杜拉纤维的功能及作用机理

文摘:理论上，加入水泥基体中的各种材料的纤维有以下三种作用:提高基体的抗拉强度；(2)防止基体中原有缺陷(微裂纹)的扩展，延缓新裂纹的出现；(3)提高基体的变形能力，从而提高其韧性和抗冲击性能。
关键词:结构增强的杜拉纤维
在硬化形成强度的过程中，由于水与水泥的反应，在初始阶段形成晶体，这种晶体化合物的体积小于原材料的体积，从而引起混凝土体积的收缩。后期混凝土会因为自由水的蒸发而干燥。这些应力在一定时期内超过水泥基体的抗拉强度，从而在混凝土中产生微裂缝。这些微裂缝不可避免地存在于混凝土中骨料和水泥凝胶之间的局部接触表面以及凝胶本身内部。
在工程实践中，由于未采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂缝在内外力的作用下发展成更大的裂缝，并最终通过毛细通道和裂缝形成，往往导致防水失效，也导致结构设计强度远未充分发挥，严重威胁工程的安全和使用。研究表明，大多数裂缝与荷载无关，塑性收缩、干燥收缩、温度变化等开裂因素是许多混凝土问题的根本原因。
由于单位体积内大量纤维均匀分布在混凝土中，微裂缝在发展过程中必然会被纤维堵塞，消耗能量，难以进一步发展，从而堵塞裂缝，达到抗裂的效果。纤维的加入就像在混凝土中加入了大量的细钢筋，抑制了混凝土的开裂过程，提高了混凝土的断裂韧性，这是仅靠钢筋无法实现的。
总之，纤维改善混凝土性能主要是通过物理和机械作用改善混凝土的内部结构，不改变混凝土中各种材料的化学性质，因此不会影响混凝土的耐久性。
杜拉纤维的功能和作用机制
1。有效提高混凝土/砂浆的抗裂性
在建筑实践中，杜拉纤维已经成为提高砂浆和混凝土抗裂性的一种非常有效和优秀的手段。杜拉纤维经特殊生产工艺进行表面处理，与水泥基材有很强的附着力。在美国，用电子显微镜研究了几种主要的混凝土增强塑料纤维丝。与其他纤维相比，杜拉纤维能容纳更多的骨料，与水泥基体有更紧密的结合力，因此在混凝土中能起到更有效的抗裂作用。杜拉纤维可以快速而容易地与混凝土材料混合，并且其分布极其均匀和彻底。每立方厘米水泥浆中有近二十根纤维丝，因此能在混凝土(砂浆)内部形成均匀的随机支撑体系，从而产生有效的二次强化作用。
相关机构的研究表明，在混凝土中，杜拉纤维的随机分布极大地有助于削弱混凝土在冻融过程中的塑性收缩和应力，将收缩能量分散到每立方米数千万根抗拉强度高、弹性模量相对较低的纤维单丝上，从而有效增强混凝土(砂浆)的韧性，抑制微裂缝的产生和发展。许多实践表明，在混凝土(砂浆)中添加杜拉纤维是控制混凝土塑性收缩和干缩等非结构性裂缝的极好手段。同时，混凝土中无数纤维单丝形成的随机支撑体系，可以有效阻碍骨料的离析，保证混凝土早期均匀泌水，从而阻碍沉降裂缝的形成。实验表明，与普通混凝土相比，体积含量为0.05%(约0.5 kg /m3)的杜拉纤维混凝土的抗裂性提高了近70%。
大体积混凝土在现代工业与民用建筑中的用量越来越大，结构形式也越来越复杂。水泥水化热、收缩等因素引起的开裂问题越来越受到人们的关注。国内一些高层建筑，如地下室底板、侧墙、转换层大梁、超大混凝土柱等，都成功证明了杜拉纤维混凝土优越的抗裂性能。
