浅析聚丙烯纤维混凝土优良特性和应用范畴

梁欣欣，刘道永，林振荣，彭 利

徐州空军学院（221000）

美国于上世纪90年代初研制出微纤维混凝土，在随后的几年中得到迅速的发展，其中应用最多的是聚丙烯纤维混凝土。相对于钢纤维、玻璃纤维、合成纤维等纤维材料，聚丙烯纤维具有加工工艺简单、价格低廉、性能优异等特点。近年来聚丙烯纤维混凝土在国内外混凝土中得到广泛的推广应用,已经被世界上六十多个国家所接受,尤其在美国新建筑物的地下室和屋面混凝土。

1 聚丙烯纤维改善混凝土性能机理

聚丙烯纤维混凝土通常以水泥净浆、砂浆或者混凝土为基体,以非连续的短纤维或者连续的长纤维作为增强材料所组成的水泥复合材料。纤维改性比较一致的观点是:由于纤维的掺入,主要是吸收水泥基材开裂时释放的能量,从而阻止基材中裂缝的扩展，对混凝土基体产生了增强、增韧和阻裂等效应,增加了混凝土的强度、韧性、耐腐蚀性等,并且改变了混凝土的脆性、易开裂性及其破坏形态,延长了混凝土的使用寿命。

2 聚丙烯纤维混凝土的优良特性

2.1 聚丙烯纤维的物理性能

聚丙烯纤维为无毒材料,耐酸碱性极高,相对密度0.91 kg/m3，熔点 165℃，拉伸极限 15%，燃点593℃，抗拉强度275MPa含湿量＜0.1%，弹性模量3793 MPa，无吸水性，导热性低，细度0.048mm。

2.2 抑制混凝土收缩裂缝的产生

混凝土收缩裂缝产生的原因是在某一时刻,混凝土内部所承受的应力超过它所能抵抗的强度。聚丙烯纤维可以增加塑性混凝土的抗张力性和韧性,因而减少了塑性收缩裂缝的形成。由于聚丙烯纤维与水泥基集料有极强的结合力,在与混凝土材料搅拌时形成二次分散,迅速而易与混凝土材料混合,均匀分布在混凝土的各个方向,叉枝纤维构成一种均匀的乱向支撑体系,提供了控制收缩裂缝最有效的次要加强筋。当混凝土硬化时,由于塑性及干燥收缩,极细微的裂缝开始产生。这些裂缝遇到邻近的纤维时,跨过裂缝的纤维将承担极大部分收缩能量,缓和应力集中程度,因而可以阻止裂缝的扩大,有效地抑制塑性收缩裂缝的产生。试验表明，与普通混凝土相比，聚丙烯纤维体积掺量为0.05%（约0.5 kg/m3）的混凝土抗裂能力提高了近70%。

2.3 增强混凝土的防水性能

聚丙烯纤维混凝土的防水属于混凝土的刚性本体防水，主要是通过抗裂达到防水目的。聚丙烯纤维抗裂防水的机理是建立在对混凝土的固结、收缩的微观研究的基础上。

从微观的角度来看,任何密实的混凝土都存在微裂缝。这些微裂缝存在于相与相之间 （石、砂、水泥胶体三相）和水泥微颗粒之间，只不过正常的微裂缝肉眼看不到而已。而聚丙烯纤维混凝土中均匀分布的大量彼此相粘连的纤维，起了承托骨料的作用,降低了混凝土表面的析水与集料的离析，从而使混凝土中直径为50～100 nm和大于100 nm的孔隙含量大大降低。试验表明体积掺量的聚丙烯纤维比普通混凝土的抗渗能力提高了60%～70%。

2.4 增强混凝土的抗疲劳性能

混凝土疲劳损伤的外在表现为强度和弹性模量衰减。在疲劳应力作用下,普通混凝土比聚丙烯纤维增强混凝土的损伤更快,聚丙烯纤维混凝土在疲劳荷载的作用下更能保持材料的刚度。聚丙烯纤维对混凝土疲劳性能的影响可从纤维对混凝土结构内原生裂纹尺度的细化效应增强了混凝土介质的连续性、有机材料对振动波的吸收和纤维约束裂纹扩展几方面理解。当原生裂纹的尺度得以细化后,混凝土的疲劳寿命也因此得到延长。数量众多的聚丙烯纤维的荷载传递效应还有助于匀化混凝土结构内的应力场,使材料损伤能在介质内扩散,这对增强混凝土的抗疲劳能力也是有益的。

3 聚丙烯纤维混凝土的应用范畴

由于聚丙烯纤维混凝土在抗裂、防水、抗疲劳等方面的优良特性，因此其可应用在:1)公路的路面，使路面的使用寿命延长5年～10年；2)隧道、矿井等墙面和顶部的喷射混凝土，其回弹、脱落不超过 4%～5%；3)水坝、运河、蓄水池、水渠、游泳池、港口、船坞、码头减少龟裂,降低渗透性；4)混凝土预制体、灰浆板可增强混凝土的粘合性 ,降低损耗；5)楼房建筑中的复合楼板、屋顶板、顶尖覆盖层、建筑装饰物，可增强建筑的多种指标,且可取代金属丝网。

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