淺析聚丙烯纖維在混凝土中的作用

    混凝土是建筑工程中最重要的材料，自1824年水泥問(wèn)世及隨之誕生的混凝土與鋼筋混凝土以來(lái)，至今已有100多年的歷史。混凝土外加劑及摻合料的應(yīng)用，使混凝土由干硬性發(fā)展為高流態(tài)、高強(qiáng)度、高耐久性即高性能混凝土。但混凝土固有的弱點(diǎn)是因其脆性而容易產(chǎn)生裂縫，尤其是高強(qiáng)混凝土脆性顯著，塑性明顯下降，當(dāng)結(jié)構(gòu)受彎時(shí)，荷載等于混凝土破壞荷載的15%～20%時(shí)就開(kāi)始產(chǎn)生裂縫（此時(shí)鋼筋的應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服極限），隨著裂縫的擴(kuò)展造成混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命大大縮短。裂縫問(wèn)題一直困擾著人們，摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土在建筑物防滲抗裂方面的研究和應(yīng)用較多，膨脹劑的確對(duì)控制混凝土裂縫有一定的效果，然而，因施工養(yǎng)護(hù)等因素，混凝土的裂縫仍在所難免。本文嘗試從新材料、新工藝、新技術(shù)的角度出發(fā)，在混凝土中添加聚丙烯纖維來(lái)改善混凝土的性能，是一種行之有效的方法，民間也早有將稻草或毛發(fā)拌入泥漿中制造土坯或土墻的經(jīng)驗(yàn)。本文主要從聚丙烯纖維對(duì)混凝土的增稠效應(yīng)、阻裂效應(yīng)和界面效應(yīng)等方面，研究聚丙烯纖維對(duì)混凝土的作用。

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聚丙烯纖維對(duì)混凝土的作用效應(yīng)

2.1　增稠效應(yīng)

    稠度是指新拌混凝土的流動(dòng)程度，是衡量混凝土質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，增大新拌混凝土的稠度才能減少混凝土的離析、泌水，但需加強(qiáng)振動(dòng)才能保證混凝土的密實(shí)度。經(jīng)測(cè)試聚丙烯纖維摻入后對(duì)新拌混凝土維勃稠度的影響，其結(jié)果如表1。

從表1中可見(jiàn)，摻入聚丙烯纖維后，新拌混凝土的稠度提高，并隨著纖維摻量增大而趨顯著，由于聚丙烯纖維的增稠效應(yīng)使混凝土振動(dòng)密實(shí)難度增加，影響硬化混凝土的強(qiáng)度，表2為不同振動(dòng)時(shí)間對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

從表2中可見(jiàn)，振動(dòng)成型20s時(shí)，聚丙烯纖維的摻入使混凝土強(qiáng)度有所降低，當(dāng)振動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)至40s時(shí)，混凝土強(qiáng)度均有所提高，纖維混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度大于基準(zhǔn)混凝土，振動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)至60s時(shí)，其強(qiáng)度值與基準(zhǔn)混凝土接近。

強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果和維勃稠度的測(cè)試結(jié)果具有很好的相關(guān)性，表明聚丙烯纖維的增稠效應(yīng)是存在的，為了降低增稠效應(yīng)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，應(yīng)隨著纖維量的增加而適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的振動(dòng)時(shí)間。

2.2　阻裂效應(yīng)

聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)是指對(duì)混凝土早期塑性開(kāi)裂的抑制作用，也是聚丙烯纖維的最主要的效應(yīng)。每m3 混凝土里只要加0.9kg的聚丙烯纖維，纖維在混凝土里的數(shù)量就高達(dá)3千萬(wàn)根左右，而且在混凝土里分布均勻，呈三維亂向，在混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)里能起到一個(gè)較好的承托作用。特別對(duì)防止混凝土早期容易出現(xiàn)的離析沉降裂縫、塑性裂縫、干縮裂縫等方面尤為明顯。宏觀上理解聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)，可以將其看作對(duì)塑性混凝土的增強(qiáng)作用，這種增強(qiáng)作用的有效性主要和纖維在混凝土中的分布程度有關(guān)，即纖維越細(xì)、纖維間距越小，增強(qiáng)效應(yīng)越明顯。表3為纖維阻裂效應(yīng)試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為環(huán)境溫度26℃，相對(duì)濕度50%，風(fēng)扇吹風(fēng)。

由表3可見(jiàn)，聚丙烯纖維能有效地降低混凝土塑性裂縫的寬度，并隨著纖維摻量的增加，進(jìn)一步降低了混凝土中纖維的間距，增強(qiáng)了阻裂效應(yīng)。

實(shí)際上纖維的阻裂效應(yīng)不僅表現(xiàn)在能阻止可見(jiàn)的塑性裂縫的產(chǎn)生，還能有效地抑制混凝土內(nèi)部由于失水、水化熱、泌水、收縮、溫差等引起的微裂縫，使混凝土具有更好的整體性。

2.3　界面效應(yīng)

由于聚丙烯纖維的細(xì)度小、比表面積大，在混凝土中分散后獲取很大的纖維基材界面，因聚丙烯纖維的不親水性，造成纖維基材界面呈弱界面效應(yīng)，對(duì)混凝土強(qiáng)度不利。摻入粉煤灰、礦渣微粉等活性材料是改善纖維基材界面常用的方法。本試驗(yàn)測(cè)試了摻入粉煤灰對(duì)聚丙烯纖維混凝土強(qiáng)度的影響。

從表4可見(jiàn)，在中后期，摻入粉煤灰改善了因聚丙烯纖維的界面效應(yīng)使混凝土強(qiáng)度有所下降的趨勢(shì)，這也符合粉煤灰增加混凝土后期強(qiáng)度的活性效應(yīng)，同時(shí)反映了在中后齡期粉煤灰對(duì)纖維基材界面的改善作用。

1）通過(guò)增稠效應(yīng)、阻裂效應(yīng)、界面效應(yīng)等方面分析了聚丙烯纖維對(duì)混凝土性能的影響。

（2）增稠效應(yīng)能減少混凝土的離析、泌水，但不利于混凝土的振動(dòng)密實(shí)，為了防止因摻聚丙烯纖維造成混凝土強(qiáng)度下降，應(yīng)隨著纖維摻量的提高而適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的振動(dòng)時(shí)間。

（3）聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)是指對(duì)混凝土早期塑性開(kāi)裂的抑制作用，也是聚丙烯纖維的最主要的效應(yīng)。

（4）聚丙烯纖維基材界面呈弱界面效應(yīng)，對(duì)混凝土強(qiáng)度不利，可摻入粉煤灰、礦渣微粉等活性材料使之得以改善。

參考文獻(xiàn)

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