提要 本文就目前對聚丙烯纖維在混凝土中阻裂效應(yīng)的意義、聚丙烯纖維對混凝土強(qiáng)度和耐外性的影響等模糊不清或沿存爭議的問題談了幾點(diǎn)看法，并從作用機(jī)理上進(jìn)行了闡述。結(jié)論認(rèn)為聚丙烯纖維對混凝土性能有明顯的改善作用，但目前試驗(yàn)評價(jià)方法尚不能有效展示聚丙烯纖維的效應(yīng)。
　　關(guān)鍵詞 聚丙烯纖維 混凝土 阻裂效應(yīng) 強(qiáng)度

1 引言

　　聚丙烯纖維是一種新型的混凝土增強(qiáng)纖維，被稱為混凝土的“次要加強(qiáng)筋”，適用于路面橋面、襯里護(hù)壁、地坪等工程部位，近幾年在我國的市政、公路和建筑工程中已有較多應(yīng)用。從1997年至今，僅在天津道路和橋面工程中聚丙烯纖維混凝土的用量已達(dá)到十幾萬平方米，聚丙烯纖維的總用量近20噸，絕大部分工程應(yīng)用效果也較好。

　　由于摻入聚丙烯纖維改善了混凝土的品質(zhì)，使混凝土的綜合使用性能得到提高，美國聯(lián)邦公路戰(zhàn)略計(jì)劃（SHRP）通過大量試驗(yàn)研究和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)后認(rèn)為可將聚丙烯纖維等有機(jī)纖維增強(qiáng)混凝土當(dāng)作路面高性能混凝土的一種。但作者通過和施工、設(shè)計(jì)人員的現(xiàn)場交流，發(fā)現(xiàn)很多工程技術(shù)人員對聚丙烯纖維在混凝土中的效應(yīng)認(rèn)識不足，認(rèn)為聚丙烯纖維的功能僅是阻止混凝土發(fā)生塑裂，而對硬化混凝土的性能無積極作用，或者將聚丙烯纖維和鋼纖維的增強(qiáng)效果進(jìn)行對比，以摻入纖維對混凝土抗折（抗拉）強(qiáng)度的提高程度作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)分析后認(rèn)為，有關(guān)人員對聚丙烯纖維功能認(rèn)識上的片面性主要源于現(xiàn)行混凝土試驗(yàn)評價(jià)方法的局限性和長期形成的以硬化混凝土靜載強(qiáng)度為目標(biāo)的思維定勢。本文就有關(guān)問題進(jìn)行討論，并闡述作者的看法。

2 聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)

　　同常用的鋼纖維相比，聚丙烯纖維的特點(diǎn)是細(xì)度高（當(dāng)量直徑0.02-0.1mm）、數(shù)量多（0.9kg/m3）的摻量充分分散可獲得700-3000萬根纖維單絲）、在混凝土中的纖維間距小。上述特點(diǎn)使聚丙烯纖維能有效限制早期（塑性期和硬化初期）混凝土由于離析、泌水、收縮等因素形成的原生裂隙的發(fā)生和發(fā)展，減小原生裂隙的數(shù)量和尺度。而原生裂隙通常是混凝土破壞或性能劣化的起源。從此角度理解，可認(rèn)為聚丙烯纖維的上述阻裂效應(yīng)的意義不僅在于有效地阻止了早期混凝土塑性裂縫的發(fā)生和發(fā)展，其意義更在于通過提高材料介質(zhì)的連續(xù)性，能使硬化后混凝土的性能得到顯著改善。對于路面和橋面混凝土，由于所承受的彎拉荷載和反復(fù)沖擊荷載對混凝土內(nèi)原生裂隙數(shù)量和尺度的敏感性較高，原生裂隙在數(shù)量和尺度上的減小對提高其使用性能是非常有利的。

　　存在的問題是：（1）聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)得以發(fā)揮的必要條件是混凝土在硬化早期同時(shí)處于變形受限和失水收縮狀態(tài)，而這樣的條件室內(nèi)或現(xiàn)場制作的小試件并不具備。這種差異實(shí)際上體現(xiàn)了用小試件評定實(shí)際結(jié)構(gòu)物中混凝土強(qiáng)度或耐外性的不足之處，對聚丙烯纖維混凝土，這種傾向性更為明顯。其結(jié)果造成了對聚丙烯纖維在混凝土中作用的低估。（2）聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)尚很難通過試驗(yàn)進(jìn)行宣的評價(jià)。雖然有關(guān)人員模擬現(xiàn)場條件制作了各種試驗(yàn)裝置進(jìn)行聚丙烯纖維阻裂效應(yīng)的研究，但受各種偶然因素的作用，試驗(yàn)結(jié)果的再現(xiàn)性不佳。以上因素造成了對聚丙烯纖維使用效果的低估和認(rèn)識上的模糊。

　　在混凝土中摻入纖維材料最初的目的就是針對因混凝土抗拉強(qiáng)度不足造成的易裂問題，纖維在混凝土中的阻裂效應(yīng)實(shí)際上正是提高了混凝土抗拉強(qiáng)度的表現(xiàn)，但不同品種因彈性模量、抗拉強(qiáng)度、長徑比、摻量等不同，在混凝土中阻裂效應(yīng)的作用機(jī)理和效果也不相同。鋼纖維的阻裂效應(yīng)體現(xiàn)在阻止硬化混凝土破壞時(shí)的裂縫擴(kuò)展上，是通過使硬化混凝土在裂后仍能保持一定的抗拉強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的，阻裂效應(yīng)作用的結(jié)果是提高了硬化混凝土的變形能力，使混凝土基材在破壞后仍保持一定的延性（假延性），因此，鋼纖維的阻裂能力和纖維彈性模量、界面粘結(jié)強(qiáng)度和自身抗拉強(qiáng)度有關(guān)。而聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)主要體現(xiàn)在消除或減輕了早期混凝土中原生裂隙的發(fā)生和發(fā)展，簡單的理解可認(rèn)為是通過聚丙烯纖維提高早期混凝土的抗拉強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)一步分析結(jié)果是聚丙烯纖維鈍化了原生裂隙尖端的應(yīng)力集中、使介質(zhì)內(nèi)的應(yīng)力場更加連續(xù)和均勻所至。由于早期混凝土自身的抗拉強(qiáng)度很低，因此，聚丙烯纖維的阻裂能力和纖維的抗拉強(qiáng)度、彈性模量等指標(biāo)并不明顯相關(guān)，而隨纖維細(xì)度的增大，混凝土中纖維間距的減小而增強(qiáng)。

　　通過以上分析可見，聚丙烯纖維和鋼纖維的阻裂效應(yīng)不可相互替代，因分別改善了不同時(shí)期混凝土的性能。對于路面橋面混凝土，鋼纖維在混凝土裂后方能發(fā)揮的阻裂效應(yīng)并無實(shí)際的意義，而混凝土在早期易發(fā)生塑性開裂的性能缺陷卻可通過摻入聚丙烯纖維加以解決或改善。

3 聚丙烯纖維對混凝土強(qiáng)度的影響

　　聚丙烯纖維的彈性模量低（約為混凝土的1/10）、具有一定的增稠作用和弱界面效應(yīng)都是對混凝土強(qiáng)度不利的因素，但由于聚丙烯纖維在混凝土中常用