高性能砼中聚丙烯腈纤维对性能影响

浅谈高性能砼中的聚丙烯腈纤维对性能影响关键词：高性能混凝土聚丙烯腈纤维性能影响
中图分类号：tq342+.31文献标识码： a文章编号：
我们知道在高性能砼中添加聚丙烯腈纤维可以有效地增加砼的劈裂抗拉强度、脆性和抗冲击性能。

那么，掺加的纤维对高性能砼的劈裂抗拉强度、脆性、抗冲击性能和影响究竟表现在哪些方面呢？我们通过在实际应用中进行了探讨和分析，了解了掺加的纤维对高性能砼的脆性下降、抗冲击性能提高的原理。

一、对砼的耐久性的需要
高性能砼不仅要有良好的强度性能，还应有优异的耐久性能和适应性的工作性能。

以满足目前和未来的大规模砼工程的施工对耐久性的需要。

通常我们应用粉煤灰来配制出高性能砼。

这种砼具有强度高，工作性能好；硬化砼的抗冻融性能；抗渗透性能和抗侵蚀性能优异。

但是脆性大、抗冲击性差，影响了高性能砼的推广和应用。

针对目前我国的客运专线和高速铁路的发展，砼的收缩开裂、湿胀开裂和脆性，就成为目前高性能砼亟待解决的重要问题。

根据相关文献资料，结合我们施工的工程项目，我们采用了聚丙烯腈纤维作为砼的添加材料，以此来改善高性能砼脆性和抗冲击性能，并对相关指标进行了检测。

我们在郑西客专铁路的施工中就采用了聚丙烯腈纤维作为砼的添加材料，以此来改善高性能砼脆性和抗冲击性能。

现以郑西客专灵宝特大桥c40桥面聚丙烯腈纤维混凝土为例：
（一）原材
水泥：采用洛阳黄河同力p.o42.5普硅水泥。

水泥的化学成分：
2、掺合料：采用三门峡唐润ⅰ级粉煤灰。

其化学成分：
3、外加剂：采用山东菏泽联强lq-ⅱ聚羧酸高效减水剂。

其化学成分：
4、聚丙烯腈纤维：采用盐城市创成的聚丙烯腈纤维。

其物理性能：
（二）砼的性能试验：
1、抗压强度：
（三）分析
1. 聚丙烯腈纤维对高性砼脆性影响
高性能砼的强度和耐久性主要受水灰比和矿物聚合物的影响，
当水灰比（w/c）定时，矿物掺合料掺量将直接影响到高性砼的各种物理力学性能，而掺聚丙烯腈纤维可以改善高性能砼各种物理性能。

高性能砼增加纤维掺量（0、1.0%）对砼强度影响
在砼内掺入专用的聚丙烯纤维并经搅拌后，由于聚丙烯腈纤维与水泥基集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与砼材料混合，分布均匀；同时由于细微，故比表面积大，每公斤聚丙烯微纤维连起来的总长度可绕地球10多圈，若分布在1m3 的砼中，则可使每cm3的砼中有近二十条纤维丝，故能在砼内部构成一种均匀的乱向支撑体系。

在砼凝结的过程中，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，可以抑制砼开裂的过程，有效地减少砼干缩时所引起的微小裂缝，提砼的韧性。

有关单位曾对聚丙烯腈纤维砼及普通砼进行常规力学测试，并作了劈裂抗拉测试试件破坏比较：在相同条件下，聚丙烯纤维砼强度提高并不大，但试件的破坏形式却不相同，普通砼为脆性破坏，完全断裂；而聚丙烯纤维砼仅有两条不同方向的可见短裂缝，试件仍保持完整。

从以上比较可以反映出聚丙烯纤维能大大提高砼的抗裂能力和韧性，对克服高强砼的脆性有较理想的效果。

2. 聚丙烯腈纤维网对高性能砼抗冲击性影响
聚丙烯腈纤维对高性能砼抗冲击性具有较大影响。

由实验数据
可知，在高性能砼中掺加纤维可以显著改善砼的抗冲击性能。

高性能砼的抗冲击性能随纤维掺量增加而明显提高，砼抗冲击性提高与纤维掺量成正比。

此外纤维高性能砼的抗冲击性能随砼基材料强度的提高而增长。

因此，纤维与高性能砼复合是配制高性能砼的主要技术途径之一。

3. 聚丙烯腈纤维对高性能砼增折与抗冲击性能改善的机理初探
在高性能砼中掺入聚丙烯腈纤维后能显著提高砼抗折强度和抗冲击性能，其抗冲击性能的提高尤为显著。

究其原因，在于纤维的阻裂效应。

实际上高性能砼从无缺陷理想状态来讲，其抗压、抗折强度增长幅度应该是基本一致的。

之所以高性能砼抗压强度提高幅度大大地大于抗折强度提高幅度，原因就在于高性能砼内部存在不同尺度。

由于高性能砼脆性及自收缩等造成内部存在不同尺度的微裂缝，而微裂缝对抗折强度的影响远大于抗压强度。

由于高性能砼脆性及自收缩等造成内部存在不同尺度的微裂纹，在结构形成过程中，聚丙烯腈纤维阻止了这些裂缝的引发，从而减少了裂缝源的数量，并使裂缝尺度变小，这就降低了裂缝尖端的应力强度因子，缓和了裂缝尖端受力集中程度，在受力过程中，又抑制了裂缝的引发与扩展。

这样就可以充分发挥高性能混凝土高抗折强度效应，这就是纤维能大幅度提高高性能砼抗折强度而不能提高其抗压强度的原因。

但为了充分发挥纤维混凝土阻裂效果，必须加强界面粘结性能，而界面粘结特性又直接受水灰比（w/c）和粉煤灰的影响。

4.加入粉煤灰对界面区影响
在聚丙烯纤维砼掺入粉煤灰，同时加入高效减水剂，可使其抗拉强度和抗冲击性大为提高。

硅灰与水泥石孔隙中的离子起化学反应，使c-s-h凝胶增加，导致水泥石中大孔减少，凝胶孔增加，结构变得致密，强度显著提高，掺入适量粉煤灰、改善纤维砼中水泥浆体与集料、纤维界面区的结构，使界面区的ca（oh）2晶体数量下降，取向度明显降低，晶粒细化、c-s-h凝胶数量增加，加强了界面粘结力，提高聚丙烯腈纤维高性能砼的抗冲击性能和降低其脆性。

（四）结论
1.高性能砼由于脆性，自收缩开裂和内部微裂缝使其劈裂抗拉强度增长幅度远远小于抗压强度增长幅度，并且后期强度和耐久性能有可能下降。

2.在高性能砼中掺加聚丙烯腈纤维可以充分发挥高性能砼高强效应，特别是高劈裂抗拉效应。

3.聚丙烯腈纤维高性能砼在冲击荷载下的抗裂性能是高性能砼的3-4倍。

而高性能砼的抗冲击性能与普通混凝土一样差别不大。

参考文献：冯乃谦，高性能混凝土，北京中国建筑工业出版社1999.9
吴中伟，廉慧珍著高性能混凝土北京中国铁道出版社1999.9 李湘洲等，碳纤维增强混凝土的现状与趋势混凝土，2000（8）朱江等，聚丙烯纤维混凝土的力学性能研究，广西工学院报，
2000,11。