朱　江
(廣東工業大學土木係,廣州市　510090)
[摘　要]　通過分析聚丙烯纖維對混凝土的增強作用,說明在混凝土中摻加適量的聚丙烯纖維能有效地提高混凝土材料的抗裂、抗衝擊、抗凍性能,改善混凝土的抗疲勞特性。文中還介紹了聚丙烯纖維混凝土在路麵工程中的應用實例及設計施工方法。
[關鍵詞]　聚丙烯纖維；聚丙烯纖維混凝土；微裂縫
[中圖分類號]　TU528.572　　[文獻標識碼]A　　[文章編號]　1002-3550(2000)12-0008-03

自波特蘭水泥問世以來，用其配製的混凝土及鋼筋混凝土已成為一種主要的建築材料。但是一般混凝土材料均存在脆性大、易開裂和抗衝擊性能差等問題。如何提高混凝土材料的抗裂、抗衝擊性能正受到各方麵廣泛的關注。
近(jin)十(shi)多(duo)年(nian)來(lai)，合(he)成(cheng)纖(xian)維(wei)混(hun)凝(ning)土(tu)在(zai)改(gai)性(xing)混(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)已(yi)成(cheng)為(wei)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)的(de)角(jiao)色(se)，特(te)別(bie)是(shi)聚(ju)丙(bing)烯(xi)纖(xian)維(wei)更(geng)以(yi)其(qi)成(cheng)本(ben)低(di)及(ji)改(gai)善(shan)混(hun)凝(ning)土(tu)性(xing)能(neng)的(de)顯(xian)著(zhu)效(xiao)果(guo)，受(shou)到(dao)工(gong)程(cheng)界(jie)的(de)注(zhu)意(yi)。聚(ju)丙(bing)烯(xi)纖(xian)維(wei)混(hun)凝(ning)土(tu)是(shi)在(zai)混(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)摻(chan)入(ru)適(shi)量(liang)的(de)聚(ju)丙(bing)烯(xi)微(wei)纖(xian)維(wei)，以(yi)改(gai)善(shan)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)脆(cui)性(xing)破(po)壞(huai)特(te)性(xing)
，減(jian)少(shao)混(hun)凝(ning)土(tu)塑(su)性(xing)收(shou)縮(suo)裂(lie)縫(feng)，提(ti)高(gao)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)韌(ren)性(xing)及(ji)抗(kang)衝(chong)擊(ji)性(xing)能(neng)，其(qi)中(zhong)少(shao)量(liang)聚(ju)丙(bing)烯(xi)纖(xian)維(wei)加(jia)入(ru)到(dao)混(hun)凝(ning)土(tu)後(hou)可(ke)以(yi)明(ming)顯(xian)改(gai)善(shan)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)抗(kang)裂(lie)性(xing)能(neng)及(ji)提(ti)高(gao)其(qi)抗(kang)衝(chong)擊(ji)性(xing)能(neng)的(de)特(te)性(xing)，已(yi)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)路(lu)麵(mian)工(gong)程(cheng)中(zhong)，並(bing)取(qu)得(de)了(le)良(liang)好(hao)的(de)效(xiao)果(guo)。

1作用機理與主要性能
聚丙烯纖維一般分為單絲和網形兩種規格

，長度19-50 mm，其物理性能基本相同，即密度0.91g/m3，熔點165℃，燃點590℃

，彈性模量3500 MPa。聚(ju)丙(bing)烯(xi)纖(xian)維(wei)不(bu)吸(xi)水(shui)，導(dao)熱(re)性(xing)低(di)，對(dui)酸(suan)堿(jian)鹽(yan)的(de)阻(zu)抗(kang)高(gao)，屬(shu)於(yu)無(wu)毒(du)材(cai)料(liao)。為(wei)了(le)增(zeng)強(qiang)纖(xian)維(wei)與(yu)混(hun)凝(ning)土(tu)的(de)表(biao)麵(mian)粘(zhan)結(jie)力(li)
，纖(xian)維(wei)表(biao)麵(mian)都(dou)經(jing)過(guo)了(le)特(te)殊(shu)處(chu)理(li)。
聚丙烯纖維能有效地提高混凝土的抗裂、抗衝擊及抗凍性能，改善混凝土的抗疲勞特性，是一種優良的路麵工程材料。
1.1聚丙烯纖維可提高混凝土的抗裂性能
我國著名專家王鐵夢教授認為【1】
，混凝土產生裂縫的原因主要為三種：外荷載直接應力引起的裂縫

