聚丙烯纖維在混凝土中的抗裂機(jī)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(yīng)用的情況，分析了其工作機(jī)理和抗裂特性，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)對比分析。試驗(yàn)和工程實(shí)踐表明該產(chǎn)品適用于地下工程，超長建筑和屋面工程及水工結(jié)構(gòu)，對提高混凝土的抗裂性、抗?jié)B性有明顯作用。
關(guān)鍵詞 聚丙烯纖維；纖維混凝土；抗裂和防滲機(jī)理
0引言
混凝土是一種抗壓強(qiáng)度大而抗拉強(qiáng)度低的脆性材料，隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，對混凝土提出了更高的要求，它正朝著高強(qiáng)度、高韌性、高阻裂、高耐久性和優(yōu)異工作性方向發(fā)展。一般來說，在小水泥基體中隨機(jī)分布一些纖維是提高混凝土的韌性、耐沖擊性、抗?jié)B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(yīng)用于混凝土中，本文簡述了聚丙烯纖維混凝土的抗裂機(jī)理。
1纖維混凝土的工作機(jī)理
1.1纖維混凝土應(yīng)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(qiáng)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(chǎn)生，改善混凝土的抗?jié)B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(qiáng)度、低延伸性纖維，對酸、堿環(huán)境有極高的抵御能力。該產(chǎn)品經(jīng)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(jīng)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(fā)揮功效，保持混凝土構(gòu)件的優(yōu)良性能。
聚丙稀纖維化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，只依靠改變混凝土的物理結(jié)構(gòu)而改善混凝土的性能，其纖維本身不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。同混凝土骨料、外加劑、摻合料和水泥混合后其化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，故與混凝土材料有良好的親和性。
適用各種強(qiáng)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(yè)、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?jié)B也很有好處。
1.2纖維混凝土的工作機(jī)理
一般理論認(rèn)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(yù)防和防止混凝土中各種裂縫的出理。②提高混凝土的抗?jié)B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(qiáng)機(jī)理，理論上存在兩種解釋。①美國Rmualoli提出的“纖維間距機(jī)理”(又稱纖維阻裂機(jī)理)，根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)來說明纖維對于裂縫發(fā)生和發(fā)展的約束作用。認(rèn)為在混凝土內(nèi)部原來就存在缺陷，欲提高這種材料的強(qiáng)度，必須盡可能地減少缺陷的程度提高韌性，降低內(nèi)部裂縫端部的應(yīng)力集中系數(shù)。理論分析與實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)纖維的平均中心間距小于7.6mm時(shí)，纖維混凝土的抗拉彎初裂強(qiáng)度均得以提高。②英國的Swangat等人提出的“復(fù)合材料機(jī)理”，理論出發(fā)點(diǎn)是復(fù)合材料構(gòu)成的混合原理，將纖維混凝土看著是纖維強(qiáng)化體系，并應(yīng)用混合原理來推定纖維混凝土的抗拉和抗彎強(qiáng)度，提出了纖維混凝土強(qiáng)度與纖維的摻人量、方向、長徑比以及粘結(jié)力之間的關(guān)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(qiáng)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(shí)在早期又可能由于混凝土內(nèi)自由水份透過減壓與蒸發(fā)而引起干縮。這些應(yīng)力在某個(gè)時(shí)期超出了水泥基體的抗拉強(qiáng)度，于是在混凝土內(nèi)部引起微裂縫，這些微裂縫存在于混凝土內(nèi)的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體內(nèi)部，這個(gè)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(nèi)較大的數(shù)量均勻亂向分布于混凝土內(nèi)部，故微裂縫在發(fā)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(fā)展達(dá)到抗裂作用�；炷猎谑湛s過程中也會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)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(jìn)程，提高了混凝土的斷裂韌性，也提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度。
纖維改善混凝土的性能主要通過物理力學(xué)作用，不改變混凝土中各種材料本身的化學(xué)的化學(xué)性能，也不會(huì)影響混凝土耐久性。 |