聚丙烯纖維混凝土的抗裂經(jīng)濟(jì)性

桑毅紅

提要本文通過(guò)對(duì)聚丙烯纖維在混凝土中的工作機(jī)理進(jìn)行分析，對(duì)聚丙烯纖維提高混凝土的抗沖擊性、抗?jié)B性、耐火性，尤其是抗裂性作用進(jìn)行詳細(xì)論證。

關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維；混凝土；抗裂性；經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號(hào)：TB3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

混凝土中摻加聚丙烯纖維，可大大提高其抗腐蝕性、抗裂性、抗?jié)B性、抗沖擊性，摻加了聚丙烯纖維的混凝土，可用于一般工業(yè)與民用建筑剛性自防水、大體積混凝土的防裂，也可用于路面、橋面等易開(kāi)裂的薄板混凝土結(jié)構(gòu)?；炷林袚郊泳郾├w維，摻加量小、成本低、操作簡(jiǎn)便但效果明顯，因而在工程建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

一、概述

聚丙烯纖維是一種新型的混凝土纖維，被建筑工程界稱為混凝土的“次要增強(qiáng)筋”，它是一種經(jīng)特殊工藝進(jìn)行紡絲、切斷、親水處理后生產(chǎn)的高強(qiáng)度束狀單絲纖維，加入混凝土或砂漿中后，可起到有效控制混凝土因固塑性收縮、干縮、溫度變化等引起的微裂縫，防止或抑止裂縫形成及發(fā)展，大大改善混凝土防裂、抗?jié)B、抗沖擊能力等作用。

二、聚丙烯纖維的作用機(jī)理

聚丙烯纖維化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，它主要通過(guò)改變混凝土的物理力學(xué)性能來(lái)達(dá)到改變混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的效果。聚丙烯纖維本身與混凝土骨料、水泥、外加劑不會(huì)發(fā)生任何沖突，與混凝土有良好的親和性，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，而且它在混凝土中的分布極其均勻，在電子顯微鏡下觀察，每立方厘米混凝土內(nèi)的纖維絲可達(dá)到20多條。由于聚丙烯纖維同水泥基體有緊密的結(jié)合力，能在混凝土中形成一種均勻的亂向支持體系，所以它摻入混凝土能產(chǎn)生有效的三維加強(qiáng)效果，就像在混凝土中加入了大量的微小細(xì)筋，同時(shí)它的效果又遠(yuǎn)遠(yuǎn)比加強(qiáng)鋼筋的效果明顯。聚丙烯纖維在混凝土中的亂向分布有助于減弱混凝土的塑性收縮，它使收縮能量被分散到混凝土中具有高強(qiáng)度低彈性模量的纖維上，使纖維吸收部分能量，從而極大地提高了混凝土的韌性，抑制了微細(xì)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。同時(shí)，由無(wú)數(shù)根纖維在混凝土內(nèi)部形成的支撐體系，可以有效地防止混凝土骨料的離析，保證混凝土早期泌水性的均勻，從而防止了沉降裂紋的形成。工程實(shí)踐也表明，加入聚丙烯纖維，是控制混凝土塑性收縮、干

裂等非結(jié)構(gòu)性裂縫的有效手段。

三、混凝土中添加聚丙烯纖維的作用效果

（一）保證混凝土的均質(zhì)性。混凝土在澆灌后，通常都會(huì)發(fā)生離析現(xiàn)象，即比重較大的骨料下沉與水泥砂漿有所分離，同時(shí)混凝土表面出現(xiàn)析水，并因此降低了混凝土的均質(zhì)性，使混凝土上、下部位的性能出現(xiàn)差異，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使混凝土出現(xiàn)裂縫。而在混凝土中摻加適量聚丙烯纖維后，均勻分布于混凝土中的纖維，可以起到承托作用并阻止上述離析現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證了混凝土的均質(zhì)性。

（二）提高混凝土的抗裂性。塑性狀態(tài)的混凝土強(qiáng)度極低，而剛澆灌后的混凝土，常會(huì)因氣候干燥或刮風(fēng)等原因?qū)е禄炷帘砻媸^大，使混凝土發(fā)生塑性收縮而出現(xiàn)裂縫。硬化的混凝土由于存在干燥收縮、溫度收縮及碳化收縮，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生各種收縮應(yīng)力（拉應(yīng)力），當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生大量裂縫。而聚丙烯纖維加入混凝土后，就有大量的單絲纖維均勻地分布于混凝土中，并在混凝土內(nèi)部構(gòu)成了均勻的亂向支撐體系，從而使收縮變形引起的微裂縫，在產(chǎn)生過(guò)程中遭遇到纖維的阻擋，能量被消耗后微裂縫就難以進(jìn)一步發(fā)展。