需要指出的是，杜拉纤维是一种低弹性模量纤维，掺量很小，对混凝土的抗压强度、抗折强度和抗拉强度影响很小，不能作为结构增强材料。
2。大大提高混凝土/砂浆的抗渗防水性能
杜拉纤维可以大大增强混凝土或砂浆的防水抗渗性能。添加大量微纤维可以有效抑制混凝土早期干微裂缝和离析裂缝的产生和发展，大大减少混凝土的收缩裂缝，特别是有效抑制连接裂缝的产生；混凝土中均匀分布的大量纤维，相互粘附，起到“支撑”骨料的作用，减少水和骨料在混凝土表面的离析，从而大大减少混凝土中直径为50-100 nm和> 100 nm的孔隙含量，抗渗性大大提高。试验结果表明，掺0.05%杜拉纤维混凝土的抗渗性比普通混凝土提高60-70%。杜拉纤维用作混凝土腐池、地下室工程、屋面、蓄水池、外墙抹灰等刚性自防水材料。，可有效解决渗透开裂问题。
目前，我国推广大量新型轻质墙体材料替代实心粘土砖势在必行，但加气混凝土、轻质砖和空芯块等几乎都存在易开裂、抗渗性不足的严重缺陷，严重损害了其优越性，影响了材料的推广使用。外墙/内墙抹灰时，在砂浆中加入适量的杜拉纤维可以有效防止开裂，达到良好的抗渗性，从而弥补这些材料的不足。实践证明，加入纤维后，施工简单，抹灰效率高，砂浆脱落少，对保证工程质量，提高工效，降低成本具有重要意义。
3。增强抗冲击和抗震能力
在混凝土中加入纤维并固化后，包裹在水泥| exam | big |中的高强纤维丝粘结在一起，形成密集的、随机分布的网络增强体系，有利于防治微裂缝的产生和发展，增强混凝土的韧性。同时，因为它有效的改善了水分分泌，所以对早期保养很有帮助。实践证明，在水泥养护初期，纤维混凝土比普通混凝土能保持更多的水分，水泥的水化反应更彻底，骨料的离析减少，级配更均匀，其表面强度比普通混凝土更强。纤维独特的表面处理技术使纤维能与水泥基材料紧密结合，极大地保持了混凝土的整体强度。当混凝土受到冲击时，纤维吸收大量能量，从而有效降低集中应力的作用，阻碍混凝土中裂缝的快速扩展，增强混凝土的抗冲击性能和抗震能力。这一特性对于一些承受冲击疲劳的混凝土结构(如道路、人行道、停车场、停机坪、车库地面、国防设施等)非常有用。).
4。增强抗冻性
在混凝土中加入杜拉纤维可以缓解温度变化引起的混凝土内部应力，防止微裂缝的扩展；同时，混凝土抗渗性的提高也有利于其抗冻性的提高。在美国北部和加拿大等寒冷地区，杜拉纤维混凝土在街道、停车场、超薄板区域和人行道上的使用有效地减少了冻裂问题。实践和研究表明，杜拉纤维可以作为一种有效的混凝土温差补偿抗裂方法。
5。确保混凝土预制构件的质量。
杜拉纤维能快速、彻底地均匀分散在混凝土/砂浆中，与水泥基材料有很强的粘结力，混凝土的韧性显著增强。实践中发现，在预制体中加入杜拉纤维可以较早地拆模，并保持较高的湿强度，有利于提高生产效率。与普通混凝土相比，杜拉纤维混凝土的抗裂性和抗渗性显著提高60%以上。良好的抗渗性有效保护了构件中的钢筋，避免了腐蚀危害。杜拉纤维混凝土制成的预制件比普通混凝土制成的预制件具有更好的外观，更坚固，更耐用。而且由于杜拉纤维可以均匀分布，还可以为预制件的棱角提供有效的保护，抑制表面裂缝，提高抗冲击性能，从而明显降低产品的破损率，提高混凝土预制件的质量。