聚丙烯纖維材料在公路工程中的應(yīng)用

李曉冬

（上海港灣工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，上海 200000）

0 引言

公路工程是現(xiàn)代交通建設(shè)的重要組成部分，其質(zhì)量和性能直接關(guān)系到公路的耐久性和安全性。為了提高公路工程的性能和使用壽命，聚丙烯纖維材料作為一種重要的增強(qiáng)材料被廣泛應(yīng)用于混凝土中。聚丙烯纖維材料具有高強(qiáng)度、高模量、耐腐蝕、耐久性好等優(yōu)良特性，可以有效地改善混凝土的抗裂性能、抗疲勞性能和抗沖擊性能。因此，研究聚丙烯纖維材料在公路工程中的應(yīng)用具有重要的意義。

1 聚丙烯纖維材料的特點(diǎn)

聚丙烯纖維材料是一種由聚丙烯（polypropylene）聚合物制成的合成纖維材料，其具有如下特點(diǎn)：

1.1 高強(qiáng)度

聚丙烯纖維具有較高的強(qiáng)度，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，聚丙烯纖維具有較高的拉伸強(qiáng)度，即在受到拉伸力的作用下，纖維不容易斷裂。這使得它可以增強(qiáng)混凝土、水泥基材料等工程材料的拉伸承載能力，提高結(jié)構(gòu)的抗拉性能。

其次，除了良好的拉伸強(qiáng)度，聚丙烯纖維在受到彎曲負(fù)荷作用時(shí)仍能保持結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠降低裂縫和損傷的發(fā)生率。

最后，聚丙烯纖維能有效提高混凝土、土壤等材料的抗壓強(qiáng)度。它能夠增強(qiáng)材料的整體剛度和承載能力，使其更能夠更大程度地承受來(lái)自上方的負(fù)載壓力。

1.2 輕質(zhì)

聚丙烯纖維的密度較低，這意味著在使用聚丙烯纖維材料時(shí)，整體結(jié)構(gòu)的重量不會(huì)顯著增加，有助于減輕結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，可以降低對(duì)支撐和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的要求。這有助于降低工程成本和施工難度。

1.3 耐酸堿性

聚丙烯纖維對(duì)酸、堿等化學(xué)物質(zhì)具有較好的耐腐蝕性能，能夠在一定的酸堿環(huán)境下保持較好的穩(wěn)定性。

1.4 良好的耐熱性

聚丙烯纖維具有良好的耐高溫性能，能夠在一定溫度范圍內(nèi)保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1.5 吸濕性較低

聚丙烯纖維的吸濕性較低，能夠迅速排除內(nèi)部濕氣，保持纖維制品的干爽性和透氣性[1]。

2 聚丙烯纖維材料在公路工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

某公路工程地形條件異常復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工難度較大，必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察和分析，確定最佳的施工方案，滿足工程建設(shè)和運(yùn)行的需要。經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)，該工程建設(shè)的不良地質(zhì)條件主要是存在斷裂問(wèn)題，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析，決定應(yīng)用聚丙烯纖維噴射混凝土方式施工，結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)厚度為25cm。

2.2 聚丙烯纖維噴射混凝土配合比

2.2.1 選擇原材料

在該工程施工中，需要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析選擇符合工程要求的原材料，并對(duì)不同條件下的混凝土抗拉強(qiáng)度展開(kāi)分析，確定聚丙烯纖維的加入比例為0.8km/m3，強(qiáng)度性能指標(biāo)達(dá)到要求，可以有效抑制裂縫擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)工程施工安全性的提升。經(jīng)過(guò)對(duì)聚丙烯纖維混凝土的分析，硬化之后物理性能和質(zhì)量提升較為明顯，28d 的抗折強(qiáng)度達(dá)到4.9MPa，抗壓強(qiáng)度37.2MPa，抗裂性能提升較為明顯。結(jié)合施工要求，在混合料拌和環(huán)節(jié)，應(yīng)用S12 級(jí)防滲及防水的C30 聚丙烯纖維混凝土。該材料主要由下述幾種材料組成。

