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，但目前試驗評價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)略計劃（SHRP）通過大量試驗研究和工程經(jīng)驗總結(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)行混凝土試驗評價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。這種差異實際上體現(xiàn)了用小試件評定實際結(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)尚很難通過試驗進(jìn)行宣的評價。雖然有關(guān)人員模擬現(xiàn)場條件制作了各種試驗裝置進(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。