摘要：通過理論分析和試驗研究，認為聚丙烯纖維通過以下四種效應對混凝土的性能產生影響，增稠效應、阻裂效應、界面效應、荷截傳遞效應。增稠效應能減少混凝土的離析、泌水，但增加密實的難度。阻裂效應能有效阻止混凝土發生塑性開裂，提高硬化后混凝土介質的連續性，增強了混凝土的抗動載能力。界面效應對混凝土的抗折強度不利，但可通過摻入粉煤灰等活性混合材料加以改善。荷載傳遞效應能提高混凝土裂后的韌性。
關鍵詞：聚丙烯纖維 混凝土 效應分析力學特性

一、前言

聚丙烯纖維是一種新型的混凝土防裂纖維，也被稱為“次要增強筋”，主要功能是抑制混凝土的塑性裂縫的產生，目前市場上常見的幾種聚丙烯纖維的物理性能指標見表1。
品名 密度(kg/m3) 長度(mm) 類型 抗酸堿性 抗拉強度(Mpa) 直徑μm 伸長率 彈模(Gpa)
A 0.91 12 束狀單絲 強 － 20 28％ 3.5
B 0.91 19 束狀單絲 強 276 40 15％ 3.8
C 0.91 19 束狀單絲 強 560－770 100 － 3.5


根據復合材料理論分析和試驗結果均證實，聚丙烯纖維較低的彈性模量（3.5Gpa）左右，僅為普通混凝土彈性模量的1/10，和在混凝土中較小的摻量（體積率為0.05-02%）并不能使硬化混凝土的強度有明顯提高，且在破壞過程中也不能顯示出作為纖維增強型復合材料應具備的破壞特征，因此有關工程技術人員認定聚丙烯纖維僅能提高混凝土早期的抗裂性，而以后期的使用性能無顯著影響。本文通過理論分析和試驗研究后認為，雖然聚丙烯纖維的摻量較低，但由于纖維的細度高（平均纖維直徑為20μm－100μm），以常用的每立方米混凝土0.9kg的纖維摻量就可獲得700－3000萬根的纖維根數。如此高的纖維數量除了在混凝土中具有顯著的阻裂效應，其增稠效應、界面效應和荷載傳遞效應也將對混凝土的性能產生不可忽視的影響。本文將從聚丙烯纖維在混凝土中的上述幾點效應入手，分析聚丙烯纖維混凝土的性能。

二、聚丙烯纖維的增稠效應

稠度是指新拌混凝土軟硬稀程度，是混凝土一項重要的工作性指標。增大新拌混凝土的稠度才能減少混凝土離析、泌水，但也增大了混凝土振排氣密實的難度，需加強振動才能保證混凝土密實。本文測試了聚丙烯纖維摻入后對新拌混凝土維勃稠度的影響，試驗結果見表2。
纖維品種 基準 C品牌 C品牌 A品牌
纖維摻量(kg/m3) 0 0.9 1.8 0.7
體積率(Vf) 0 0.1% 0.2% 0.077%
維勃稠度 5.8 9.1 11.5 9.6


由表2可見：摻入聚丙烯纖維后，新拌混凝土的維勃稠度（經振動達到表面液化所需時間）提高，并隨纖維摻量增大而顯著。由于聚丙纖維的增稠效應使混凝土振動密實的難度增大，應對硬化后混凝土的強度有所影響。表3為不同成型振動時間下聚丙烯纖維混凝土標準養護28天齡期抗折強度的測試結果。（試件尺寸100×100×400m）。

試驗編號 纖維品種 纖維摻量(kg/m3) 纖維體積率(%) 振動時間(s) 抗折強度(Mpa)
Con.-1 - 0 0 20 8.32
Con.-2 - 0 0 40 8.50
FM1-1 C品牌 0.9 0.1 20 7.76
FM1-2 C品牌 0.9 0.1 40 8.31
FM2－1 C品牌 1.8 0.2 20 7.73
FM2-2 C品牌 1.8 0.2 40 7.73
FM2-3 C品牌 1.8 0.2 60 8.36
CF1-1 A品牌 0.7 0.077 20 7.70
CF1-2 A品牌 0.7 0.077 40 8.26

由表3可見：同樣在成型時振動20s，聚丙烯纖維摻入會使混凝土的強度有所下降。當延長振動時間至40s時，基準混凝土強度有所提高，但不明顯(2%)，纖維摻量相對較低的FM1和CF1系列的抗折強度增長明顯，增幅達7%。強度和基準混凝土的強度值接近，而M2系列強度仍未增長。繼續延長振動時間至60s，FM2的強度有明顯提高，增長率也為7%左右，強度值和基準混凝土的接近。
　　上述實驗結果和維勃稠度的測試結果具有較好的相關性，表明聚丙烯纖維的增稠效應是存在的，并且不利于混凝土的振動密實，并最終提高混凝土的強度。為消除增稠效應對混凝土強度的不利影響，應隨纖維摻量的增大適當延長新拌混凝土的振動時間。

三、聚丙烯纖維的阻裂效應

聚丙烯纖維的阻裂效應是指對混凝土早期塑性開裂的抑制作用，也是聚丙烯纖維最為主要的效應。纖維阻止混凝土發生不規則、無取向性的塑性開裂的能力和中纖維的間距有關，對于不同品種的纖維這種能力則體現在纖維的細度上。宏觀上理解聚丙烯纖維的阻裂效應，可以將其看成是纖維對塑性期混凝土的增強作用，這種增強作用的有效性主要和纖維在混凝土中的分散程度有關，即纖維越細，纖維間距越小，增強作用越有效，百由于塑性期混凝土自身尚無強度，常用的纖維抗拉強度、長徑比、彈性模量等性能參數均不和纖維在混凝土中阻裂效應的強弱有關。

試驗編號 Con. FM1 FM2 CF1 DF1 SF1
纖維品種 － C品牌 C品牌 A品牌 B品牌 鋼纖維
纖維摻量(kg/m3) 0 0.9 1.8 0.9 0.9 50
塑性裂縫寬度 1.084