体试块，在温度20±2℃，相对湿度大于95%环境中标养。
3.3.2 砼配合比设计过程如下
1）基准配合比
A、试配强度fcuo：
fcuo =fcu.k+1.645ä
=50+1.645×6.0=59.9MPa
B、计算水灰比W/C：
W/C=aa×fce/(fcu,o+aaab×fce)
=0.46×1.08×42.5/(59.9+0.46×0.07×42.5×1.08)
=0.34
根据规范要求，水灰比取经验值W/C=0.33
C、确定用水量mwo：
选取每立方米砼的用水量，经试配确定用水量为225kg。掺JF-3缓凝高效减水剂，掺量为水泥用量的1.1%,减水率为27%。
以本规程表4.0.1-2中掺外加剂的砼用水量可按下式计算:
mwa=mwo(1-a)
=225×(1-27%)
=164kg
注: mwa-掺外加剂砼每立方米砼的用水量kg
mwo-未掺外加剂每立方米砼的用水量kg
a-外加剂的减水率%
D、计算水泥用量mco:
mco= mwa/(W/C)=164/0.33=497kg
E、计算外加剂用量mQo:
MQo = mco×P%=497×1.1%=5.467kg
F、选定砂率:
as查表4.0.2 ,as选取为36%
G、计算砂石用量mso mgo:
按质量法计算
mco+mso+mgo+mwo=2460
as=mso/(mso+mgo)X100%
计算出:mso=648kg mgo=1151kg
用体积法校核
mco/ñc+mso/ñs+mgo/ñg + mQo/ñQ +mwo/ñw+10=1000
as=mso/(mso+mgo)X100%
计算得： mso=657kg mgo=1169kg
二者相比较,选取以质量法为标准得出C50基准配合比.
基准配合比：
mco: mso: mgo:mQo: mwo =497:648:1151:5.467:164
=1:1.30:2.31:0.011:0.33
3.3.3 配合比的试配、调整、确定:试拌调整 按0.035 m3砼进行试拌如下表5
表5试拌0.035 m3砼用量
实测坍落度为:195mm，理论表观密度：2460 kg/m3，实测:2460kg/m3试拌砼满足规范要求，不用调整
按规程第6.1.3条确定基准配合比，用水量应与基准配合比相同，水灰比分别增加和减少0.02。
b、试拌用量水灰比减少0.02W/C=0.31 如下表6
表6试拌0.035 m3砼用量
由于水泥用量为529 kg>500,不符合规范要求,故不做,舍去.
c、試拌用量水灰比增加0.02W/C=0.40如下表7
表7试拌0.035 m3砼用量
实测坍落度为:200mm，理论表观密度:2460 kg/m3，实测:2460kg/m3试拌砼满足规范要求，不用调整。
C50基准配合比砼：根据规范水灰比采用W/CA=0.35W/CB=0.33W/CC=0.31,汇总如下表8
表8 C50基准配合比砼汇总表
根据砼强度及砼工作性，确定配比为:
水泥：砂：石子: 外加剂：水=497：648 ：1151 : 5.467 : 164
综上所述，经强度检测，C50基准混凝土配合比确定为：
水泥：砂：石子: 外加剂：水=497：648 ：1151 : 5.467 : 164
3.4 最佳C50聚丙烯纤维网基准混凝土配合比的确定
C50聚丙烯纤维网基准混凝土配合比，是在C50基准混凝土配合比：
水泥：砂：石子: 外加剂：水=497：648 ：1151 : 5.467 : 164基础上，在用水量不变、水灰比不变、水泥用量及各种材料品种不变的情况下；保持混凝土的坍落度在180—200㎜范围内，混凝土的和易性、粘聚性、保水性良好的条件下；适当增加砂率，增加外加剂的掺量，来依次外掺不同掺量的聚丙烯纤维网（掺量分别为0.45kg、0.90kg、1.35kg、1.80kg、2.25kg、2.70kg），构成6个C50聚丙烯纤维网混凝土配合比，再进行正交配比试验，也就是说组成了6×6组，待7天、28天标准立方体强度、轴心强度、弹性模量检测后，选取有代表性的六个正交点组成的六个配比对比如下表9：
C50聚丙烯纤维网砼强度检测表9：
而没参入聚丙烯纤维网的这六个配合比的检测结果如下表10：
C50基准砼强度检测表10：
4、结论
由以上砼强度检测表9、10相比较可以初步断定：
结论一：低掺率聚丙烯纤维网对混凝土的抗压、轴心抗压强度以及弹性模量均无明显影响。
结论二：高掺率（1.8 kg每方砼）纤维网对混凝土的抗压、轴心抗压强度以及弹性模量均有明显影响。
因此，从正交配比试验中，选取4#配合比作为C50聚丙烯纤维网基准混凝土配合比，可靠适用，经济合理，为最佳配合比：
mco: mso: mgo: mJo:mQo:: mwo =497: 702: 1097: 1.80: 5.960: 164
检测结果经各单位复核检测的结果如下表11
表11 C50基准混凝土配合比
参考文献：
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制.北京:中国建筑工业出版社，1997.
[2]戴建国，黄承违.网状聚丙烯纤维混凝土的试验研究.混凝土与水泥制品.1999
作者介绍
张海燕，1969——，工程学士，高级工程师，安徽淮北人，研究方向：特殊路基施工技术，大跨桥梁施工技术，高性能混凝土技术研究