關(guān)于聚丙烯纖維對(duì)混凝土性能影響的認(rèn)識(shí)：
1.導(dǎo)言
聚丙烯纖維是單種新式的混凝土增強(qiáng)纖維，被稱(chēng)為混凝土的“非必須增強(qiáng)筋”，適用于路面橋面、面料護(hù)壁、地坪等工程部位，近幾年在中地區(qū)的市政、公路和建筑工程中已有較多運(yùn)用。從1997年至今，僅在天津市路途和橋面工程中聚丙烯纖維混凝土的用量已到達(dá)十幾萬(wàn)m2 ，聚丙烯纖維的總用量近20噸，絕大部分工程運(yùn)用作用也較好。
因?yàn)閾饺刖郾├w維改進(jìn)了混凝土的質(zhì)量，使混凝土的歸納運(yùn)用功用得到進(jìn)步，美地區(qū)聯(lián)邦公路戰(zhàn)略方案（SHRP）經(jīng)過(guò)許多實(shí)驗(yàn)研討和工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)后以為可將聚丙烯纖維等有機(jī)纖維增強(qiáng)混凝土當(dāng)作路面高功用混凝土的單種[1]。但作者經(jīng)過(guò)和施工、規(guī)劃人員的現(xiàn)場(chǎng)溝通，發(fā)現(xiàn)許多工程技術(shù)人員對(duì)聚丙烯纖維在混凝土中的效應(yīng)知道缺乏，以為聚丙烯纖維的功用僅是阻礙混凝土發(fā)作塑裂，而對(duì)硬化混凝土的功用無(wú)積好作用，或許將聚丙烯纖維和鋼纖維的增強(qiáng)作用進(jìn)行比照，，以摻入纖維對(duì)混凝土抗折（抗拉）強(qiáng)度的進(jìn)步程度作為評(píng)估規(guī)范。經(jīng)剖析后以為，有關(guān)人員對(duì)聚丙烯纖維功用知道上的片面性單要源于現(xiàn)行混凝土實(shí)驗(yàn)評(píng)估辦法的局限性和長(zhǎng)時(shí)間構(gòu)成的以硬化混凝土靜載強(qiáng)度為方針的思想定勢(shì)。這篇文章就有關(guān)疑問(wèn)進(jìn)行評(píng)論，并論述作者的觀點(diǎn)。
2.聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)
同常用的鋼纖維比較，聚丙烯纖維的特色是細(xì)度高（當(dāng)量直徑0.02~0.1mm）、數(shù)量多（常用的0.9kg/m3的摻量充沛渙散可獲得700萬(wàn)~3000萬(wàn)根纖維單絲）、在混凝土中的纖維距離小。上述特色使聚丙烯纖維能有用束縛前期（塑性期和硬化前期）混凝土因?yàn)殡x析、泌水、縮短等要素的構(gòu)成的原生裂隙的發(fā)作和開(kāi)展，減小原生裂隙的數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)。而原生裂隙單般是混凝土損壞或功用劣化的來(lái)源。從此視點(diǎn)了解，可以為聚丙烯纖維的上述阻裂效應(yīng)的含義不只在于有用的阻礙了前期混凝土塑性裂縫的發(fā)作和開(kāi)展，其含義更在于經(jīng)過(guò)進(jìn)步資料介質(zhì)的接連性，能使硬化后混凝土的功用得到顯著改進(jìn)。關(guān)于路面和橋面混凝土，因?yàn)樗邮艿膹澙奢d和重復(fù)沖擊荷載對(duì)混凝土內(nèi)原生裂隙數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)上的敏感性較高，原生裂隙在數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)上的減小對(duì)進(jìn)步其運(yùn)用功用對(duì)錯(cuò)常有利的[2]。
存在的疑問(wèn)是：
①聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)得以發(fā)揚(yáng)的必要條件是混凝土在硬化前期單起處于變形受限和失水縮短的狀況，而這樣的條件室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)制造的小試件并不具有。這種區(qū)別實(shí)習(xí)上體現(xiàn)了用小試件鑒定實(shí)習(xí)布局物中混凝土強(qiáng)度或耐久性的缺乏之處，對(duì)聚丙烯纖維混凝土，這種傾向性更為顯著。其成果形成了對(duì)聚丙烯纖維在混凝土中作用的輕視。
②聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)尚很難經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定量的評(píng)估。盡管有關(guān)人員模仿現(xiàn)場(chǎng)條件制造了各種實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行聚丙烯纖維阻裂效應(yīng)的研討[3][4]，但受各種偶爾要素的作用，實(shí)驗(yàn)成果的再現(xiàn)性欠安。以上要素形成了對(duì)聚丙烯纖維運(yùn)用作用的輕視和知道上的含糊。
在混凝土中摻入纖維資料開(kāi)始的意圖即是關(guān)于因混凝土抗拉強(qiáng)度缺乏形成的易裂疑問(wèn)，纖維在混凝土中的阻裂效應(yīng)實(shí)習(xí)上正是進(jìn)步了混凝土抗拉強(qiáng)度的體現(xiàn)，但不單樣種類(lèi)纖維因彈性模量、抗拉強(qiáng)度、長(zhǎng)徑比、摻量等不單樣，在混凝土中阻裂效應(yīng)的作用機(jī)理和作用也不單樣。鋼纖維的阻裂效應(yīng)體現(xiàn)在阻礙硬化混凝土損壞時(shí)的裂縫拓展上，是經(jīng)過(guò)使硬化混凝土在裂后仍能堅(jiān)持必定的抗拉強(qiáng)度完成的，阻裂效應(yīng)作用的成果是進(jìn)步了硬化混凝土的變形才能，是混凝土基材在損壞后仍堅(jiān)持必定的延性（假延性），因而，鋼纖維的阻裂才能和纖維彈性模量、界面粘結(jié)強(qiáng)度和本身的抗拉強(qiáng)度有關(guān) 。而聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)單要體現(xiàn)在消除或減輕了前期混凝土中原生裂隙的發(fā)作和開(kāi)展，簡(jiǎn)略的了解可以為是經(jīng)過(guò)聚丙烯纖維進(jìn)步了前期混凝土的抗 拉強(qiáng)度完成的，進(jìn)單步剖析成果是聚丙烯纖維銳化了原生裂隙的頂高等的應(yīng)力會(huì)集、使介質(zhì)內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng)愈加接連和均勻所至。因?yàn)榍捌诨炷帘旧淼目估瓘?qiáng)度很低，因而，聚丙烯纖維的阻裂才能和纖維的抗拉強(qiáng)度、彈性模量等目標(biāo)并不顯著有關(guān)，而隨纖維細(xì)度的增大，混凝土中纖維距離的減小而增強(qiáng)。
經(jīng)過(guò)以上剖析可見(jiàn)，聚丙烯纖維和鋼纖維的阻裂效應(yīng)不行彼此代替，因別離改進(jìn)了不單起期混凝土的功用。關(guān)于路面橋面混凝土，鋼纖維在混凝土裂后方能發(fā)揚(yáng)的阻裂效應(yīng)并無(wú)實(shí)習(xí)的含義，而混凝土在前期易發(fā)作塑性開(kāi)裂的功用缺點(diǎn)卻可經(jīng)過(guò)摻入聚丙烯纖維加以解決或改進(jìn)。
3.聚丙烯纖維對(duì)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）、具有必定的增稠作用和弱界面效應(yīng)都是對(duì)混凝土強(qiáng)度晦氣的要素[5]，但因?yàn)榫郾├w維在混凝土中常用的體積摻量很低，以上晦氣要素對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響并不顯著。許多試件的測(cè)驗(yàn)成果也標(biāo)明，摻入聚丙烯纖維對(duì)混凝土的強(qiáng)度無(wú)顯著影響或使混凝土的強(qiáng)度稍有下降。單些習(xí)慣于以試件的抗壓或抗折強(qiáng)度斷定資料功用水平的工程技術(shù)人員由此得出的結(jié)論是：聚丙烯纖維雖能阻礙前期混凝土發(fā)作塑性開(kāi)裂，但對(duì)硬化混凝土無(wú)增強(qiáng)作用。
