聚丙烯纤维网在山船15万吨级修船磨耗层砼中的应用

  中港一航局五公司，秦皇岛     张 平

1.工程概况

    山海关船厂15万吨级修船坞坞室底板表成层原设计为70mm厚的砼磨耗层，长327m，宽65m，总面积为20.598平方米，砼设计强度C40，抗冻F250，抗渗W6，采用￠6@100钢筋网做为加强结构。

    底板耐磨层砼从使用上要求其必须有良好的耐久性，避免砼的频繁修补给修船作业带来影响，我们分析了山船旧有的1#、2#坞底板表层的破坏情况，得到了天津港研所关于和聚丙烯纤维网同属合成纤维的尼龙纤维砼的大量技术实践资料，进行了一系列有针对性的技术工作，最终确定了以聚丙烯纤维网替代钢筋网。

    磨耗层施工自1998年3月26日起，至4月16日止，迄今为止，未发现砼起供、表面龟裂等现象，砼各项技术指标符合设计与规范要求。

2. 可行性研究

2.1 钢筋网磨耗层方案

    山船1#、2#坞底板未设置磨耗层，实际应用表明，在重辗压、重物冲击下其表面破坏严重，修补后不久又造成破坏，修补频繁，而砼修补过程及其强度发展期给修船工作带来了很大影响，而原设计均采用了￠6@100钢筋网，做为砼加强结构。

    毫无疑问，钢筋网的铺设，对砼结构起到了增强作用。但是，由于磨耗层只有70mm厚（坞墙前趾甚至只有50mm厚）磨耗层砼浇筑后的干缩裂缝，使用过程中重物冲击，重载碾压下引起的局部破损，使得海水中的氯离子容易抵达钢筋表面，引起钢筋锈蚀，而钢筋的锈蚀，又加快了裂缝的产生，最后导致结构整体破坏。

2.2 聚丙烯纤维网的物理化学性能

    聚丙烯纤维网的各项物理化学性能指标见表1

2.3 聚丙烯纤维网砼的特性

    聚丙烯纤维网是一种束状的合成纤维，横向拉开后呈网状，当加入到砼原材料中时，在搅拌机的搅拌下，受到水泥，砂石料的冲击混合，成束的网状纤维会被撕裂成大量单独的纤维，以三维方式均匀分布于砼中，在耐磨层施工中我们采取的是标准掺量：19mm长的纤维，每立方米砼中掺0.9kg，经搅拌机充分拌合，大约可以分散成710万根独立纤维，这些纤维的存在使砼性能有较大改善。

    从表1中可以看出，聚丙烯纤维网具有高抗拉强度，高变形能力，不受水泥水化物侵蚀，三维均匀乱分布可以各向同性改善砼性能，表面的憎水性保证与水泥基材拌合时不会成团，无毒，作用方便。

2.4 经济比较

    原设计磨耗层为￠6@100，共用钢筋约92t，材料费金额25万元。

    实际采用聚丙烯纤维网，使用纤维网1553袋，折合人民币23万元。

    从材料费上比较，二者相差不多，但钢筋风施工时工序复杂。当然，我们也考虑到纤维网砼的搅拌时间比普通砼延长了一倍，所以，从整体上看，纤维网的使用在磨耗层中未增加工程造价。

2.5 试验资料

    天津港研所关于尼龙纤维增强砼的试验研究表明，尼龙纤维对提高砼的抗冲击性能及抗冻性能具有明显的作用，而且尼龙纤维大大减少了砼的塑性收缩裂缝，因此尼龙纤维增强砼具有良好的耐久性。

    五公司检测中心也作了聚丙烯纤维网对砼性能影响的试验研究。应用不同品种水泥，不同品种外加剂进行了配合比试验，对其抗压强度、抗拉强度、抗冻及抗渗性能进行验证，结果表明，满足设计要求。

2.5.1 抑制砼塑性收缩龟裂

    大量均匀分布的纤维网限制了砼浇筑初期不同重度组分的相对运动，抑制了毛细管的发展，从而抑制了塑性龟裂裂纹的产生，保证了砼有较大的密度和较高的强度，加上纤维网的约束作用，能够更好的抵抗裂缝的发展。纤维网在砼中乱向分布起到了三维增强的效果，抑制了砼的塑性收缩裂缝。

