聚丙烯纖維在混凝土中的抗裂機理
毛劍峰
（福州市第三建筑公司，福建 福州 350011）
摘要 本文介紹了聚丙烯纖維在混凝土中應用的情況，分析了其工作機理和抗裂特性，并進行了經濟對比分析。試驗和工程實踐表明該產品適用于地下工程，超長建筑和屋面工程及水工結構，對提高混凝土的抗裂性、抗滲性有明顯作用。
關鍵詞 聚丙烯纖維；纖維混凝土；抗裂和防滲機理
0引言
混凝土是一種抗壓強度大而抗拉強度低的脆性材料，隨著現代建筑技術的不斷發展，對混凝土提出了更高的要求，它正朝著高強度、高韌性、高阻裂、高耐久性和優異工作性方向發展。一般來說，在小水泥基體中隨機分布一些纖維是提高混凝土的韌性、耐沖擊性、抗滲性及耐收縮斷裂性的有效途徑。各種可用纖維，如鋼纖維、合成纖維、天然纖維已被應用于混凝土中，本文簡述了聚丙烯纖維混凝土的抗裂機理。
1纖維混凝土的工作機理
1.1纖維混凝土應用狀況
纖維混凝土中的纖維是一種以聚丙烯為原料，以特殊工藝制造的高強度、低延伸性聚丙烯纖維，可以有效地控制混凝土塑性、干縮、溫度收縮裂紋的產生，改善混凝土的抗滲性能，抗沖擊能力，延長混凝土制品的使用壽命。聚丙烯纖維是以特殊工藝制造的高強度、低延伸性纖維，對酸、堿環境有極高的抵御能力。該產品經120天酸(pH值2-3)，堿(pH值14.0)測試，幾乎無任何老化或損壞。該纖維經過特別的抗紫外線處理，具有抗紫外線老化能力，可保證纖維在混凝土中長期發揮功效，保持混凝土構件的優良性能。
聚丙稀纖維化學性質穩定，只依靠改變混凝土的物理結構而改善混凝土的性能，其纖維本身不發生任何化學反應。同混凝土骨料、外加劑、摻合料和水泥混合后其化學、物理性能穩定，故與混凝土材料有良好的親和性。
適用各種強度等級混凝土的防裂、特殊防裂需要的混凝土及有抗沖耐磨要求的混凝土；對水工混凝土面板防滲、防裂有明顯效果；對公路路面、橋梁防裂、抗沖磨能力及防止路面打滑均有很好的效果；對工業、民用建筑屋面、墻體、地面及地下室防裂、防水提高建筑抗震能力有很大的好處；對港口碼頭混凝土抗裂抗滲也很有好處。
1.2纖維混凝土的工作機理
一般理論認為，纖維加入水泥混凝土基體中主要有以下幾種作用:①提高混凝土抵抗拉伸變形能力，預防和防止混凝土中各種裂縫的出理。②提高混凝土的抗滲透能力。③改善混凝土韌性與抗沖擊性。
混凝土中均勻而任意亂向分布的短纖維對混凝土的增強機理，理論上存在兩種解釋。①美國Rmualoli提出的“纖維間距機理”(又稱纖維阻裂機理)，根據線彈性斷裂力學來說明纖維對于裂縫發生和發展的約束作用。認為在混凝土內部原來就存在缺陷，欲提高這種材料的強度，必須盡可能地減少缺陷的程度提高韌性，降低內部裂縫端部的應力集中系數。理論分析與實驗證明，當纖維的平均中心間距小于7.6mm時，纖維混凝土的抗拉彎初裂強度均得以提高。②英國的Swangat等人提出的“復合材料機理”，理論出發點是復合材料構成的混合原理，將纖維混凝土看著是纖維強化體系，并應用混合原理來推定纖維混凝土的抗拉和抗彎強度，提出了纖維混凝土強度與纖維的摻人量、方向、長徑比以及粘結力之間的關系。
以上二種理論說明纖維在混凝土/砂漿中的使用確有極大的作用。
混凝土在硬化形成強度的過程中，由于水和水泥的水化作用形成新的水泥晶體，引起混凝土體積的收縮，同時在早期又可能由于混凝土內自由水份透過減壓與蒸發而引起干縮。這些應力在某個時期超出了水泥基體的抗拉強度，于是在混凝土內部引起微裂縫，這些微裂縫存在于混凝土內的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體內部，這個階段的微粒帶著少許的能量，可以很容易被纖維吸收，由于纖維以單位體積內較大的數量均勻亂向分布于混凝土內部，故微裂縫在發展的過程中必須遭遇纖維的阻擋，消耗了能量，從而阻斷裂縫的發展達到抗裂作用。混凝土在收縮過程中也會產生收縮應力，纖維的加人猶如在混凝土中摻人纖維筋。這些纖維筋抑制了混凝土開裂的進程，提高了混凝土的斷裂韌性，也提高了混凝土的抗拉強度。
纖維改善混凝土的性能主要通過物理力學作用，不改變混凝土中各種材料本身的化學的化學性能，也不會影響混凝土耐久性。 |