梁欣欣，劉道永，林振榮，彭 利

徐州空軍學(xué)院（221000）

美國(guó)于上世紀(jì)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(fā)展，其中應(yīng)用最多的是聚丙烯纖維混凝土。相對(duì)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(jiǎn)單、價(jià)格低廉、性能優(yōu)異等特點(diǎn)。近年來聚丙烯纖維混凝土在國(guó)內(nèi)外混凝土中得到廣泛的推廣應(yīng)用,已經(jīng)被世界上六十多個(gè)國(guó)家所接受,尤其在美國(guó)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(jī)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(xù)的短纖維或者連續(xù)的長(zhǎng)纖維作為增強(qiáng)材料所組成的水泥復(fù)合材料。纖維改性比較一致的觀點(diǎn)是:由于纖維的摻入,主要是吸收水泥基材開裂時(shí)釋放的能量,從而阻止基材中裂縫的擴(kuò)展，對(duì)混凝土基體產(chǎn)生了增強(qiáng)、增韌和阻裂等效應(yīng),增加了混凝土的強(qiáng)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(tài),延長(zhǎng)了混凝土的使用壽命。

2 聚丙烯纖維混凝土的優(yōu)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(duì)密度0.91 kg/m3，熔點(diǎn) 165℃，拉伸極限 15%，燃點(diǎn)593℃，抗拉強(qiáng)度275MPa含濕量＜0.1%，彈性模量3793 MPa，無吸水性，導(dǎo)熱性低，細(xì)度0.048mm。

2.2 抑制混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生

混凝土收縮裂縫產(chǎn)生的原因是在某一時(shí)刻,混凝土內(nèi)部所承受的應(yīng)力超過它所能抵抗的強(qiáng)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(qiáng)的結(jié)合力,在與混凝土材料攪拌時(shí)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(gè)方向,叉枝纖維構(gòu)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(qiáng)筋。當(dāng)混凝土硬化時(shí),由于塑性及干燥收縮,極細(xì)微的裂縫開始產(chǎn)生。這些裂縫遇到鄰近的纖維時(shí),跨過裂縫的纖維將承擔(dān)極大部分收縮能量,緩和應(yīng)力集中程度,因而可以阻止裂縫的擴(kuò)大,有效地抑制塑性收縮裂縫的產(chǎn)生。試驗(yàn)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(qiáng)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(dá)到防水目的。聚丙烯纖維抗裂防水的機(jī)理是建立在對(duì)混凝土的固結(jié)、收縮的微觀研究的基礎(chǔ)上。

從微觀的角度來看,任何密實(shí)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(yàn)表明體積摻量的聚丙烯纖維比普通混凝土的抗?jié)B能力提高了60%～70%。

2.4 增強(qiáng)混凝土的抗疲勞性能

混凝土疲勞損傷的外在表現(xiàn)為強(qiáng)度和彈性模量衰減。在疲勞應(yīng)力作用下,普通混凝土比聚丙烯纖維增強(qiáng)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(duì)混凝土疲勞性能的影響可從纖維對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)原生裂紋尺度的細(xì)化效應(yīng)增強(qiáng)了混凝土介質(zhì)的連續(xù)性、有機(jī)材料對(duì)振動(dòng)波的吸收和纖維約束裂紋擴(kuò)展幾方面理解。當(dāng)原生裂紋的尺度得以細(xì)化后,混凝土的疲勞壽命也因此得到延長(zhǎng)。數(shù)量眾多的聚丙烯纖維的荷載傳遞效應(yīng)還有助于勻化混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng),使材料損傷能在介質(zhì)內(nèi)擴(kuò)散,這對(duì)增強(qiáng)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(yīng)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(yōu)良特性，因此其可應(yīng)用在:1)公路的路面，使路面的使用壽命延長(zhǎng)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(yùn)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(yù)制體、灰漿板可增強(qiáng)混凝土的粘合性 ,降低損耗；5)樓房建筑中的復(fù)合樓板、屋頂板、頂尖覆蓋層、建筑裝飾物，可增強(qiáng)建筑的多種指標(biāo),且可取代金屬絲網(wǎng)。

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