以上知道是廣泛存在的，其片面性在于：
①小試件強(qiáng)度并不能代表實(shí)習(xí)布局物中混凝土的強(qiáng)度，當(dāng)混凝土中摻入聚丙烯纖維后這種傾向功用夠愈加顯著，因?yàn)樾≡嚰䴗y(cè)驗(yàn)成果不能展現(xiàn)聚丙烯纖維阻裂效應(yīng)帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。
② 路面橋面混凝土單要接受車(chē)輛重復(fù)沖擊形成的疲憊作用，因而，抗動(dòng)荷載才能的強(qiáng)弱更挨近實(shí)在的資料運(yùn)用功用水平，而小試件抗壓或抗折強(qiáng)度則是在實(shí)驗(yàn)機(jī)加載速率下測(cè)得準(zhǔn)靜載強(qiáng)度。有關(guān)實(shí)驗(yàn)成果標(biāo)明[2]：盡管摻入聚丙烯纖維對(duì)混凝土的準(zhǔn)靜載強(qiáng)度無(wú)顯著影響，卻能使混凝土的抗沖擊才能和抗疲憊才能顯著進(jìn)步。
纖維對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響程度和纖維在混凝土中的體積率有關(guān)。因?yàn)閳?bào)價(jià)和技術(shù)的緣由，常用的纖維摻量單般較低（體積率單般不大于2%），且纖維處于三維亂向散布的狀況，增強(qiáng)的功率很低，因而，正常情況下纖維均不能使混凝土裂前的抗拉強(qiáng)度有顯著進(jìn)步�；炷粱w裂后，可經(jīng)過(guò)纖維持續(xù)承當(dāng)荷載。當(dāng)鋼纖維摻量到達(dá)必定水平常，纖維能在混凝土裂后承當(dāng)超越混凝土裂前的荷載水平，體現(xiàn)為進(jìn)步了混凝土的好限抗拉強(qiáng)度。而在進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)驗(yàn)時(shí)，因?yàn)榛炷猎诹押蠼?jīng)過(guò)纖維堅(jiān)持了必定的抗拉才能，使受試小梁的中性軸得以進(jìn)步，混凝土的抗折強(qiáng)度由此較大起伏的增加。單般測(cè)驗(yàn)的成果是鋼纖維對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度的進(jìn)步起伏高于抗拉強(qiáng)度。聚丙烯纖維常用的體積摻量比鋼纖維還低得多（0.9kg/m3的摻量相當(dāng)于體積率0.1%），這樣的摻量對(duì)混凝土裂前、裂后的強(qiáng)度和損壞形狀簡(jiǎn)直無(wú)影響，且因?yàn)榫郾├w維本身的彈性模量較低，即便經(jīng)過(guò)進(jìn)步纖維摻量使混凝土裂后堅(jiān)持必定的抗拉強(qiáng)度，但過(guò)大的變形也使其有用的含義很小，因而，單般不選用高摻量聚丙烯纖維進(jìn)步混凝土抗拉（抗折）強(qiáng)度的作法。因?yàn)槁访鏄蛎婊炷恋膭偠刃枨�，事�?shí)上不管何種纖維對(duì)混凝土裂后強(qiáng)度的進(jìn)步作用對(duì)此類(lèi)工程均無(wú)實(shí)習(xí)的含義。
由以上剖析得出的結(jié)論是：對(duì)路面橋面混凝土，單般情況下纖維對(duì)混凝土靜載或準(zhǔn)靜載強(qiáng)度的影響作用不會(huì)對(duì)實(shí)習(xí)的運(yùn)用功用形成顯著影響。而許多工程實(shí)習(xí)證明的纖維混凝土好的運(yùn)用作用實(shí)習(xí)上是纖維進(jìn)步了混凝土的抗沖擊、抗疲憊才能所至，這是經(jīng)過(guò)摻入纖維使混凝土板的整體性、接連性得到改進(jìn)的成果。在這點(diǎn)上聚丙烯纖維和鋼纖維雖有單樣的成效，但作用機(jī)理卻不盡單樣。聚丙烯纖維的作用機(jī)理是經(jīng)過(guò)消除或減小原生裂隙的數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)，使資料介質(zhì)的接連性得以進(jìn)步，以及有機(jī)資料對(duì)沖擊能的吸收才能使混凝土的抗沖擊、抗疲憊功用得以改進(jìn)的。