鐵道部專業設計院 盛黎明    
 
[摘  要]  通過介紹混凝土專用聚丙烯纖維的研究與發展情況及國外對聚丙烯纖維用于混凝土規范，了解聚丙烯纖維工作機理和工程設計要求。
[關鍵詞]  纖維混凝土  聚丙烯纖維  增強型  外摻料型  纖維網
1．前 提
纖維在提高混凝土性能方面扮演著日益重要的角色。混凝土的發展已有100多年歷史，高強化在很長時間里是努力的目標，被認為是優質混凝土的特征。但是混凝土是一種脆性材料，韌性差，抗疲勞能力低，易產生裂紋，抗沖擊碎裂性差，這種問題不是因為強度不夠，而是耐久性不夠。多年來，工程技術人員從原材料、配合比、外加劑、制造工藝、養護工藝等多方面加以研究改進，雖取得了一些成效但不理想，因此，混凝土的高性能化才是解決問題的關鍵。
中國工程院院士吳中偉教授認為：復合化是水泥基材料高性能化的主要途徑，纖維增強是其核心。自70年代，纖維增強水泥復合材料發展起來，鋼纖維、玻璃纖維已較早地應用于混凝土，可以從多方面改善混凝土的性能，關于鋼纖維、玻璃纖維應用領域和使用情況已趨于明確，我國于1992年頒布了鋼纖維的設計使用標準規范。隨著材料加工技術的進步，專用于混凝土的聚丙烯纖維研制成功，使纖維混凝土技術進入一個新的階段。
2．纖維混凝土
纖維混凝土就是在混凝土拌合過程中加入一定量的纖維材料，通過纖維的密集分布來提高混凝土的性能。在民間，很早就把麥稈剁碎或用切斷的發絲拌入泥漿中，建造土坯或擋墻，獲得阻裂的效果。纖維混凝土的機理與其有一定的接近，纖維對混凝土的貢獻是從抑制塑性開裂開始的。而纖維對混凝土性能的提高，必須具備以下幾個主要條件：
(1)  分布均勻    (2)    與混凝土的握裹性強     (3)  材料本身抗腐蝕、抗堿集料反應強        
(4)材質的抗拉強度好
這四個條件每個都是重要和必不可少的。需要說明的是，纖維對混凝土的作用不是為提高強度，而是通過達到上述的條件，來提高混凝土的抗裂、抗碎、抗滲水、抗折、抗沖擊、抗疲勞等綜合性能。鋼纖維與合成纖維都對混凝土強度有提高，因材質不同鋼纖維提高的要大。
鋼纖維是最早應用于混凝土的，這自然源于鋼筋混凝土的啟發，隨著纖維混凝土技術的發展的，人們把研究重點傾向于合成纖維，合成纖維成本低，當在混凝土中均勻分布后，能提供更好的韌性。混凝土是硬性材料，合成纖維是軟性材料，這種鋼柔相濟的辦法能提高混凝土堅韌性。在合成纖維中聚丙烯是最好的材料，耐腐蝕、抗堿反應。
3．用于混凝土的聚丙烯纖維
早在70年代，英國西部海岸的加固工程中，工程人員把切碎的聚丙烯摻入到混凝土中，用來砌成防護堤。許多工程技術人員都在進行聚丙烯纖維用于混凝土的研究。那時的試驗結果或相互矛盾或不理想，這些試驗結果一直被做為評定聚丙烯纖維的基礎。人們一直認為聚丙烯無法對混凝土產生效果，而且這些顧慮現在依然存在，這是很不幸的。因為那些試驗所使用的聚丙烯纖維，要么是聚丙烯廢品回收后制成，要么是從紡織業中借用的，再者就是用剪斷的包裝帶、繩子代替，這些材料根本無法解決上述纖維混凝土的四個要點，由于存在纖維本身的纏繞，在拌入混凝土中易結團，所以關于聚丙烯是否可用于混凝土一直存在爭議。
80年代初期，美國軍隊工程師的混凝土專家為解決軍用混凝土工事在受炮火攻擊后的抗碎問題，同時也為解決軍事工程的耐久性問題，他們測試研究了很多種材料和方法。最后確認，在混凝土中加入一定量的聚丙烯纖維效果最好，于是混凝土專家與美國最大的化工產品企業──合成工業公司的聚丙烯材料專家共同研制用于混凝土的專用纖維，并于1984年成功研制出混凝土聚丙烯纖維──“FIBERMESH”，中文譯為“纖維網”。這是世界第一種成功用于混凝土增強的聚丙烯纖維。
3.1纖維網
纖維網一種網狀結構的聚丙烯纖維束，由美國纖維網砼公司及其國際代理機構擁有專利。它從各個角度解決了聚丙烯纖維用于混凝土所遇到的問題：
(1) 集束形網狀結構在混凝土中拌和時先呈束狀大面積分布，攪拌中期每束中的5-8個小束纖維分離出來，受骨料沖擊后展開成網狀，并隨著攪拌沖擊被撕開成不規則單絲，達到均勻分布的目的。這種被稱之為“二次分布法”的均勻分布方式與某種同樣可均勻分布的釘書針式排狀鋼纖維是一個原理。完全解決了分布均勻的問題。
(2) 與混凝土的握裹性問題，鋼纖維以做成波浪狀或兩關弓形來解決握裹性問題，在合成類纖維中，有多種單絲纖維截面成圓形，纖維絲面光滑，無法達到良好的握裹性。纖維網在拌和時撕裂成絲。