作者：鐘秉章
摘要： 國外從70 年代末以來，對聚丙烯纖維混凝土進行了大量的試驗研究，并在軍事、
房屋、交通、水利等工程中得到廣泛應(yīng)用。我國則在80 年代中期開始引進應(yīng)用。研究成果
和工程經(jīng)驗證明，聚丙烯纖維能減少和防止混凝土在塑性和初期硬化階段的收縮裂縫產(chǎn)生，
從而提高防滲、抗凍、抗沖磨等性能。本文介紹聚丙烯纖維混凝土的性能和它在水利水電工
程中廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞： 聚丙烯 纖維網(wǎng) 纖維短絲 纖維混凝土 收縮裂縫 混凝土韌性
室內(nèi)試驗和工程實踐證明，在混凝土中加入較低摻量水平的聚丙烯纖維，即可減少或防
止混凝土在澆筑后早期硬化階段，因泌水和水分散失而引起塑性收縮和微裂紋；也可以減少
和防止混凝土硬化后期產(chǎn)生干縮裂縫及溫度變化引起的微裂紋，從而改善混凝土的防滲、抗
凍、抗沖磨等性能。同時由于大量纖維隨機分布于混凝土中，使混凝土結(jié)構(gòu)的變形能力、初
裂后殘余強度、韌性都有一定提高。此外聚丙烯纖維混凝土具有的較高粘稠性，可改善噴射
混凝土的性能和降低回彈。所有這些特點使聚丙烯纖維成為國外20 多年來提高混凝土性能
的一項重要措施。
80 年代中期以來聚丙烯纖維混凝土在我國土建和交通行業(yè)逐漸得到應(yīng)用，如高層建筑
的地下室、污水處理廠的污水池、游泳池、糧食倉儲庫、大型停車場、高速公路路面、高架
路路面、橋梁路面鋪裝層、機場停機坪、碼頭貨物料場，以及在地下洞室、護坡等工程應(yīng)用
噴射聚丙烯纖維混凝土。由于其良好的性能價格比以及和常規(guī)混凝土相同的施工方法，使聚
丙烯纖維混凝土得到廣泛應(yīng)用。
1 聚丙烯纖維混凝土的性能
聚丙烯纖維作為一種次要的混凝土加強系統(tǒng)(即不代替受力鋼筋)，對混凝土的性能產(chǎn)生
如下影響：
1. 1 聚丙烯纖維抑制了混凝土的塑性收縮微裂紋的產(chǎn)生，提高了建筑物的整體性、耐久性
和使用壽命
美國Pardon 與Zollo 等人分析了混凝土塑性收縮的性質(zhì)，用模擬體積變化的平面試樣
代替ASTM 沿用的只能反映線收縮的試樣來做試驗。加入體積含量0.1 % 聚丙烯纖維的砂
漿和混凝土，裂縫比對照試樣分別減少87 % 和82 %； 砂漿收縮量比對照減少32 %～40 %；
混凝土試樣收縮量有一組比對照減少48 %， 另一種則與對照相同。同濟大學混凝土材料研
究國家重點試驗室的測試表明，聚丙烯纖維含量為0. 05 % 和0. 15 % 的砂漿干縮裂縫加權(quán)
寬度分別為對照試樣的63. 5 % 和37. 3 % 。浙江大學土木工程學院28 d 干縮試驗表明，
摻量為0. 1 % 的聚丙烯纖維可減少混凝土干縮10 % 左右。大量的工程實踐也都證明，聚
丙烯纖維的使用對減少混凝土塑性收縮和防止開裂作用十分明顯。特別是隨著混凝土施工技
術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了用激光照準的混凝土平面澆筑機，每小時澆注量可達70 m3，一日可鋪設(shè)
2 000 m2 地面。采用聚丙烯纖維混凝土能成功地解決了在這樣的施工強度下，控制收縮裂
縫的問題。對聚丙烯纖維減少收縮裂縫的機理初步認為，一是由于聚丙烯纖維的存在，降低
了水分在混凝土中的遷移性，減少了泌水現(xiàn)象，因而減少了體積變化。根據(jù)英國認證委員會
(BBA) 出具的證明，聚丙烯纖維混凝土泌水可減少35 %～55 %； 另一種認識是聚丙烯纖
維的變形模量雖然較低，但卻與混凝土在早期硬化階段(24 h 內(nèi)) 時的變形模量相當，因而
可以有效地抑制開裂。對板式結(jié)構(gòu)防止裂縫過去一般是采用鋼筋網(wǎng)。聚丙烯纖維的廣泛應(yīng)用
已在一定程度上替代了這種傳統(tǒng)作法。圣荷西大學的一項對比試驗表明，采用聚丙烯纖維含
量為0.68 kg/m3 的混凝土比素混凝土減少裂縫71.5 %， 而設(shè)置鋼筋網(wǎng)的混凝土僅減少6.5
% 。多數(shù)人認為鋼筋網(wǎng)與聚丙烯纖維混凝土都有一定的抑制裂縫產(chǎn)生的作用，都屬于次要
增強。但前者由于分布很稀，實際上這種作用較弱，而主要是在裂縫發(fā)生后限制裂縫寬度。
因此不少人主張在地面支承板結(jié)構(gòu)中，可以用聚丙烯纖維混凝土取代鋼筋網(wǎng)，但同時也指出
兩者結(jié)合使用效果更好。至于用聚丙烯纖維混凝土代替鋼筋網(wǎng)混凝土能方便施工，并大大加
快進度，以及由此而帶來的效益，則是不言而喻的。
1. 2 強度和韌性是混凝土的兩大主要性能
當聚丙烯纖維加入量為混凝土體積的0. 1 % 左右時，不會提高混凝土的靜力強度(抗壓、
抗拉、抗折等)，但對韌性有顯著影響。試驗表明能較大地增強混凝土的抗沖擊性和柔韌性。
圣荷西大學的試驗表明，聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土抗沖擊能力提高一倍，柔韌性大約
提高40 %， 抗疲勞性能增加3 倍。Lanning 根據(jù)已進行的許多試驗綜合得出結(jié)果:聚丙烯
纖維混凝土按開裂后整體性衡量的韌性指標(ASTM 方法) 可提高15 %， 抗沖擊力增加10
% ～50 % 。也有試驗結(jié)果表明，按ASTM 方法，韌性指標中的I100 可提高70 % 。