聚丙烯纤维在混凝土中的应用探讨

一、概述
纤维混凝土是近年来在国际与国内迅速发展的新型复合材料，其中尤以聚丙烯纤维混凝土发展最快，它以优良的抗渗、抗冻、抗冲磨、抗冲击等性能而广泛用于公路、机场、桥梁、水工、建筑等领域。目前，美国合成纤维混凝土的使用量己占混凝土总产值的7%，我国自20世纪90年代中期开始，已有数以千计的工程采用聚丙烯纤维混凝土，并取得显著成效。
　　二、聚丙烯纤维的特性
聚丙烯是一种结构规整的结晶型聚合物，为乳白色、无味、无毒。质轻的热塑性塑料，密度为0.9～0.91g/cm3，是现有树脂中最轻的一种，它不溶于水，耐热性能良好，在121℃～160℃连续耐热，熔点为165℃～170℃，聚丙烯几乎不吸水，与大多数化学品如酸、碱、盐不发生作用，物理机械性能良好，抗拉强度3.3×107～4.14×107Pa，抗压强度4.14×107～5.51×107Pa，伸长率200%～700%，因此聚丙烯有较好的加工性能，聚丙烯可纺、可塑、拉膜、吹膜以及真空成型等。
　　并不是任何未经专门处理的聚丙烯纤维都能用于制备纤维混凝土，混凝土材料用合成纤维应具有较高的耐碱性及水泥基体的分散性与粘结性能，普通的聚丙烯纤维存在着耐老化性能差、混凝土中搅拌易结成团等缺点，不能直接在工程中应用，只有经过改性处理的纤维，才能与水泥基材共同工作，早期的纤维混凝土所掺用的聚丙烯纤维大多采用聚丙烯膜裂纤维，20世纪80年代初，美国成功开发出单丝聚丙烯纤维，由于这种纤维成本低，以及改善混凝土效果显著，而广泛用在地下工程防水、工业与民用建筑屋面、地面以及公路、桥梁工程中。
　　三、对混凝土物理性能的影响
　　1、减少离析，改善和易性
　　普通混凝土从搅拌到硬化完成之前，经常会出现离析及泌水现象，由于聚丙烯纤维的掺入，均匀散布的纤维在混凝土中呈现三维网络结构，起到了支撑集料的作用，阻止了粗、细骨料的下沉，抑制了新拌混凝土的泌水和离析，从而改善了混凝土拌合物的和易性。
　　2、凝结时间
　　混凝土中加入低掺率的聚丙烯纤维，因粘聚性增大，坍落度会略有下降，与等强度不掺纤维的混凝土相比，初凝时间提前l～1.5h，终凝时间也略有提前，但是不会对混凝土的工作性能产生不利影响。
　　3、减少混凝土的收缩裂缝
　　混凝土的塑性收缩及干缩裂缝，主要是由于混凝土内部因为收缩而出现的拉应变超过了混凝土的极限应变值所致。众所周知，混凝土的极限拉伸率相当低，一般仅为0.01%～0.20%，而聚丙烯纤维的极限拉伸率高达15%～18%，当数千万根聚丙烯单丝纤维均匀散布于混凝土当中时，即可承受因混凝土收缩而产生的拉应变，延缓或阻止混凝土内部微裂缝及表面宏观裂缝的发生发展。根据混凝土配合比、养护条件及合成纤维的品牌及掺量，聚丙烯纤维的掺入能使混凝土的非结构裂缝减少50%～90%。
　　4、提高混凝土的耐火性
　　高强混凝土由于密度大，在遇火灾经受高温后，内部的水蒸汽散发不出去，巨大的蒸汽内压使混凝土构件产生爆裂。在混凝土中掺入一定量的聚丙烯纤维，高温能使聚丙烯纤维熔化，在混凝土内部形成微细孔隙，散发水蒸汽，防止构件在火灾中发生爆裂。