浅析聚丙烯纤维在混凝土中的作用

浅析聚丙烯纤维在混凝土中的作用

    混凝土是建筑工程中最重要的材料，自1824年水泥问世及随之诞生的混凝土与钢筋混凝土以来，至今已有100多年的历史。混凝土外加剂及掺合料的应用，使混凝土由干硬性发展为高流态、高强度、高耐久性即高性能混凝土。但混凝土固有的弱点是因其脆性而容易产生裂缝，尤其是高强混凝土脆性显著，塑性明显下降，当结构受弯时，荷载等于混凝土破坏荷载的15%～20%时就开始产生裂缝（此时钢筋的应力远小于屈服极限），随着裂缝的扩展造成混凝土结构的使用寿命大大缩短。裂缝问题一直困扰着人们，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土在建筑物防渗抗裂方面的研究和应用较多，膨胀剂的确对控制混凝土裂缝有一定的效果，然而，因施工养护等因素，混凝土的裂缝仍在所难免。本文尝试从新材料、新工艺、新技术的角度出发，在混凝土中添加聚丙烯纤维来改善混凝土的性能，是一种行之有效的方法，民间也早有将稻草或毛发拌入泥浆中制造土坯或土墙的经验。本文主要从聚丙烯纤维对混凝土的增稠效应、阻裂效应和界面效应等方面，研究聚丙烯纤维对混凝土的作用。

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聚丙烯纤维对混凝土的作用效应

2.1　增稠效应

    稠度是指新拌混凝土的流动程度，是衡量混凝土质量的一项重要指标，增大新拌混凝土的稠度才能减少混凝土的离析、泌水，但需加强振动才能保证混凝土的密实度。经测试聚丙烯纤维掺入后对新拌混凝土维勃稠度的影响，其结果如表1。

从表1中可见，掺入聚丙烯纤维后，新拌混凝土的稠度提高，并随着纤维掺量增大而趋显著，由于聚丙烯纤维的增稠效应使混凝土振动密实难度增加，影响硬化混凝土的强度，表2为不同振动时间对混凝土抗压强度的影响。

从表2中可见，振动成型20s时，聚丙烯纤维的掺入使混凝土强度有所降低，当振动时间延长至40s时，混凝土强度均有所提高，纤维混凝土的强度增长幅度大于基准混凝土，振动时间延长至60s时，其强度值与基准混凝土接近。

强度试验结果和维勃稠度的测试结果具有很好的相关性，表明聚丙烯纤维的增稠效应是存在的，为了降低增稠效应对混凝土强度的影响，应随着纤维量的增加而适当延长混凝土的振动时间。

2.2　阻裂效应

聚丙烯纤维的阻裂效应是指对混凝土早期塑性开裂的抑制作用，也是聚丙烯纤维的最主要的效应。每m3 混凝土里只要加0.9kg的聚丙烯纤维，纤维在混凝土里的数量就高达3千万根左右，而且在混凝土里分布均匀，呈三维乱向，在混凝土内部结构里能起到一个较好的承托作用。特别对防止混凝土早期容易出现的离析沉降裂缝、塑性裂缝、干缩裂缝等方面尤为明显。宏观上理解聚丙烯纤维的阻裂效应，可以将其看作对塑性混凝土的增强作用，这种增强作用的有效性主要和纤维在混凝土中的分布程度有关，即纤维越细、纤维间距越小，增强效应越明显。表3为纤维阻裂效应试验，试验条件为环境温度26℃，相对湿度50%，风扇吹风。

由表3可见，聚丙烯纤维能有效地降低混凝土塑性裂缝的宽度，并随着纤维掺量的增加，进一步降低了混凝土中纤维的间距，增强了阻裂效应。

实际上纤维的阻裂效应不仅表现在能阻止可见的塑性裂缝的产生，还能有效地抑制混凝土内部由于失水、水化热、泌水、收缩、温差等引起的微裂缝，使混凝土具有更好的整体性。

2.3　界面效应

由于聚丙烯纤维的细度小、比表面积大，在混凝土中分散后获取很大的纤维基材界面，因聚丙烯纤维的不亲水性，造成纤维基材界面呈弱界面效应，对混凝土强度不利。掺入粉煤灰、矿渣微粉等活性材料是改善纤维基材界面常用的方法。本试验测试了掺入粉煤灰对聚丙烯纤维混凝土强度的影响。

从表4可见，在中后期，掺入粉煤灰改善了因聚丙烯纤维的界面效应使混凝土强度有所下降的趋势，这也符合粉煤灰增加混凝土后期强度的活性效应，同时反映了在中后龄期粉煤灰对纤维基材界面的改善作用。

1）通过增稠效应、阻裂效应、界面效应等方面分析了聚丙烯纤维对混凝土性能的影响。

（2）增稠效应能减少混凝土的离析、泌水，但不利于混凝土的振动密实，为了防止因掺聚丙烯纤维造成混凝土强度下降，应随着纤维掺量的提高而适当延长混凝土的振动时间。

（3）聚丙烯纤维的阻裂效应是指对混凝土早期塑性开裂的抑制作用，也是聚丙烯纤维的最主要的效应。

（4）聚丙烯纤维基材界面呈弱界面效应，对混凝土强度不利，可掺入粉煤灰、矿渣微粉等活性材料使之得以改善。

参考文献

［1］杨波等. 聚丙烯纤维在游泳馆工程中的应用. 建筑施工，05/9

［2］王洪宝. 聚丙烯纤维在混凝土工程中的应用. 商品混凝土，04/2

［3］徐至均. 纤维混凝土技术及应用. 中国建筑工业出版社

［4］赵诚凯. 聚丙烯纤维在混凝土工程中的应用. 江苏工程质量，04/6