第一，水泥。結(jié)合工程需要，選擇P.O42.5R 的水泥材料。

第二，聚丙烯纖維材料。根據(jù)噴射機(jī)輸料管的半徑、噴射長(zhǎng)度等，確定聚丙烯纖維材料的最佳長(zhǎng)度，按照不超過(guò)50mm 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終確定長(zhǎng)度為19mm。同時(shí)，結(jié)合聚丙烯纖維材料的密度、直徑、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、面積、長(zhǎng)度和外觀等因素對(duì)摻量進(jìn)行分析，以確保聚丙烯纖維材料的摻量符合工程要求。

第三，粗骨料。根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)，并結(jié)合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)粗骨料的含泥量、壓碎值和空隙率等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，以確保粗骨料的強(qiáng)度性能達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

第四，速凝劑。根據(jù)工程需要，選擇適宜的速凝劑材料，加入比例為4%。28d 的抗壓強(qiáng)度超過(guò)75%，損失在25%以內(nèi)，符合工程要求[2]。

2.2.2 確定配合比

進(jìn)行聚丙烯纖維混凝土施工前，需要根據(jù)工程要求，確定混合料的配合比。

首先，在該工程中，根據(jù)回彈量設(shè)計(jì)強(qiáng)度和S12 防滲等級(jí)要求，進(jìn)行管路和噴嘴堵塞情況評(píng)估，并設(shè)定噴射標(biāo)準(zhǔn)。

其次，在膠骨比設(shè)計(jì)方面，由于增大水泥加入比例會(huì)導(dǎo)致收縮變形增大，減小水泥加入比例則會(huì)導(dǎo)致回彈量過(guò)大，為滿足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求，該工程將膠骨比設(shè)計(jì)為1∶3.72。

再次，需要根據(jù)工程要求和混凝土性能確定砂率，以達(dá)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性要求。在該工程中，通過(guò)試驗(yàn)分析，確定砂率為50%，坍落度為80～100mm，水灰比為0.49。

最后，在配制過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照配合比設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配料、拌和，保證混凝土質(zhì)量。

2.3 設(shè)備選型

結(jié)合工程要求，準(zhǔn)備濕噴機(jī)2 臺(tái)，空壓機(jī)1 臺(tái)，拌和機(jī)1 臺(tái)。

2.4 施工準(zhǔn)備

在施工前，需要對(duì)各項(xiàng)施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，確保動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等滿足需求。另外，在噴射施工之前，需要采用風(fēng)槍和特定的噴射材料，清除表面松動(dòng)、欠挖等部分，并確保受噴面的平整度和黏結(jié)力，以保證噴射施工的質(zhì)量和效果。

2.5 混合料拌和

按照1∶5 的比例拌和速凝劑和水，拌和時(shí)間控制在2～3min，以確保速凝劑和水充分混合。對(duì)聚丙烯纖維材料、砂子和集料進(jìn)行充分拌和，確保拌和均勻。同時(shí)，適當(dāng)處理水泥，確保其與其他材料充分混合。拌和完成后，禁止添加纖維材料，以免纖維分布不均勻或結(jié)塊。在材料拌和過(guò)程中按照配合比方案執(zhí)行，并進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)檢測(cè)，只有所有參數(shù)均符合要求才能使用混合料，如有不合格情況，應(yīng)作廢處理[3]。

2.6 風(fēng)壓水壓控制

風(fēng)壓控制。啟動(dòng)噴射設(shè)備之后，應(yīng)先打開(kāi)進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)空載運(yùn)行的壓力。在噴射拌料開(kāi)始后，應(yīng)適當(dāng)增加風(fēng)壓并保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，根據(jù)噴嘴的回彈率進(jìn)行壓力調(diào)整，以滿足運(yùn)行壓力標(biāo)準(zhǔn)。在施工過(guò)程中，壓力一般設(shè)定為0.3MPa。

水壓控制。水壓設(shè)置過(guò)高或過(guò)低都可能導(dǎo)致材料回彈等問(wèn)題的出現(xiàn)。因此，在具體操作過(guò)程中，需要根據(jù)噴射效果、噴射距離、涂層厚度等因素進(jìn)行風(fēng)壓和水壓的控制和調(diào)整，并進(jìn)行噴射效果評(píng)估、噴射距離調(diào)整以及涂層厚度控制。通常情況下，水壓的設(shè)定范圍應(yīng)在0.35～0.70MPa 之間。