2.5.2 增加了砼的抗冲击性

    冲击试验表明，纤维网砼出现第一条裂缝及达到破坏时的冲击次数比普通砼高，并且随纤维掺量增加而提高，这是因为基体开裂前因纤维对振动波传播的阻尼作用而使冲击韧性等到增强，使开裂后的冲击次数增加。

    2.5.3 提高砼的抗冻性能

    掺入纤维网的砼抗冻性能得到提高，失重率减少明显，因为纤维的乱向分布增强效果及时冻胀变形的约束作用，使得砼表面脱落减少。

2.5.4 对抗压抗拉强度的影响

    试验表明，纤维掺量较高、水灰比较大的砼抗压及抗拉强度得到提高，这是因为水灰比较大时，普通砼和易性较差，泌水较大，粘聚性差，而掺加纤维后，砼和易性得到改善，减少泌水，增加了粘稠性。

2.6 施工现场对比实验

    为了验证聚丙烯纤维网的具体施工效果，我们在施工现场做了3m×3m的两个对比试验段，一个是钢筋风结构的砼，一个为掺加0.9kg/m3的纤维网砼，由于条件所限（纤维数量只有一袋）。实验区太小难以反映实际施工情况，从最终结果看虽然二者都没有产生明显裂缝。但是，在同样配合比条件下，纤维砼对砼拌合物性能的改善。另外，在拆除实验段时，纤维砼有明显的粘连现象。

3. 施工情况

3.1 砼配合比

    聚丙烯纤维网的掺加不改变砼配合比设计原则，如果原砼配合比已确定，聚丙烯纤维网的加入也不改变其配合比。

    原材料：水泥：浅野p.0.525"

              砂：绥中河砂Mx=2.9

              石：抚宁石灰石碎石5-20mm

            纤维：美国聚丙烯纤维网（Fibermesh),长度 19mm

          引气剂：松香热聚物 AE

          减水剂：木质素磺酸钙 MG

              水：自来水

表2 砼配合比表

3.2 基底处理

    底板表层砼用风镐凿毛，控制凿毛浓度不大于20mm，凿毛后清理净，砼浇筑前用水浸润6小时，施工前用海绵将水吸净均匀涂刷不大于砼水灰比的水泥原浆，使其分布均匀，无漏刷，无灰浆积聚。

3.3 砼搅拌

    采用阜新产HZS50型搅拌站，纤维与石子同时加入，包装不必打开，在搅拌中自行溶解，搅拌时间为4分钟。

3.4 砼浇筑

    采用拖拉机运输，直接入模，砼入模后观察，纤维分布均匀，压面后表层纤维是毛状突起分布均匀，不影响压面光洁度，采取刮杠找平，滚杠提浆，木抹抹面两遍，铁抹压面4遍的施工工艺，终凝后覆盖塑料薄膜潮湿养护10d。

3.5现场取样

    为了验证纤维分布均匀性，砼初凝后随机取样，发现样品表面纤维分布均匀，呈独立毛状突起。

3.6 试验结果

    从实验数据看，纤维砼的抗压、抗渗、抗冻指标均满足设计要求。

3.7 效果

    从聚丙烯纤维网在磨耗层砼中的应用效果来看，它有效地抑制了龟缩裂缝，改善了砼的性能，降低了施工难度，加快了施工进度。

4. 结论

    纤维网在海工砼施工中的应用在国内尚属首次，作为磨耗层砼也是刚开始投入正式使用，其各种性能尚须在实践中得到证实。

    但是，无论是从实验室的研究，还是从本次施工中的应用来看，纤维网对砼性能的改善是肯定的，而聚丙烯纤维网喷射砼降低回弹率的施工实例也证明了纤维网对砼粘稠性提高。砼抗塑性收缩性能、抗冲击性能、抗冻性能的提高，使其从理论上可以应用于海工砼的修复工程中，我们已经有过采取钢纤维补强的实例，而合成纤维网尚未有应用，从机理上看，应该也是可行的；另外，纤维网对砼抗冲击性能、抗渗性能的提高，在防波堤和码头等海工建筑物施工中的应用也应该是有价值的。

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