【摘要】研究并開發了尼龍及聚丙烯纖維混凝土，這種混凝土具有較好的抗裂性，提高了混凝土工程的使用功能及耐久性，已成功地在上海8萬人體育場、地鐵工程及東方明珠電視塔等工程中推廣應用。 【關鍵詞】混凝土；合成纖維；抗裂性 【中圖法分類號】ＴＵ5 利用纖維提高水泥混凝土材料抗裂性的歷史可以追溯到古代，草筋粘土磚和紙筋灰是最早的纖維增強復合材料。即使在科技發達的現代，在許多偏僻的地方，它仍然不失為一種廉價的復合材料。合成纖維混凝土的研究及應用開始于60年代，70年代得到了蓬勃的發展。由于合成纖維能有效地控制水泥砂漿及混凝土的非結構裂縫，它在80年代已被大規模地應用于新建工程和修工程1)中。目前，美國合成纖維混凝土的使用量已占混凝土總產量的7%，數量已遠遠超過先期開發的鋼纖維混凝土(3%)，被視為近代混凝土技術的新發展。 合成纖維可以作為主要加筋材料(primary reinforcement)，提高混凝土材料的抗拉、韌性等結構性能，用于各種水泥基板材或替代石棉生產各種少石棉、無石棉制品，也可以作為一種次要加筋材料(secondary reinforcement)，主要用于提高水泥混凝土材料的抗裂性。 用于混凝土材料的合成纖維應具有較高的耐堿性及在水泥基體中的分散性與粘結性能，因此，使用前需要進行改性處理，以便能較好地與水泥基材共同工作。上海市建筑科學研究院與上海市合成纖維研究所共同合作，在90年代初立題研究并成功地開發了能有效控制非結構裂縫的合成纖維混凝土，在上海東方明珠電視塔、地鐵1號線、石化總廠及8萬人體育場等重大工程的實際應用中都取得了滿意的結果。 1　合成纖維的研制 用于混凝土的合成纖維應能在混凝土中快速均勻分散，與水泥基體有良好的粘結力并在堿性介質中有良好的耐久性，為達到這一要求，本課題必須研制出與美國Nycon公司的尼龍單絲纖維及Fibermesh公司的纖化聚丙烯纖維性能接近的合成纖維。為此，用紅外光譜儀等設備對國外產品的組成及性能進行分析檢測，并通過組成的調整、工藝參數的合理選擇及表面油性劑的篩選制成了尼龍基合成纖維科力1號單絲(TypeⅠ)及聚丙烯基合成纖維科力2號單絲(TypeⅡ)。合成纖維的性能及其混凝土的抗裂性見表1及表2。 表1 合成纖維的性能 Table 1 Properties of synthetic fibers Sample 　 Tensile strength(Mpa) Elongation （%） Density (g·cm-3) Water absorption （%） Diameter（µm） Nylon Type Ⅰ 940 17.8 1.16 4.5 27 Nycon 780 19.3 1.16 4.5 28 Polypropylene Type Ⅱ 560 18 0.91 2.5 39 Fibermesh 630 15 0.91 ＜0.003 - 由表可見，科力1號單絲的基本性能，大體上與Nycon公司的尼龍纖維單絲接近，但抗拉強度較高，科力2號單絲的抗拉強度略低，但吸水性明顯地高于Fibermesh纖化纖維，顯示科力2號的親水性較好，與水泥基體的粘結性優于Fibermesh。摻科力1號及科力2號的混凝土其抗裂性與對應的摻Nycon尼龍纖維及Fibermesh纖化聚丙烯纖維混凝土基本上處于相同的數量級，但售價大大地低于進口產品。 表2 合成纖維混凝土的抗裂性 Table 2 Crack resistance of synthetic fiber reinforced concrete Sample Crack Index Crack reduction(%) Nylon Control 248 -　 Type Ⅰ 111 55 Nycon 100 60 Polypropylene Control 242 - Type Ⅱ 39 84 Fibermesh 30 88 2　合成纖維混凝土的性能 混凝土的裂縫，特別是微裂縫是不可避免的[1]。由于存在裂縫，環境中的CO2，SO2，Cl-極易滲入混凝土內部，破壞混凝土結構，影響其使用年限，而摻入合成纖維后，可使數以千萬計的纖維三維均勻地分布在混凝土內部，混凝土塑性階段干縮及冷縮所產生的表面裂縫，一旦延伸到合成纖維即可停止發展。纖維混凝土的抗裂性可通過快速方法進行評估[2]。 合成纖維混凝土的抗裂性取決于纖維的長度和摻量，而纖維長度與骨料尺寸有關，砂漿和普通骨料混凝土一般以2ｃｍ長度為宜，大尺寸骨料應放大到3～4ｃｍ。混凝土的抗裂性隨纖維摻量的增加而提高(表3)，但其遞增率并不呈線性關系。如從綜合技術與經濟一并考慮，纖維摻量為600～900ｇ/ｍ3，已有良好的抗裂性。 表3 尼龍纖維摻量對抗裂性的影響 Table 3 Effect of Nylon fiber use level on crack resistance Fiber use lever (g·m-3) 0 600 1200 2400 Crack reduction (%) 0 43 64 83 尼龍纖維對新拌混凝土坍落度和坍落度損失的影響，除了低流動度混凝土(3ｃｍ)略有減少(約1cm)外，對中流動度(8cm)及大流動度(15cm)都無影響。現場操作人員的普遍感覺是合成纖維混凝土的施工性能優于普通混凝土。尼龍纖維不同摻量對砂漿和混凝土強度的影響示于表4。可以看出，尼龍纖維摻量對混凝土材料的強度無明顯的影響。 尼龍纖維摻量為600g/ｍ3時的干縮值示于表5。摻入尼龍纖維可顯著地降低混凝土的干縮值；早期約可降低50%