聚丙烯纤维混凝土性能的研究和应用

聚丙烯纤维混凝土性能的研究和应用

摘要：聚丙烯纤维以其良好技术经济性能，在水泥基材料中得到日益广泛的应用。本文系统介绍了用于改善混凝土缺陷的聚丙烯纤维的特点及主要性能，对聚丙烯纤维对混凝土各种性能的影响以及目前国内的研究概况作了详细的分析和综述。

关键词：聚丙烯纤维；纤维增强混凝土；力学性能；抗渗性；抗裂性

RESEARCH AND APPLIANCE ON THE CAPABILITY OF POLYPROPYLENE FIBRE CONCRETE

WANG LONG CHEN LIANG LIU RENGGUAGN

(1.QINGDAO TECHNOLOGICAL UNIVERSITY,IYANG AGRICULTURAL COLLEGE)

Abstract:Polypropylene fibre have good technical and oecumenical capability ,which makes it possible to be widely used in cement.The paper introduces the specialty and capability of polypropylene fibre, and analyzes general situation of influence on concrete of polypropylene fibre.

Key words: polypropylene fibre, concrete, mechanical capability, barrier property , crack resistance

前言

混凝土的发展已有100多年的历史，以其可以就地取材，易于成型、成本低廉、适用性强等诸多优点，被广泛地应用于土建工程，是当前最大宗的人造材料。但作为多孔材料，混凝土也有脆性大、抗拉强度低、抗冲击能力差、易开裂等缺点。从混凝土应用的历史来看，实际工程中大量的钢筋混凝土结构由于混凝土的耐久性不足导致建筑物破坏甚至不能使用。国内外大量资料表明，由此而造成的经济损失是非常巨大的[1]。

混凝土的耐久性，是指混凝土在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。混凝土抗拉强度低、易开裂的缺点是导致其耐久性降低的一个重要因素。为了提高水泥基材料的耐久性，长期以来研究人员不断研究减少材料中微裂纹的产生及阻止裂缝的发展，包括提高其抗拉性能，增强韧性和延性的各种方法和途径。纤维混凝土技术的应用和开发就较好地改善了混凝土的这些缺点，而聚丙烯纤维是目前建筑市场上应用最为广泛的一种合成纤维。

1 聚丙烯纤维

聚丙烯纤维是以丙烯单体在一定条件下聚合而成的结构规整的结晶型聚合物，属于合成纤维的一种，它的商品名是丙纶。基本特性是:乳白色、无味、无溴、无毒、质轻、不吸湿、不溶于水、耐腐蚀、抗拉强度高。

20世纪60年代中期人们开始研究用合成纤维作水泥砂浆增强材料的可能性，发现尼龙、聚丙烯、聚乙烯等纤维有助于提高砂浆的抗冲击性。随后合成纤维混凝土技术快速发展。Zollo[2]等的实验结果表明，若在混凝土中掺加体积率为0.1-0.3%的聚丙烯纤维时，可使混凝土的塑性收缩减少12-25%。由于聚丙烯纤维生产原料比较丰富，生产过程比较简短，因此生产成本相对于其他品种纤维较低。实践证明,从性能价格比上看, 目前最可行的当属有机纤维中的聚丙烯纤维。

但是普通聚丙烯纤维,在掺入水泥混凝土中拌合的时候，往往出现在水泥浆中难于分散、结团现象严重、纤维与水泥浆的握裹力差、抗老化能力差等缺点。因此土建工程中所用的聚丙烯纤维必须经过改性处理。改性聚丙烯纤维具有良好的工程性能。在生产中经过特殊处理,

使其表面具有一定的活性,这样就大大增加了纤维在混凝土中的分散性；喷制成的单丝改性聚丙烯纤维是非等径的或者在纤维表面出现一些微孔结构,这就增加了纤维与水泥浆的握裹力；同时纤维的抗老化、抗紫外线能力得到加强。改性聚丙烯纤维的物理化学性能参见表1。

目前，土建工程中常用的几种聚丙烯纤维有经表面改性的束状单丝纤维，如美国希尔兄弟化工公司的杜拉纤维（Durafiber）和丹麦的克裂速纤维（Cemfiber）；有三维结构的网状纤维，如美国纤维网公司（Fibermesh）生产的束状网式纤维；有微孔纤维，如中国吉林水利实业公司产的改性聚丙烯纤维；另外，还有采用膜裂工艺生产出的原纤化的膜裂纤维，掺如混凝土中纤维与混凝土基体的粘结强度较高，可以起到增韧、阻裂的综合效果[3]。

表1 改性聚丙烯纤维的物理化学性能

2 改性聚丙烯纤维混凝土的增强机理

在混凝土内掺入专用的聚丙烯纤维并经搅拌后，由于聚丙烯纤维与水泥基集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地混凝土材料混合，分布均匀，能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。在混凝土硬化过程时，由于水泥浆的化学收缩，使水泥浆与骨料之间的粘结面处产生拉应力，所以混凝土中存在着大量的极细小的微裂缝，这些微裂缝在混凝土受力时极易产生应力集中而导致破坏。在纤维加入到混凝土中后，当水泥基体收缩时，由于纤维这些微细配筋的作用而消耗了能量，可以抑制混凝土开裂的过程，有效地减少混凝土干缩时所引起的微小裂缝，大大提高了硬化后混凝土的抗裂能力和韧性，对克服高强混凝土的脆性有较理想的效果[4]。

3 聚丙烯纤维对混凝土性能的影响

3.1对抗压、抗拉和抗折强度的影响

同济大学混凝土材料研究国家重点实验室做了不同弹性模量纤维对高强混凝土力学性能影响的实验。通过在水灰比为0.3的混凝土中掺入体积掺量为0.4%钢、维纶、聚丙烯纤维，研究掺入不同纤维后混凝土的抗压、劈裂抗拉、断裂能三个力学性能指标的变化。实验结果表明，掺0.4%低弹性模量的聚丙烯纤维使混凝土的28d抗压强度降低18.2%,但劈裂抗拉强度仅降低了5%[5]。

付华[6]的研究结果表明,在水灰比都为0.4的条件下，掺加3.0Kg/m3的聚丙烯纤维能够使混凝土的7d抗压强度增大，但28d抗压强度降低，劈裂抗拉强度有所提高；掺2.5Kg/ m3的美国聚丙烯纤维网使混凝土的不同龄期抗压强度均提高10～20％。

综合各种研究结果表明，与钢纤维等高弹性模量的纤维不同，聚丙烯纤维属于低弹性模