摘要】聚丙烯具有價(jià)格低、抗塑性干燥收縮及良好的裂后韌性等特點(diǎn)，常用作非結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)材料。針對聚丙烯纖維混凝土的研究現(xiàn)狀，對聚丙烯纖維的抗裂作用機(jī)理做了探討，為聚丙烯纖維的應(yīng)用提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】聚丙烯；混凝土；抗裂；增韌
【中圖分類好】 TV431.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B


　　聚丙烯具有價(jià)格低、物理力學(xué)性能好、抗早期塑性千燥收縮、抗爆、抗沖擊、抗疲勞、韌性好等特點(diǎn)，常用作非結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)材料。

　　早期混凝土中使用的聚丙烯纖維，大多是由聚丙烯薄膜經(jīng)高倍拉伸后，再經(jīng)針輥穿刺而成的束狀合成纖維，習(xí)慣上稱為聚丙烯膜裂纖維。目前生產(chǎn)方法是直接拉絲制成的單絲束狀集合體，每一束中有多根纖維單絲，在投人攪拌時(shí)自動(dòng)分散。某些聚丙烯纖維生產(chǎn)過程中經(jīng)過了特殊的表面處理，這樣保證了聚丙烯纖維與混凝土中水泥水化物之間較好的粘結(jié)。

　　目前工程中常用的是美國生產(chǎn)的DR纖維，其經(jīng)過特別的工藝處理，可以保證纖維在混凝土中長期發(fā)揮功效，保持混凝土優(yōu)良的性能。表1列出杜拉纖維主要技術(shù)參數(shù)。
表1 杜拉纖維主要技術(shù)參數(shù)
材料 纖維類型 密度 吸水性 熔點(diǎn) 導(dǎo)熱性 導(dǎo)電性 拉伸極限
聚丙烯 束狀單絲 0.91g/cm3 無 168℃ 極低 極低 15%
抗拉強(qiáng)度 安全性 吸濕率 抗酸堿性 燃點(diǎn) 旦尼爾 彈性模量 自分散性
≥276MPa 無毒材料 ≤0.1% 極高 580℃ 15±2 3793MPa 好


1研究狀況

　　與木材、鋼材等建筑材料相比，混凝土有著十分明顯的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著一些缺點(diǎn)。如抗拉強(qiáng)度低，通常其抗拉強(qiáng)度只是抗壓強(qiáng)度的1/8-1/6；極限拉伸率極小，僅為0.005%-0.05%，在受拉或受彎時(shí)的變形能力很差且呈脆性破壞，抗斷裂性、抗沖擊性相應(yīng)較低。

　　早在20世紀(jì)60年代中期，Goldfein用合成纖維作為水泥混凝土增強(qiáng)的可能性，發(fā)現(xiàn)尼龍、聚丙烯、聚乙烯等纖維有助于提高混凝土的抗沖擊性能。而Zollo等的試驗(yàn)結(jié)果表明，若在混凝土巾旅右0.1％-0.3％的聚丙烯纖堆，可使混凝土的塑性收縮減少12%-25%。Grzybowaki與Shah用圓環(huán)形試件測定不同纖維體積摻率的聚丙烯纖維混凝土的裂縫寬度，發(fā)現(xiàn)該值隨纖維摻率的提高呈現(xiàn)較大幅度的下降。Ramakrishnantan的研究結(jié)果表明，摻有0.1%-0.3%聚丙烯纖維的混凝土經(jīng)過200萬次加荷后，疲勞極限較素混凝土增加15%-18%。Hughes等研究了摻入原纖化和單絲聚丙烯纖維增強(qiáng)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線，并指出摻入聚丙烯纖維后混凝土的增韌效果顯著。

　　國內(nèi)關(guān)于聚丙烯纖維增強(qiáng)混凝土的研究是隨著聚丙烯纖維在國內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目中的大規(guī)模應(yīng)用開始的，目前主要集中于聚丙烯纖維增強(qiáng)混凝土的物理力學(xué)性能的研究。朱江等根據(jù)美國、日本、韓國和中國等七家試驗(yàn)室對PFRC的力學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行誤差分析，建立力學(xué)性能計(jì)算，并按我國混凝土規(guī)范建立的變異系數(shù)原則修正力學(xué)關(guān)系，從而使PFRC的力學(xué)性能設(shè)計(jì)指標(biāo)能與現(xiàn)行國家混凝土規(guī)范并軌。谷章昭等研究認(rèn)為，摻入合成纖維后可以使數(shù)以萬計(jì)的纖維均勻地分布在混凝土內(nèi)部，混凝土塑性階段干縮及冷卻所產(chǎn)生的表面裂縫一旦延伸到纖維即可停止發(fā)生。纖維的抗裂性取決于纖維的長度與摻量，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)一并考慮，纖維摻量為0.6-0.9kg/m3已有良好的抗裂性。中國國家建筑材料測試中心按中國國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ82-85對摻有0.1%體積率的聚丙烯單絲纖維混凝土與素混凝土進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)和50次凍溶循環(huán)后試件重量與抗壓強(qiáng)度損失作了對比，證明聚丙烯的摻人對于抗?jié)B和降低強(qiáng)度損失方面有較好的效果。馬一平等在聚丙烯對于水泥混凝土性能影響方面主要研究內(nèi)容有：聚丙烯單絲與水泥石界面脫粘強(qiáng)度及其影響因素；聚丙烯纖維對水泥復(fù)合材料物理力學(xué)性能，聚丙烯纖維參數(shù)、纖維幾何形態(tài)對水泥混凝土塑性干縮開裂性能的影響等。沈榮熹研究了低摻率合成纖維在混凝土中的作用機(jī)制，歸納總結(jié)了合成纖維作為混凝土增強(qiáng)材料的特點(diǎn)，表明低摻率合成纖維在混凝土中具有阻裂和增韌作用�？壕案督榻B了水泥混凝土早期塑性收縮的發(fā)展過程，約束狀態(tài)下塑性收縮變形及收縮應(yīng)力的量測方法，聚丙烯纖維的尺寸和摻量對改善塑性收縮裂縫的影響，并嘗試著對聚丙烯纖維阻裂增韌的機(jī)理進(jìn)行了初步探討。

　　相比之下，國內(nèi)對于纖維作用深層次的微觀機(jī)理如：纖維增強(qiáng)材料的疲勞行為、疲勞裂紋的增長機(jī)理等的研究等還很少有報(bào)道。同時(shí)由于各種原因，國內(nèi)外研究的重點(diǎn)都放在了短纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料上，而長纖維及其織物增強(qiáng)水泥復(fù)合材料研究的相關(guān)報(bào)道則較少。

　　有報(bào)告稱“摻人DR纖維的混凝土比未摻人杜拉纖維的混凝土無論是抗壓強(qiáng)度還是軸心抗壓強(qiáng)度都有明顯的提高”；也有觀點(diǎn)聲明“低摻率合成纖維對混凝土的抗壓、抗拉與抗彎強(qiáng)度以及楊氏彈性模量均無明顯影響。”中國國家建筑材料測試中心曾對美國兩家公司的聚丙烯纖維分別以低摻率加入于混凝土中進(jìn)行壓、拉、彎強(qiáng)度指標(biāo)的檢測，那些“低摻率的合成纖維即可適度提高混凝土強(qiáng)度指標(biāo)”的試驗(yàn)結(jié)果“很可能是帶有選擇性的”。