聚丙烯纤维和织物混凝土的研究综述

李桢怡，王 成，2，李曦彤，戎泽斌，薛 山

（1.塔里木大学 水利与建筑工程学院，新疆维吾尔自治区 阿拉尔 843399；2.塔里木大学 南疆岩土工程研究中心，新疆维吾尔自治区 阿拉尔 843399）

混凝土自身抗拉与抗压强度的不对称性、脆性、干缩性等特性，导致混凝土在浇筑完成或受到荷载作用后总会出现裂缝，这些裂缝的产生和扩展是混凝土结构耐久性能和力学性能显著下降的主要原因之一。

与普通混凝土相比，纤维的掺入能够在很大程度上阻止裂缝的产生和继续扩大，它能让压应力集中在裂缝的最上端，从而提高混凝土的抗拉强度和由主拉应力控制的剪切性能及弯曲性能。聚丙烯纤维的应用具有一定的优势，具备了较强的阻裂性，质地软，密度不高，在混凝土内保持了良好的均匀性，不易出现结团问题，因此该材料广泛应用到了混凝土生产中。

聚丙烯纤维混凝土除了应用在混凝土中，还广泛应用在衣物制品、家庭装饰材料、工业用布等方面。聚丙烯纤维织物类损耗量巨大，垃圾站中聚丙烯纤维织物里的加入光稳定剂的聚丙烯纤维很难自然降解，可以对废弃的织物再生利用，对废弃的织物是否能和原料纤维一样增强混凝土进行研究。

1 聚丙烯纤维混凝土的应用

1.1 聚丙烯纤维混凝土的抗冻性能

混凝土工程中，会在很大程度上影响工程质量的因素就有温度高低，徐傅晶针对温度变化对于混凝土的影响进行了深入研究，发现在添加适量聚丙烯纤维之后降低了温度对于混凝土的不利影响，有效抑制了裂缝的形成。姚文杰等采用冻融实验进行了研究，验证了将聚丙烯纤维掺加到混凝土之后的抗冻效果。根据得到的试验结果可知，在掺入量不同时混凝土的抗冻效果存在差异性，最佳效果是的掺入量是0.9 kg/m3。另外还发现，在冻融循环次数达到200之后，聚丙烯纤维的掺入对于相对动弹性模量会产生显著的良好影响。除了上述研究之外，王晨飞同样在该领域进行了深入探索，并且对聚丙烯纤维混凝土做了100次的盐冻，之后，又针对性地开展了SEM电镜扫描，研究发现，虽然聚丙烯纤维占比增加，可以使其密实度进一步降低，然而在冻融时能够有效抑制裂缝的扩展。

1.2 聚丙烯纤维混凝土的抗渗性能

姚武指出将一定量的聚丙烯纤维添加到混凝土结构中能够减小孔隙率，抑制了裂缝的形成与发展，从而提高结构的稳定性。姜雪洁研究发现在一定范围内，如果混凝土中掺入较多的改性聚丙烯纤维，则能够达到更好的抗渗性能，但可能使其坍落度进一步下降。付长海对此进行了长期的探索，他表示，聚丙烯纤维掺入会在很大程度上影响到抗渗性能，增强抗渗性能的同时，还可以防止试件内部出现贯通性的渗漏通道，从而达到较高的密实性。

1.3 聚丙烯纤维混凝土的抗裂性能

从混凝土抗拉强度来看，掺聚丙烯纤维混凝土与不掺聚丙烯纤维混凝土相比，前者的早期抗拉强度要比后者的早期抗拉强度高，有利于抵抗由于混凝土早期收缩而引起的裂缝出现。张建华发现，聚丙烯纤维混凝土梁裂缝开展的速度比普通混凝土梁裂缝开展的速度缓慢，裂缝稳定时期的荷载高于普通混凝土梁裂缝稳定时期的荷载。张磊对此进行了大量的试验，结果发现聚丙烯纤维的掺入，可以使裂缝宽度、收缩变形进一步减小，使其抗裂性大幅增强，会在很大程度上影响到其早期抗裂性；持续提升纤维掺量，会使抗裂性增长速率不断减小，其抗压强度同样也在不断减弱；达到1.0kg/m3的情况下，就会产生最好的抗收缩、抗裂效果，同时也不会较大地影响到其强度。

1.4 聚丙烯纤维的增强延性

通过聚丙烯纤维，能够使混凝土韧性得到有效改良，使其抗裂性能不断增强，还能使其脆性得到明显的改善。郑文忠长期致力于该领域的探索，他开展了大量的实验发现，当掺量为0.1%、0.2%的情况下，并没有对显著抑制到其高温爆裂，如果掺量达到0.3%，就能对爆裂的情况进行有效的预防；当温度高于200℃时，随着聚丙烯纤维的增加，可以有效提升混凝土力学性能。黄桐的研究结果显示，聚丙烯纤维混凝土在混凝土中处于乱序分布状态，可以改善混凝土塑性收缩的问题；聚丙烯纤维还能增加混凝土的韧性，在荷载作用下，抑制了混凝土结构微裂缝的产生与发展；数量巨大的纤维单丝在混凝土内部形成一个支撑体系，减缓了骨料离析的问题。

