聚丙烯纤维在高性能混凝土中的应用

　　聚丙烯纤维在高性能混凝土中的应用朱江（广东工业大学土木工程系，广东广州510090）效地改善混凝土材料的物理性能，提高混凝土材料的耐久性。文中还介绍了聚丙烯纤维在高性能混凝土工程中的应用实例，以及这种材料在高性能混凝土中的应用发展前景。

　　现代混凝土的应用向着高抗压、高抗拉、大流动度方向发展，同时要求建筑物在建造时容易施工，并能长期保持高强、高韧性、高抗渗性等性能，这就导致了高性能混凝土的产生，而高性能混凝土的主要发展方向包括了改性混凝土的内容，在三大改性混凝土中又以纤维混凝土为代表。中国工程院院士吴中伟教授认为f1，复合化是水泥基材料高性能化的主要途径，纤维强是其核心，复合化的技术思路一超叠加效应，对材料的高性能化有重要的意义，可用公式1在混凝土中掺入纤维所形成的纤维强混凝土能把普通混凝土的脆性有效地改变过来，同时提高其抗裂性和韧性。纤维混凝土中发展为迅速的是钢纤维混凝土，但钢纤维的造价高，施工中使钢纤维均匀分布在混凝土中会遇到一定的麻烦。近几年来应用化学纤维掺于混凝土以提高混凝土的抗裂、韧性和抗疲劳等性能己引起工程界的关注，化学纤维中又以质优、价廉的聚丙烯纤维应用为广泛。聚丙烯纤维由于能够均匀分散在混凝土中，化学性质稳定，施工简单在国际上己得到广泛的应用，在国内的混凝土工程中也逐渐为人们接受，并己成功应用于桥梁、路面、停车场的建设和混凝土的修补、高层建筑的特大型转换大梁及地下室地板、大型混凝土防水屋面结构以及各类水泥制品和预制构件。本文主要介绍聚丙烯纤维在高性能混凝土中的作用及其工程应用以及应用发展前景。以下介绍的聚丙烯纤维主要是以美国希尔兄弟化工公司生产的混凝土专用聚丙烯纤维（杜拉纤维）为例。

　　1聚丙烯纤维及高性能混凝土1聚丙烯纤维的物理性能混凝土专用聚丙烯纤维的物理性能如下：材料：聚丙烯耐酸碱性：极高比重：0. 91安全性：无毒材料：200003-03含湿量：<0.1弹性模量：3 793MPa吸水性：无导电、导热：极低1.2高性能混凝土高性能混凝土（HPC）的概念是1990年5月由美国国家标准与技术研究院（NIST）和美国混凝土协会（ACI）首先提出的。当时，高性能混凝土的定义为具有所要求的性能和匀质性的混凝土，这些性能包括：易于浇注、捣实而不离析；高超的、能长期保持的力学性能；早期强度高、韧性高和体积稳定性好；在恶劣的使用条件下寿命长。也就是说HPC要求高的强度、高的流动性与优异的耐久性。

　　但是，对高性能混凝土的要求各国不尽相同，欧美国家认为HPC的强度性能指标不应低于50~60MPa而且有良好的施工性与耐久性；日本则更重视混凝土的工作性和耐久性。而在我国，目前多数的专家认为：具有一定强度OC30）和高工作性及高耐久性（使用寿命>100年）的混凝土则可称之为高性能混凝土，其中高耐久性为重要。

　　由此可见，不管是哪一种学派的观点，高耐久性均被认为是高性能混凝土的重要特性。

　　2聚丙烯纤维在混凝土中的高性能作用及应用高性能混凝土重要特征是其优异的耐久性，耐久性可达百年以上，甚至可以达到500年是普通混凝土的3~5倍。混凝土的高耐久性可以减少结构的维修与翻新，节约材料与人工费，节约资源等，尤其对重要工程、纪念性建筑有重要意义。

　　与单一指标强度比较，耐久性是个非常复杂的问题，它涉及的内容和影响因素很多，但不管是由何种原因引起的混凝土的耐久性不合格而产生的破坏，其终均表现为出现裂缝，因此，有效地提高混凝土的抗裂性无疑对提高混凝土的耐久性有重要的意义，由此亦使混凝土高性能化。在混凝土内掺入聚丙烯纤维由于能有效地提高混凝土的抗裂、抗渗、抗冻性能，因而强了混凝土的耐久性。

