淺析聚丙烯纖維混凝土優良特性和應用范疇

梁欣欣，劉道永，林振榮，彭 利

徐州空軍學院（221000）

美國于上世紀90年代初研制出微纖維混凝土，在隨后的幾年中得到迅速的發展，其中應用最多的是聚丙烯纖維混凝土。相對于鋼纖維、玻璃纖維、合成纖維等纖維材料，聚丙烯纖維具有加工工藝簡單、價格低廉、性能優異等特點。近年來聚丙烯纖維混凝土在國內外混凝土中得到廣泛的推廣應用,已經被世界上六十多個國家所接受,尤其在美國新建筑物的地下室和屋面混凝土。

1 聚丙烯纖維改善混凝土性能機理

聚丙烯纖維混凝土通常以水泥凈漿、砂漿或者混凝土為基體,以非連續的短纖維或者連續的長纖維作為增強材料所組成的水泥復合材料。纖維改性比較一致的觀點是:由于纖維的摻入,主要是吸收水泥基材開裂時釋放的能量,從而阻止基材中裂縫的擴展，對混凝土基體產生了增強、增韌和阻裂等效應,增加了混凝土的強度、韌性、耐腐蝕性等,并且改變了混凝土的脆性、易開裂性及其破壞形態,延長了混凝土的使用壽命。

2 聚丙烯纖維混凝土的優良特性

2.1 聚丙烯纖維的物理性能

聚丙烯纖維為無毒材料,耐酸堿性極高,相對密度0.91 kg/m3，熔點 165℃，拉伸極限 15%，燃點593℃，抗拉強度275MPa含濕量＜0.1%，彈性模量3793 MPa，無吸水性，導熱性低，細度0.048mm。

2.2 抑制混凝土收縮裂縫的產生

混凝土收縮裂縫產生的原因是在某一時刻,混凝土內部所承受的應力超過它所能抵抗的強度。聚丙烯纖維可以增加塑性混凝土的抗張力性和韌性,因而減少了塑性收縮裂縫的形成。由于聚丙烯纖維與水泥基集料有極強的結合力,在與混凝土材料攪拌時形成二次分散,迅速而易與混凝土材料混合,均勻分布在混凝土的各個方向,叉枝纖維構成一種均勻的亂向支撐體系,提供了控制收縮裂縫最有效的次要加強筋。當混凝土硬化時,由于塑性及干燥收縮,極細微的裂縫開始產生。這些裂縫遇到鄰近的纖維時,跨過裂縫的纖維將承擔極大部分收縮能量,緩和應力集中程度,因而可以阻止裂縫的擴大,有效地抑制塑性收縮裂縫的產生。試驗表明，與普通混凝土相比，聚丙烯纖維體積摻量為0.05%（約0.5 kg/m3）的混凝土抗裂能力提高了近70%。

2.3 增強混凝土的防水性能

聚丙烯纖維混凝土的防水屬于混凝土的剛性本體防水，主要是通過抗裂達到防水目的。聚丙烯纖維抗裂防水的機理是建立在對混凝土的固結、收縮的微觀研究的基礎上。

從微觀的角度來看,任何密實的混凝土都存在微裂縫。這些微裂縫存在于相與相之間 （石、砂、水泥膠體三相）和水泥微顆粒之間，只不過正常的微裂縫肉眼看不到而已。而聚丙烯纖維混凝土中均勻分布的大量彼此相粘連的纖維，起了承托骨料的作用,降低了混凝土表面的析水與集料的離析，從而使混凝土中直徑為50～100 nm和大于100 nm的孔隙含量大大降低。試驗表明體積摻量的聚丙烯纖維比普通混凝土的抗滲能力提高了60%～70%。

2.4 增強混凝土的抗疲勞性能

混凝土疲勞損傷的外在表現為強度和彈性模量衰減。在疲勞應力作用下,普通混凝土比聚丙烯纖維增強混凝土的損傷更快,聚丙烯纖維混凝土在疲勞荷載的作用下更能保持材料的剛度。聚丙烯纖維對混凝土疲勞性能的影響可從纖維對混凝土結構內原生裂紋尺度的細化效應增強了混凝土介質的連續性、有機材料對振動波的吸收和纖維約束裂紋擴展幾方面理解。當原生裂紋的尺度得以細化后,混凝土的疲勞壽命也因此得到延長。數量眾多的聚丙烯纖維的荷載傳遞效應還有助于勻化混凝土結構內的應力場,使材料損傷能在介質內擴散,這對增強混凝土的抗疲勞能力也是有益的。

3 聚丙烯纖維混凝土的應用范疇

由于聚丙烯纖維混凝土在抗裂、防水、抗疲勞等方面的優良特性，因此其可應用在:1)公路的路面，使路面的使用壽命延長5年～10年；2)隧道、礦井等墻面和頂部的噴射混凝土，其回彈、脫落不超過 4%～5%；3)水壩、運河、蓄水池、水渠、游泳池、港口、船塢、碼頭減少龜裂,降低滲透性；4)混凝土預制體、灰漿板可增強混凝土的粘合性 ,降低損耗；5)樓房建筑中的復合樓板、屋頂板、頂尖覆蓋層、建筑裝飾物，可增強建筑的多種指標,且可取代金屬絲網。

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