2.7 噴射施工

在該工程施工中，聚丙烯纖維噴射混凝土展現(xiàn)出了卓越的應(yīng)用效果，特別是在隧道初期支護(hù)施工中發(fā)揮了重要作用。通過(guò)細(xì)致分析方案和現(xiàn)場(chǎng)情況，采用新奧法開(kāi)挖隧道施工方式，并采取分段、分層、分片的施工方式，以確保開(kāi)挖作業(yè)階段和支護(hù)噴射作業(yè)能夠緊密配合，提升支護(hù)效果。

在該工程施工中，采用三層噴射方案。

初噴厚度為5cm，待混凝土終凝后開(kāi)始第二層噴射施工，最后進(jìn)行第三層噴射施工。后兩次噴射施工的厚度需要與噴射角度、方向以及速凝劑的使用等因素相結(jié)合進(jìn)行控制，具體參數(shù)還應(yīng)根據(jù)工程位置而定。例如，在拱部的噴射作業(yè)中，采用自上而下的施工方式，厚度控制在5～7cm；在邊墻結(jié)構(gòu)的噴射作業(yè)中，厚度控制在7～10cm；底部的噴射施工也采用自上而下的方式進(jìn)行，厚度控制在15～20cm。噴槍與噴射面的距離應(yīng)控制在0.8～1.5m 之間，噴射間隔為20～25min，以確保各個(gè)結(jié)構(gòu)層的性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。

2.8 養(yǎng)護(hù)管理

對(duì)該工程來(lái)說(shuō)，養(yǎng)護(hù)施工的核心是預(yù)防表面過(guò)快干燥和控制收縮應(yīng)力。在養(yǎng)護(hù)工作中，先在噴射結(jié)構(gòu)表面設(shè)置測(cè)溫孔，檢測(cè)溫度參數(shù)。由于噴射厚度較小，壓力較大，速度變化相對(duì)較快，因此在養(yǎng)護(hù)施工中，在溫度處于相對(duì)穩(wěn)定的條件下，需要加強(qiáng)噴水養(yǎng)護(hù)施工。從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，經(jīng)過(guò)24h 之后，測(cè)溫孔的溫度達(dá)到恒定狀態(tài)，因此可以執(zhí)行養(yǎng)護(hù)作業(yè)。在后續(xù)養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)中，每間隔5h 進(jìn)行一次噴水，養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過(guò)14 天[5]。

3 公路工程聚丙烯纖維材料施工要點(diǎn)

在公路工程中，加強(qiáng)聚丙烯纖維材料施工質(zhì)量控制是保證工程穩(wěn)定性和耐久性的關(guān)鍵。

3.1 加強(qiáng)原材料和配合比控制

在選擇原材料和制訂配合比時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選用符合要求的聚丙烯纖維材料。聚丙烯纖維的類型、長(zhǎng)度、直徑等參數(shù)需要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)工程需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。此外，聚丙烯纖維與水泥、砂子、骨料等混合材料的配合比要合理，確?；炷恋男阅苓_(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.2 加強(qiáng)混凝土拌和控制

在施工過(guò)程中，對(duì)混凝土的拌和時(shí)間、拌和速度和拌和方式進(jìn)行嚴(yán)格控制至關(guān)重要。拌和時(shí)間是混凝土拌和的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，拌和時(shí)間過(guò)短可能導(dǎo)致混凝土中各組分無(wú)法充分混合，從而影響混凝土的均勻性和強(qiáng)度。相反，拌和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能會(huì)導(dǎo)致混凝土中的空氣含量過(guò)多，降低其密實(shí)性。因此，應(yīng)根據(jù)混凝土的類型、配合比和氣溫等因素，合理確定拌和時(shí)間，確?；炷猎诎韬蜋C(jī)內(nèi)達(dá)到充分混合狀態(tài)。

拌和速度的選擇直接影響混凝土中各組分的均勻性和混合效果。通常情況下，拌和速度較慢有助于減少混凝土中的空氣含量，但需要更長(zhǎng)的拌和時(shí)間；拌和速度較快能夠更快地混合各組分，但可能引起混凝土分層和過(guò)度磨損。因此，在確定拌和速度時(shí)，應(yīng)綜合考慮混凝土的配合比和拌和機(jī)的類型，以獲得最佳的混合效果。