，即按常規計算的主要應力引起的裂縫；外載作用下，結構次應力引起的裂縫：由變形引起的裂縫，如溫度、收縮和膨脹
、不bu均jun勻yun沉chen降jiang等deng因yin素su引yin起qi的de裂lie縫feng。裂lie縫feng通tong常chang由you其qi中zhong一yi種zhong或huo幾ji種zhong因yin素su共gong同tong作zuo用yong而er形xing成cheng，而er三san種zhong產chan生sheng裂lie縫feng的de因yin素su中zhong，尤you以yi變bian形xing變bian化hua引yin起qi的de裂lie縫feng最zui多duo，占zhan80%以上。
要yao提ti高gao混hun凝ning土tu的de抗kang裂lie能neng力li，可ke適shi當dang增zeng配pei構gou造zao鋼gang筋jin，但dan這zhe種zhong方fang法fa隻zhi是shi對dui抵di抗kang由you於yu外wai荷he載zai應ying力li引yin起qi的de裂lie縫feng有you效xiao，而er對dui於yu第di三san種zhong裂lie縫feng
，尤you其qi是shi塑su性xing收shou縮suo裂lie縫feng
，單dan靠kao配pei構gou造zao鋼gang筋jin是shi難nan以yi奏zou效xiao的de，因yin為wei鋼gang筋jin難nan以yi細xi密mi分fen布bu，而er聚ju丙bing烯xi纖xian維wei則ze可ke彌mi補bu這zhe方fang麵mian的de不bu足zu。當dang在zai混hun凝ning土tu中zhong摻chan入ru適shi量liang的de聚ju丙bing烯xi纖xian維wei後hou，由you於yu聚ju丙bing烯xi纖xian維wei與yu水shui泥ni基ji集ji料liao有you極ji強qiang的de結jie合he力li，可ke以yi迅xun速su而er輕qing易yi地di與yu混hun凝ning土tu材cai料liao混hun合he，分fen布bu均jun勻yun而er細xi密mi。
聚丙烯纖維在控製混凝土的塑性收縮裂縫上的主要作用為:阻滯塑性收縮裂縫的產生和限製裂縫的發展。混凝土的塑性開裂主要發生在混凝土硬化之前，特別是在混凝土澆注後4-5小(xiao)時(shi)之(zhi)內(nei)，此(ci)階(jie)段(duan)由(you)於(yu)水(shui)分(fen)的(de)蒸(zheng)發(fa)和(he)轉(zhuan)移(yi)
，混(hun)凝(ning)土(tu)內(nei)部(bu)的(de)抗(kang)拉(la)應(ying)變(bian)能(neng)力(li)低(di)於(yu)塑(su)性(xing)收(shou)縮(suo)產(chan)生(sheng)的(de)應(ying)變(bian)，因(yin)而(er)引(yin)起(qi)混(hun)凝(ning)土(tu)內(nei)部(bu)塑(su)性(xing)裂(lie)縫(feng)的(de)產(chan)生(sheng)。而(er)摻(chan)入(ru)了(le)聚(ju)丙(bing)烯(xi)纖(xian)維(wei)後(hou)
，由(you)於(yu)聚(ju)丙(bing)烯(xi)纖(xian)維(wei)分(fen)布(bu)均(jun)勻(yun)，起(qi)到(dao)類(lei)似(si)篩(shai)網(wang)的(de)作(zuo)用(yong)，減(jian)緩(huan)了(le)由(you)於(yu)粗(cu)粒(li)料(liao)的(de)快(kuai)速(su)失(shi)水(shui)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)裂(lie)縫(feng)，延(yan)緩(huan)了(le)第(di)一(yi)條(tiao)塑(su)性(xing)收(shou)縮(suo)裂(lie)縫(feng)出(chu)現(xian)的(de)時(shi)間(jian)。而(er)當(dang)裂(lie)縫(feng)出(chu)現(xian)後(hou)
，聚(ju)丙(bing)烯(xi)纖(xian)維(wei)的(de)存(cun)在(zai)又(you)使(shi)得(de)裂(lie)縫(feng)尖(jian)端(duan)的(de)發(fa)展(zhan)受(shou)到(dao)限(xian)製(zhi)
，裂(lie)縫(feng)隻(zhi)能(neng)繞(rao)過(guo)纖(xian)維(wei)或(huo)把(ba)纖(xian)維(wei)拉(la)斷(duan)來(lai)繼(ji)續(xu)發(fa)展(zhan)
，這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)消(xiao)耗(hao)巨(ju)大(da)的(de)能(neng)量(liang)來(lai)克(ke)服(fu)纖(xian)維(wei)對(dui)裂(lie)縫(feng)發(fa)展(zhan)的(de)限(xian)製(zhi)作(zuo)用(yong)，纖(xian)維(wei)的(de)體(ti)積(ji)摻(chan)量(liang)越(yue)大(da)，這(zhe)種(zhong)限(xian)製(zhi)作(zuo)用(yong)越(yue)強(qiang)。而(er)在(zai)普(pu)通(tong)混(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)裂(lie)縫(feng)的(de)尖(jian)端(duan)沒(mei)有(you)受(shou)到(dao)這(zhe)樣(yang)的(de)限(xian)製(zhi)作(zuo)用(yong)
，可(ke)自(zi)由(you)發(fa)展(zhan)，這(zhe)就(jiu)使(shi)得(de)普(pu)通(tong)混(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)的(de)裂(lie)縫(feng)比(bi)加(jia)入(ru)纖(xian)維(wei)的(de)混(hun)凝(ning)土(tu)中(zhong)的(de)裂(lie)縫(feng)要(yao)寬(kuan)
、要長。如圖1所示【2】，混凝土塑性收縮裂縫麵積
、裂縫最大縫寬及失水速率均隨著纖維體積含量的增大而顯著降低，說明聚丙烯纖維有效地提高了混凝土的抗裂性能。
另外
，聚丙烯纖維阻裂和細化裂縫的作用，明顯地改善了水泥石的結構，使水泥石中原生的微裂紋減少
、裂縫寬度減小
，這必然使水泥硬化體的抗滲性和韌性得到相當程度的提高。