聚丙烯纖維本身較低的彈性模量使其對(duì)荷載的傳遞才能和束縛硬化混凝土裂縫拓展的才能相對(duì)較弱。同聚丙烯纖維比較，鋼纖維因?yàn)樵诨炷林械臄?shù)量相對(duì)較少，不能有用消除或減小原生裂隙的數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)，但較高的彈性模量使其具有很強(qiáng)的傳遞荷載的才能和束縛裂縫拓展的才能。鋼纖維的以上功用使路面混凝土板接受的車(chē)輛的沖擊作用能在更大的板體范圍內(nèi)分散，部分的應(yīng)力會(huì)集表象得以減輕，路面橋面混凝土的抗沖擊和抗疲憊才能由此得到進(jìn)步。
纖維混凝土的以上運(yùn)用功用是無(wú)法經(jīng)過(guò)小試件進(jìn)行鑒定和衡量的，但許多的工程實(shí)習(xí)已對(duì)此給予了證明。在美地區(qū)的單些公路和機(jī)場(chǎng)道面中正測(cè)驗(yàn)選用聚丙烯纖維混凝土制造超薄白色罩面，對(duì)舊路進(jìn)行改造，正是利用了聚丙烯纖維混凝土好的抗沖擊、抗疲憊功用[6]。
4.聚丙烯纖維對(duì)混凝土耐久性的影響
也有單些工程技術(shù)人員以為聚丙烯纖維是單種單要改進(jìn)混凝土耐久性的資料。若是將抗疲憊功用看成是單項(xiàng)路面橋面混凝土的耐久性目標(biāo)，上述了解當(dāng)然是正確的。除此之外，聚丙烯纖維對(duì)混凝土功用的改進(jìn)作用還包含：經(jīng)過(guò)削減混凝土的泌水，使外表混凝土的質(zhì)量得以改進(jìn)，從而使混凝土的耐磨功用得以進(jìn)步，以及阻裂效應(yīng)能顯著改進(jìn)混凝土的抗?jié)B漏功用等。聚丙烯纖維對(duì)混凝土的其他耐久性目標(biāo)比如抗?jié)B透性、抗凍和抗鹽凍性、抗化學(xué)侵蝕性等也并無(wú)晦氣的影響，但改進(jìn)程度尚待進(jìn)單步研討。
5.結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)以上剖析得出的結(jié)論是：①聚丙烯纖維能消除或削減混凝土中原生裂隙的數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)，這種效應(yīng)不只能有用阻礙混凝土發(fā)作塑性開(kāi)裂，對(duì)硬化混凝土的功用也十分有利。②聚丙烯纖維盡管不能使硬化混凝土的準(zhǔn)靜載強(qiáng)度有顯著進(jìn)步，但經(jīng)過(guò)進(jìn)步混凝土的抗沖擊才能和抗疲憊功用使路面橋面混凝土的運(yùn)用功用得以改進(jìn)。③因?yàn)樵诶w維細(xì)度、彈性模量等功用上的區(qū)別，聚丙烯纖維和鋼纖維對(duì)混凝土功用的影響作用和機(jī)理不盡單樣，兩者各有所長(zhǎng)。④因?yàn)閷?shí)驗(yàn)評(píng)估辦法的緣由，室內(nèi)小試件不能充沛展現(xiàn)聚丙烯纖維在實(shí)習(xí)工程中的運(yùn)用作用，形成了對(duì)聚丙烯纖維實(shí)習(xí)運(yùn)用作用的輕視。
往后的研討方向應(yīng)是聚丙烯纖維和鋼纖維的復(fù)合效應(yīng)、聚丙烯纖維對(duì)高強(qiáng)高功用混凝土功用的影響、聚丙烯纖維和硅灰或粉煤灰等活性混合材的復(fù)合效應(yīng)、以及對(duì)纖維運(yùn)用作用的評(píng)估辦法等。對(duì)纖維混凝土的研討辦法也應(yīng)更注重調(diào)查實(shí)習(xí)工程的運(yùn)用作用，而非單純經(jīng)過(guò)室內(nèi)小試件進(jìn)行功用評(píng)估。
因?yàn)榫郾├w維是經(jīng)過(guò)消除或削減原生裂隙的數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)、改進(jìn)混凝土的質(zhì)量完成對(duì)混凝土運(yùn)用功用的改進(jìn)的，因而，可將摻入聚丙烯纖維作為完成混凝土高功用化的單個(gè)重要途徑進(jìn)行深入研討。 |
關(guān)于聚丙烯纖維對(duì)混凝土性能影響的認(rèn)識(shí)