拌和方式通常有強(qiáng)制拌和和重力拌和兩種。強(qiáng)制拌和通常適用于高強(qiáng)度混凝土或需要特殊配合比的混凝土；重力拌和適用于一般混凝土工程。選擇拌和方式時(shí)，要考慮混凝土的類型和工程要求，確保拌和方式與工程要求相匹配。因此，應(yīng)結(jié)合工程要求選用適當(dāng)?shù)陌韬头绞?，以確保混凝土的質(zhì)量和性能達(dá)標(biāo)。

3.3 加強(qiáng)噴射施工控制

在噴射施工過(guò)程中，要特別注意對(duì)噴射厚度、噴射速度和噴射壓力的控制。噴射厚度的確定應(yīng)充分考慮具體的施工部位和工程要求，避免材料浪費(fèi)和成本增加，同時(shí)確保工程結(jié)構(gòu)的性能和耐久性達(dá)到工程要求。

噴射速度的適當(dāng)調(diào)整是保證噴射施工過(guò)程穩(wěn)定性和噴射均勻性的關(guān)鍵。對(duì)于不同的施工部位，可能需要不同的噴射速度。通過(guò)調(diào)整噴射速度，可以確?；炷猎谑┕み^(guò)程中均勻分布，并達(dá)到所需的密實(shí)度。施工人員應(yīng)根據(jù)具體施工情況進(jìn)行調(diào)整，以確保施工質(zhì)量。

噴射壓力直接關(guān)系到混凝土的噴射質(zhì)量。噴射壓力應(yīng)根據(jù)混凝土的特性和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行精確調(diào)整。過(guò)高的噴射壓力可能導(dǎo)致混凝土分層和過(guò)度擠壓，從而影響施工效果；過(guò)低的噴射壓力可能導(dǎo)致混凝土黏性增加，難以均勻噴射。因此，施工人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，將噴射壓力調(diào)整在適當(dāng)范圍內(nèi)，以保證施工質(zhì)量和性能達(dá)標(biāo)。

3.4 加強(qiáng)質(zhì)量檢查和驗(yàn)收

在施工現(xiàn)場(chǎng)，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)質(zhì)量檢測(cè)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是確保聚丙烯纖維混凝土工程質(zhì)量的重要措施。針對(duì)聚丙烯纖維混凝土的性能指標(biāo)，如抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、密實(shí)度等，需要進(jìn)行定期抽樣檢測(cè)和試驗(yàn)室測(cè)試，以驗(yàn)證混凝土的質(zhì)量是否符合工程要求。

第一，抗壓強(qiáng)度測(cè)試。通過(guò)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)混凝土樣本進(jìn)行加壓測(cè)試，評(píng)估混凝土的承載能力。

第二，抗折強(qiáng)度測(cè)試。通過(guò)對(duì)混凝土試件進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測(cè)試，評(píng)估混凝土的抗折能力。此外，需要進(jìn)行密實(shí)度測(cè)試，通過(guò)測(cè)量混凝土的密度和孔隙率，評(píng)估混凝土的致密程度。在噴射施工過(guò)程中，需要觀察噴射施工過(guò)程中的噴射厚度、表面光潔度等指標(biāo)，以及噴射混凝土的硬化情況。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的問(wèn)題，并采取相應(yīng)的糾正措施，以確保工程質(zhì)量的可控性。

第三，工程驗(yàn)收。通過(guò)外觀檢查、尺寸測(cè)量、性能測(cè)試等方面對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，以評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和工程效果是否符合設(shè)計(jì)要求和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。如果存在問(wèn)題或不合格項(xiàng)，需要及時(shí)進(jìn)行整改和修復(fù)，確保工程的安全性和可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，聚丙烯纖維材料的應(yīng)用對(duì)提高公路工程的建設(shè)質(zhì)量有重要作用?；诖?，文章對(duì)聚丙烯纖維材料的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了探討，為更好地保證該材料在公路工程中的應(yīng)用效果，日后還需要加強(qiáng)對(duì)該材料應(yīng)用的研究，不斷改進(jìn)施工技術(shù)，以有效提高公路工程建設(shè)效果，為公路工程的高質(zhì)量開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。