结合以上分析可知，在混凝土内添加适量聚丙烯纤维有助于改善其性能，提高了混凝土结构的韧性，抑制了裂缝的形成。混凝土力学性能随着聚丙烯纤维添加量增加表现为先增后减的变化趋势。另外，在掺入聚丙烯纤维之后能够有效提升混凝土密实度，从而达到更高的抗渗性能。但是在掺入量过大时也会产生不利的影响，会导致纤维结团现象越来越明显，结团的数量也越来越多，混凝土的致密结构会受到破坏，受力就会越来越不均匀，最终降低了劈裂抗拉强度。

2 织物混凝土的应用

2.1 织物增强混凝土的粘结机理

在研究中发现，纤维编织网和混凝土间存在的界面粘结力总体可以划分为多个部分，包括胶结力、机械咬合力以及摩擦阻力。而扯出纤维同样涉及到了多个过程，首先是加载的前、后期两个阶段，其中在第一个阶段中，在多个方向将会形成一定的裂痕; 在第二个阶段内会形成裂痕发展区，在此过程中新形成的裂痕与原有裂缝之间会逐步贯通，并进一步在结构内部扩展。在上述两个阶段结束之后会发展到第三个阶段，此时脱黏区域将持续延伸到试件中，最终导致构件受力性能显著降低，由此可以扯出材料内的纤维束。

2.2 织物混凝土力学性能研究方面

织物混凝土(Textile Reinforced Concrete，TRC)是通过将整张织物网预埋在混凝土基体中，从而提高其抗弯、抗剪以及断裂韧度的混凝土材料。Messiry研究了织物结构的不同致密性和组成材料的不同对混凝土力学性能的影响，试验使用了6种致密性不同但组成成分相同的织物和3种致密性相同但组成成分不同的织物，用这些材料制备混凝土，对混凝土试件进行抗弯和抗拉试验，研究发现，织物长度越长韧性越大，更容易提高混凝土的抗弯、抗剪强度。杜玉兵同样对此进行了长期的探索，他将织物混凝土作为研究对象，对其中的预应力、外荷载影响抗蚀性能的情况进行了分析，结果表明预应力法可以有效改善抗蚀性能。潘永灿针对织物和混凝土基体界面黏结性能进行了大量的研究，在研究中发现织物的弹性模量越高，界面黏结性能就越好；当织物进行浸胶处理后，可以使织物和基体界面黏结性能大幅提升。荀勇对纤维、织物、预应力织物开展了深入探索，并且针对性地分析了它们对力学性能影响的情况，发现当冲击荷载作用到织物混凝土薄板时，应力能快速从混凝土基体传递至织物的空间结构，弹性模量、强度都会在很大程度上影响到材料性能，通过控制混凝土基体的收缩可以显著影响织物增强混凝土的力学性能。另外，荀勇对使用前复合材料中的织物进行浸胶处理，以及在织物混凝土薄板制作中在织物上施加预拉力，经过试验表明通过这样的方式，可以对基体、织物产生很大影响，使二者间的黏结强度大幅提高，对混凝土力学性能的提高作用明显。Yoo研究结果表明，织物混凝土试件在强度、韧性和残余承载力方面表现优良，各项性能的极值均高于钢纤维混凝土；具有聚合物涂层的织物增强混凝土在强度、韧性和残余承载能力等方面表现出良好的性能，其弯曲性能大于等于体积掺量为2%的钢纤维混凝土。织物混凝土弯曲强度的应变敏感性与钢纤维混凝土类似。

2.3 织物混凝土加固方面的研究

尹红宇研究了织物混凝土对混凝土柱力学性能的提高机理，发现由于织物混凝土的约束作用，提高了构件的强度，降低了侧向变形能力；被织物混凝土加固的混凝土柱受到轴向压力作用时，破坏形态主要是腰鼓状剪压破坏，并且承载力与织物掺量之间表现为正相关关系。肖保辉通过轴压试验验证了织物混凝土加固的有效性，结果显示该方法改善了柱体延性，此外还发现基体起裂荷载以及峰值荷载均会受到织物网层数的影响，具体表现为正相关的关系。

对上述研究成果综合分析可发现，大多数科研工作者研究的织物混凝土，是先把纤维用纺织的方法织成一张织物网，再把织物网放在混凝土中，养护后进行试验。这些试验对废弃的聚丙烯纤维织物混凝土的研究提供了指导。

3 结束语

文章针对聚丙烯纤维混凝土发展现状进行了总结分析，尽管当前在此领域的研究较多，并取得了大量的成果。然而很少涉及到多尺度纤维混凝土等相关的内容。为了研究内容更加贴近现实，需要针对多因素影响下的聚丙烯混凝土力学性能进行研究和分析。除了上述方向之外，在未来的研究中还应涉及到织物混凝土耐高温和耐久性等领域，继而为其应用提供足够的支持。