朱　江
(廣東工業大學土木系,廣州市　510090)
[摘　要]　通過分析聚丙烯纖維對混凝土的增強作用,說明在混凝土中摻加適量的聚丙烯纖維能有效地提高混凝土材料的抗裂、抗沖擊、抗凍性能,改善混凝土的抗疲勞特性。文中還介紹了聚丙烯纖維混凝土在路面工程中的應用實例及設計施工方法。
[關鍵詞]　聚丙烯纖維；聚丙烯纖維混凝土；微裂縫
[中圖分類號]　TU528.572　　[文獻標識碼]A　　[文章編號]　1002-3550(2000)12-0008-03

自波特蘭水泥問世以來，用其配制的混凝土及鋼筋混凝土已成為一種主要的建筑材料。但是一般混凝土材料均存在脆性大、易開裂和抗沖擊性能差等問題。如何提高混凝土材料的抗裂、抗沖擊性能正受到各方面廣泛的關注。
近十多年來，合成纖維混凝土在改性混凝土中已成為越來越重要的角色，特別是聚丙烯纖維更以其成本低及改善混凝土性能的顯著效果，受到工程界的注意。聚丙烯纖維混凝土是在混凝土中摻入適量的聚丙烯微纖維，以改善混凝土的脆性破壞特性，減少混凝土塑性收縮裂縫，提高混凝土的韌性及抗沖擊性能，其中少量聚丙烯纖維加入到混凝土后可以明顯改善混凝土的抗裂性能及提高其抗沖擊性能的特性，已廣泛應用于路面工程中，并取得了良好的效果。

1作用機理與主要性能
聚丙烯纖維一般分為單絲和網形兩種規格，長度19-50 mm，其物理性能基本相同，即密度0.91g/m3，熔點165℃，燃點590℃，彈性模量3500 MPa。聚丙烯纖維不吸水，導熱性低，對酸堿鹽的阻抗高，屬于無毒材料。為了增強纖維與混凝土的表面粘結力，纖維表面都經過了特殊處理。
聚丙烯纖維能有效地提高混凝土的抗裂、抗沖擊及抗凍性能，改善混凝土的抗疲勞特性，是一種優良的路面工程材料。
1.1聚丙烯纖維可提高混凝土的抗裂性能
我國著名專家王鐵夢教授認為【1】，混凝土產生裂縫的原因主要為三種：外荷載直接應力引起的裂縫，即按常規計算的主要應力引起的裂縫；外載作用下，結構次應力引起的裂縫：由變形引起的裂縫，如溫度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素引起的裂縫。裂縫通常由其中一種或幾種因素共同作用而形成，而三種產生裂縫的因素中，尤以變形變化引起的裂縫最多，占80%以上。
要提高混凝土的抗裂能力，可適當增配構造鋼筋，但這種方法只是對抵抗由于外荷載應力引起的裂縫有效，而對于第三種裂縫，尤其是塑性收縮裂縫，單靠配構造鋼筋是難以奏效的，因為鋼筋難以細密分布，而聚丙烯纖維則可彌補這方面的不足。當在混凝土中摻入適量的聚丙烯纖維后，由于聚丙烯纖維與水泥基集料有極強的結合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻而細密。
聚丙烯纖維在控制混凝土的塑性收縮裂縫上的主要作用為:阻滯塑性收縮裂縫的產生和限制裂縫的發展。混凝土的塑性開裂主要發生在混凝土硬化之前，特別是在混凝土澆注后4-5小時之內，此階段由于水分的蒸發和轉移，混凝土內部的抗拉應變能力低于塑性收縮產生的應變，因而引起混凝土內部塑性裂縫的產生。而摻入了聚丙烯纖維后，由于聚丙烯纖維分布均勻，起到類似篩網的作用，減緩了由于粗粒料的快速失水所產生的裂縫，延緩了第一條塑性收縮裂縫出現的時間。而當裂縫出現后，聚丙烯纖維的存在又使得裂縫尖端的發展受到限制，裂縫只能繞過纖維或把纖維拉斷來繼續發展，這就需要消耗巨大的能量來克服纖維對裂縫發展的限制作用，纖維的體積摻量越大，這種限制作用越強。而在普通混凝土中裂縫的尖端沒有受到這樣的限制作用，可自由發展，這就使得普通混凝土中的裂縫比加入纖維的混凝土中的裂縫要寬、要長。如圖1所示【2】，混凝土塑性收縮裂縫面積、裂縫最大縫寬及失水速率均隨著纖維體積含量的增大而顯著降低，說明聚丙烯纖維有效地提高了混凝土的抗裂性能。
另外，聚丙烯纖維阻裂和細化裂縫的作用，明顯地改善了水泥石的結構，使水泥石中原生的微裂紋減少、裂縫寬度減小，這必然使水泥硬化體的抗滲性和韌性得到相當程度的提高。


1.2聚丙烯纖維可提高混凝土的抗沖擊性能
在混凝土內摻入聚丙烯微纖維，聚丙烯纖維與水泥基集料有極強的結合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時由于細微，故比面積大，每kg聚丙烯微纖維連起來的總長度可繞地球10多圈，若分布在1m3的混凝土中，則可使每cm3的混凝土中有近二十條纖維絲，故能在混凝土內部構成一種均勻的亂向支撐體系，這種均勻的亂向支撐體系有助于提高混凝土受沖擊時動能的吸收。顯然，這是纖維的阻裂作用所致。在混凝土受沖擊荷載作用時，纖維可以有效地阻礙混凝土中裂縫的迅速擴展，吸收由于沖擊荷載所產生的動能，從而提高混凝土的抗沖擊性能。如表1所示為不摻纖維和摻有纖維的混凝土抗沖擊落重試驗的結果[3]。
表1 落重試驗結果
試件組 素混凝土 摻聚丙烯纖維混凝土（Vf=0.05%） 摻聚丙烯纖維混凝土（Vf=0.1%）
初裂沖擊次數 30 89 103
破壞沖擊次數 37 98 114