　　2.1聚丙烯纤维在混凝土中的高性能作用1提高混凝土的抗裂性能在混凝土内掺入专用的聚丙烯纤维并经搅拌后，由于聚丙烯纤维与水泥基集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀；同时由于细微，故比表面积大，每kg聚丙烯微纤维连起来的总长度可绕地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，则可使每cm3的混凝土中有近二十条纤维丝，故能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强效果。聚丙烯纤维的乱向分布形式可削弱混凝土的塑性收缩，收缩的能量被分散到无数的纤维丝上，从而有效地强混凝土的韧性，减少混凝土初凝时收缩引起的裂纹和裂缝。同时，无数的纤维丝在混凝土内部形成的乱向撑托体系可以有效阻碍骨料的离析，保证混凝土早期均匀的泌水性，从而阻碍了沉降裂纹的形成。试验表明，同普通混凝土相比，体积掺量0.05的美国杜拉纤维混凝土抗裂能力提高了近70. 2提高混凝土的抗渗性能在混凝土中掺入聚丙烯纤维，可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂及离析裂纹的产生及发展减少混凝土的收缩裂碟其地抑制了连通裂缝的产生屈均匀分沛混凝土中ww.C1彼此相粘连的大量聚丙烯微纤维起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水与集料的离析，从而使混凝土中直径为50~100nm和大于100nm的孔隙的含量大大降低。Mehta认为，只有100nm以上的孔才对抗渗性有害，小于50nm的孔数量的多少可能反映出凝胶数量的多少，水化产物多，则抗渗性好。由此可见，掺入聚丙烯纤维后由于有效地降低了混凝土的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，因而对于普通混凝土而言，提高了混凝土的抗渗性能。试验表明，0.05体积掺量的杜拉纤维混凝土比普通混凝土的抗渗能力提高了2.13强混凝土的抗冻性能在混凝土中加入聚丙烯纤维，可以缓解温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，阻止温度裂缝的扩展；同时，混凝土抗渗能力的提高也有利于其抗冻能力的提高。实践及研究都表明，在混凝土中加入聚丙烯微纤维可作为一种有效的混凝土温差补偿抗裂手段。

　　2工程实例广州南方房产实业大厦工程的地下室底板及壁板混凝土均为C40S8高性能混凝土，其中添加了聚丙烯纤维，底板混凝土约为3000m3，分南、北两段施工。混凝土在搅拌出槽后纤维分散均匀，没有絮凝成团现象，拌和物表现出良好的保水性和粘聚性，混凝土的泵送性能优良，在整个浇筑过程中几乎未发生过一次堵塞。该工程地下室底板属大面积、大体积混凝土构件，聚丙烯纤维混凝土的使用取得了令人满意的效果，目前尚未发现一条可见的裂缝，业主对此十分满意。

　　另外，在重庆世界贸易中心工程中，其特大型转换大梁（500mmX 4000，15跨）的大体积C60混凝土面临如何防止收缩裂纹及强韧性的严峻问题。经慎重考虑，决定采用添加聚丙烯纤维来改善高性能C60混凝土的方案，经严格设计，严格施工，取得了满意的效果。

　　除此以外，聚丙烯纤维己成功应用在许多高性能混凝土工程中并取得了较好的使用效果。

　　3聚丙烯纤维在高性能混凝土中的应用发展前景聚丙烯纤维高性能混凝土是一种新型混凝土材料，从发展需要来看，体现出它在现代建筑中具有广阔的使用前景。

　　1发展高性能混凝土的需要从现代建筑和可持续发展观点看，需要发展高性能混凝土，它是当前水泥基材料的主要发展方向，被称为21世纪混凝土“，更具有”绿色“意义。提高建筑物耐久性，延长建筑物的使用寿命是极其重要的。据报道，建筑业消耗世界资源能源近40，建筑物的寿命延长一倍，资源能源的消耗和环境污染将减轻一半。另外，由于耐久性不足而引起的结构破坏日趋严重，修复花费巨大，许多国家对混凝土的耐久性问题己非常重视，而据专家预测，21世纪初将是我国钢筋混凝土结构的破坏高潮，届时每年所需的维修费用将高达数千亿元。而混凝土专用聚丙烯纤维由于能积极有效地改善混凝土的耐久性，使混凝土高性能化，且工作机理简单，适用性广泛，使用效果显著，在工程界己受到越来越多的关注。从确保工程质量，施工便利，兼顾成本及长短期效益等诸方面考虑，在混凝土中添加聚丙烯纤维不失为改善混凝土性能的有效途径。在北美和欧洲，经过20年来的大量工程实践，使用聚丙烯纤维混凝土的技术己日臻完善，聚丙烯纤维己成为改善混凝土性能为广泛使用的手段之一，而在我国，随着高性能混凝土的广泛使用，聚丙烯纤维在现代建筑中亦将具有广阔的应用前景。

　　3.2改善高性能混凝土防火性能的需要1，能混凝土由孟其组成决定了它1般都具有较高的密实度，这1特性对于提高建筑物的ww.C1耐久性来说是很有利的，但是对于建筑物的防火来说则有不利的一面。因为一旦建筑物发生火灾，致密的混凝土将使得建筑物内的水蒸气和热量无法排出，从而引起构件保护层的脱落，构件强度的降低，严重的则会引起建筑物的倒塌。而若在高性能混凝土中掺入聚丙烯纤维，由于聚丙烯纤维混凝土在耐火性方面所具有的特性，即当温度超过了聚丙烯纤维的熔点165 C时，混凝土内的聚丙烯纤维挥发逸出，并在混凝土中留下了相当于纤维所占体积的孔道，而聚丙烯纤维由于能均匀乱向分布在混凝土中，因此所留下的孔道也是均匀分布在构件中，这对于建筑物内由于温度升高所产生的水蒸气和热量的排出都是很有利的，由此亦改善了高性能混凝土的防火性能。

　　聚丙烯纤维能有效地改善高性能混凝土的防火性能的特性将使它在防火等级要求较高的建筑物如重要工程、纪念性建筑中有广阔的应用前景。