通過(guò)介紹混凝土專(zhuān)用聚丙烯纖維的研究與發(fā)展情況及國(guó)外對(duì)聚丙烯纖維用于混凝土規(guī)范，了解聚丙烯纖維工作機(jī)理和工程設(shè)計(jì)要求。
[關(guān)鍵詞]  纖維混凝土  聚丙烯纖維  增強(qiáng)型  外摻料型  纖維網(wǎng)
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(fā)展已有100多年歷史，高強(qiáng)化在很長(zhǎng)時(shí)間里是努力的目標(biāo)，被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)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(chǎn)生裂紋，抗沖擊碎裂性差，這種問(wèn)題不是因?yàn)閺?qiáng)度不夠，而是耐久性不夠。多年來(lái)，工程技術(shù)人員從原材料、配合比、外加劑、制造工藝、養(yǎng)護(hù)工藝等多方面加以研究改進(jìn)，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(wèn)題的關(guān)鍵。
中國(guó)工程院院士吳中偉教授認(rèn)為：復(fù)合化是水泥基材料高性能化的主要途徑，纖維增強(qiáng)是其核心。自70年代，纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料發(fā)展起來(lái)，鋼纖維、玻璃纖維已較早地應(yīng)用于混凝土，可以從多方面改善混凝土的性能，關(guān)于鋼纖維、玻璃纖維應(yīng)用領(lǐng)域和使用情況已趨于明確，我國(guó)于1992年頒布了鋼纖維的設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。隨著材料加工技術(shù)的進(jìn)步，專(zhuān)用于混凝土的聚丙烯纖維研制成功，使纖維混凝土技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的階段。
2．纖維混凝土
纖維混凝土就是在混凝土拌合過(guò)程中加入一定量的纖維材料，通過(guò)纖維的密集分布來(lái)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(fā)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(jī)理與其有一定的接近，纖維對(duì)混凝土的貢獻(xiàn)是從抑制塑性開(kāi)裂開(kāi)始的。而纖維對(duì)混凝土性能的提高，必須具備以下幾個(gè)主要條件：
(1)  分布均勻    (2)    與混凝土的握裹性強(qiáng)     (3)  材料本身抗腐蝕、抗堿集料反應(yīng)強(qiáng)        
(4)材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度好
這四個(gè)條件每個(gè)都是重要和必不可少的。需要說(shuō)明的是，纖維對(duì)混凝土的作用不是為提高強(qiáng)度，而是通過(guò)達(dá)到上述的條件，來(lái)提高混凝土的抗裂、抗碎、抗?jié)B水、抗折、抗沖擊、抗疲勞等綜合性能。鋼纖維與合成纖維都對(duì)混凝土強(qiáng)度有提高，因材質(zhì)不同鋼纖維提高的要大。
鋼纖維是最早應(yīng)用于混凝土的，這自然源于鋼筋混凝土的啟發(fā)，隨著纖維混凝土技術(shù)的發(fā)展的，人們把研究重點(diǎn)傾向于合成纖維，合成纖維成本低，當(dāng)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(jì)的辦法能提高混凝土堅(jiān)韌性。在合成纖維中聚丙烯是最好的材料，耐腐蝕、抗堿反應(yīng)。
3．用于混凝土的聚丙烯纖維
早在70年代，英國(guó)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(lái)砌成防護(hù)堤。許多工程技術(shù)人員都在進(jìn)行聚丙烯纖維用于混凝土的研究。那時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果或相互矛盾或不理想，這些試驗(yàn)結(jié)果一直被做為評(píng)定聚丙烯纖維的基礎(chǔ)。人們一直認(rèn)為聚丙烯無(wú)法對(duì)混凝土產(chǎn)生效果，而且這些顧慮現(xiàn)在依然存在，這是很不幸的。因?yàn)槟切┰囼?yàn)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(yè)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(wú)法解決上述纖維混凝土的四個(gè)要點(diǎn)，由于存在纖維本身的纏繞，在拌入混凝土中易結(jié)團(tuán)，所以關(guān)于聚丙烯是否可用于混凝土一直存在爭(zhēng)議。
80年代初期，美國(guó)軍隊(duì)工程師的混凝土專(zhuān)家為解決軍用混凝土工事在受炮火攻擊后的抗碎問(wèn)題，同時(shí)也為解決軍事工程的耐久性問(wèn)題，他們測(cè)試研究了很多種材料和方法。最后確認(rèn)，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(zhuān)家與美國(guó)最大的化工產(chǎn)品企業(yè)──合成工業(yè)公司的聚丙烯材料專(zhuān)家共同研制用于混凝土的專(zhuān)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(wǎng)”。這是世界第一種成功用于混凝土增強(qiáng)的聚丙烯纖維。
3.1纖維網(wǎng)
纖維網(wǎng)一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯纖維束，由美國(guó)纖維網(wǎng)砼公司及其國(guó)際代理機(jī)構(gòu)擁有專(zhuān)利。它從各個(gè)角度解決了聚丙烯纖維用于混凝土所遇到的問(wèn)題：
(1) 集束形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在混凝土中拌和時(shí)先呈束狀大面積分布，攪拌中期每束中的5-8個(gè)小束纖維分離出來(lái)，受骨料沖擊后展開(kāi)成網(wǎng)狀，并隨著攪拌沖擊被撕開(kāi)成不規(guī)則單絲，達(dá)到均勻分布的目的。這種被稱(chēng)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(shū)針式排狀鋼纖維是一個(gè)原理。完全解決了分布均勻的問(wèn)題。
(2) 與混凝土的握裹性問(wèn)題，鋼纖維以做成波浪狀或兩關(guān)弓形來(lái)解決握裹性問(wèn)題，在合成類(lèi)纖維中，有多種單絲纖維截面成圓形，纖維絲面光滑，無(wú)法達(dá)到良好的握裹性。纖維網(wǎng)在拌和時(shí)撕裂成絲，