1.2聚丙烯纖維可提高混凝土的抗衝擊性能
在混凝土內摻入聚丙烯微纖維，聚丙烯纖維與水泥基集料有極強的結合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合
，分布均勻；同時由於細微，故比麵積大
，每kg聚丙烯微纖維連起來的總長度可繞地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，則可使每cm3的de混hun凝ning土tu中zhong有you近jin二er十shi條tiao纖xian維wei絲si，故gu能neng在zai混hun凝ning土tu內nei部bu構gou成cheng一yi種zhong均jun勻yun的de亂luan向xiang支zhi撐cheng體ti係xi

，這zhe種zhong均jun勻yun的de亂luan向xiang支zhi撐cheng體ti係xi有you助zhu於yu提ti高gao混hun凝ning土tu受shou衝chong擊ji時shi動dong能neng的de吸xi收shou。顯xian然ran，這zhe是shi纖xian維wei的de阻zu裂lie作zuo用yong所suo致zhi。在zai混hun凝ning土tu受shou衝chong擊ji荷he載zai作zuo用yong時shi，纖xian維wei可ke以yi有you效xiao地di阻zu礙ai混hun凝ning土tu中zhong裂lie縫feng的de迅xun速su擴kuo展zhan，吸xi收shou由you於yu衝chong擊ji荷he載zai所suo產chan生sheng的de動dong能neng
，從cong而er提ti高gao混hun凝ning土tu的de抗kang衝chong擊ji性xing能neng。如ru表biao1所示為不摻纖維和摻有纖維的混凝土抗衝擊落重試驗的結果[3]。
表1 落重試驗結果
試件組 素混凝土 摻聚丙烯纖維混凝土（Vf=0.05%） 摻聚丙烯纖維混凝土（Vf=0.1%）
初裂衝擊次數 30 89 103
破壞衝擊次數 37 98 114