（三）提高混凝土的抗?jié)B性。摻入聚丙烯纖維可大幅度提高水泥基材的抗?jié)B性，這也要?dú)w功于均勻分布在混凝土基材中的數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的細(xì)纖維。摻加纖維的混凝土基材，在限制收縮的條件下，因失水干縮而引發(fā)裂縫，但由于纖維存在阻裂作用，從而顯著減少了初始裂縫的數(shù)量，有效地抑制了裂縫的寬度和長(zhǎng)度，從而大大降低了生成連通裂縫的可能性。測(cè)試表明：0.1體積摻量的纖維混凝土比普通混凝土抗?jié)B能力提高100%以上。

（四）提高混凝土的抗凍融性。摻入少量短切聚丙烯纖維的混凝土，其抗凍融性會(huì)大大提高。按混凝土抗凍試驗(yàn)法，經(jīng)25次反復(fù)凍融，混凝土不會(huì)發(fā)生分層與龜裂現(xiàn)象。其原因就在于：纖維在混凝土材料內(nèi)部各方向上的隨機(jī)均勻分布，對(duì)材料整體產(chǎn)生微加筋作用，緩解了溫度變化引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力作用，阻止了溫度裂縫的擴(kuò)展；同時(shí)，聚丙烯纖維混凝土抗?jié)B能力的提高，也有利于其抗凍能力的提高。

（五）提高混凝土的耐火性和遇火時(shí)的安全性?；炷潦軣岜训倪^(guò)程，就是混凝土中的水分從混凝土內(nèi)部逸出的過(guò)程。隨著溫度的不斷升高，混凝土強(qiáng)度損失的速率隨之增加，溫度達(dá)到600℃時(shí)，混凝土的強(qiáng)度會(huì)損失50%，達(dá)到800℃時(shí)，強(qiáng)度損失80%左右。高強(qiáng)度混凝土，由于密實(shí)度高、孔隙率低，蒸發(fā)通道不暢，水分能盡快逸出，從而會(huì)產(chǎn)生幾乎達(dá)到飽和蒸汽壓的過(guò)高蒸汽分壓，由于蒸汽分壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了混凝土抗拉強(qiáng)度，最終必然導(dǎo)致混凝土不能抵御內(nèi)部壓力而爆裂。但高性能混凝土加入聚丙烯纖維后，情況會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)溫度為180℃，混凝土還處于自蒸階段時(shí)，結(jié)構(gòu)的內(nèi)部壓力還不是很大，同時(shí)由于聚丙烯纖維的熔點(diǎn)極低（杜拉纖維的熔點(diǎn)為165℃），它在較低的溫度下就會(huì)熔化，而且熔化后的液態(tài)體積遠(yuǎn)小于其為固態(tài)時(shí)所占的空間，于是聚丙烯纖維熔化后會(huì)形成眾多小孔隙，而且由于聚丙烯纖維分散均勻性，纖維細(xì)小、量多，從而使得混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，孔隙的連通性加強(qiáng)，為混凝土內(nèi)部水分的分解蒸發(fā)提供了方便通道，也就降低了由于水分蒸發(fā)所形成的氣壓，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓力大降低，從而防止了爆裂現(xiàn)象的產(chǎn)生。

（六）提高混凝土的抗沖擊性。聚丙烯纖維雖然剛度較低，傳遞荷載的能力差，但它可以有效地減小裂縫尺度，增強(qiáng)材料介質(zhì)連續(xù)性，減小沖擊波被阻斷引起的局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。而且纖維與水泥基料有極強(qiáng)的結(jié)合力，纖維能迅速地和混凝土均勻混合，形成三維不定向支撐體系，所以，當(dāng)混凝土承受拉力和沖擊時(shí)，均勻分布且數(shù)量眾多的纖維會(huì)起到吸收能量和分擔(dān)應(yīng)力的加強(qiáng)筋作用。試驗(yàn)證明，由于聚丙烯纖維的摻入，當(dāng)混凝土受沖擊荷載作用時(shí)，纖維起到了阻止混凝土中裂縫擴(kuò)散與發(fā)展的作用，從而改善了混凝土的整體性能，使混凝土的抗疲勞性有很大增強(qiáng)。

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