聚丙烯纤维增强混凝土概述.

聚丙烯纤维增强混凝土概述0引言阎利。万朝均。王绍东。黄承亚(1．安阳大学建筑工程系，河南省安阳市455000；2．重庆大学建筑材料工程系，重庆市400045；3．华南理工大学材料学院高分子系，广东省广州市510640)摘要：聚丙烯纤维以其极好的化学稳定性和优良的技术经济性能，在水泥基复合材料中得到日益广泛的应用。系统论述了用于增强混凝土的各种聚丙烯纤维的特点及主要性能，对国内外聚丙烯纤维增强混凝土的理论研究进展和应用研究进行了概述。关键词：合成纤维；聚丙烯(PP)纤维；纤维增强混凝土(FRC)；性能；进展中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1001—702x(20o3)O1—0052—04我国以往对钢纤维增强混凝土的研究和应用较多。近年来，合成纤维作为次级增强材料在混凝土工程中的应用日益增多。常用的合成纤维有：聚丙烯(PP)纤维、聚乙烯(PE)纤维、聚酰胺(尼龙，PA)纤维、聚丙烯腈(腈纶，PAN)纤维、聚酯(如涤纶，PET)纤维、聚乙烯醇(维纶，PVA)纤维等等。其中，由PP和PE等烯烃单体的均聚物或共聚物制成的纤维统称为聚烯烃(poIv0Iefin)纤维。同其它聚合物纤维相比，聚烯烃纤维(特别是聚丙烯纤维)具有耐化学腐蚀、湿强度高、加工性好、质轻、蠕变收缩小、价格低廉和在低掺量下对混凝土的抗裂、增韧效果显著等优良的技术经济性能，因而在建筑工程中得到越来越广泛的应用。本文对几种用作混凝土增强材料的聚丙烯纤维的特点、聚丙烯纤维增强混凝土的主要性能及国内外研究进展等进行综述。1聚丙烯纤维及其对混凝土性能的影响1．1工程上应用较多的几种聚丙烯纤维1．1．1经表面改性的束状单丝纤维未经改性的聚丙烯纤维表面是憎水的，不利于形成良好的纤维一混凝土基体界面。采用硅氧烷、烷基磷酸盐等表面处理剂对传统聚丙烯纤维进行表面改性，可以改善纤维在混凝土基体中的分散性，提高纤维一基体的粘接强度，充分发挥出纤维增强混凝土的各项优势。如美国歇尔兄弟化工公司收稿日期：2O02—04—01作者简介：阎利。1975年生。硕士研究生。地址：广州市华南理工大学研四宿舍612室。电话：020—85294572。E—mail：yard@nwgz．130111。·52·新型建筑材料2003．1生产的杜拉纤维(Durafiber)，就是对聚丙烯单丝进行特殊的表面处理，纤维与水泥基体的结合力大大增强，极大地提高了混凝土的抗裂性、抗冲击性，目前已广泛应用于道路、桥梁、工业厂房基础以及其它对抗裂要求较高的大体积混凝土工程中。日本三菱石油化学公司则采用化学改性的方法，采用不饱和羧酸对聚丙烯进行接枝，以提高聚丙烯纤维在水泥中的分散性，可以取得良好的效果。丹麦的克裂速纤维(Cemfiber)也属于这一类。1．1．2网状纤维使用在高温高压下为聚合物的良溶剂、但在常温常压下为该聚合物贫溶剂的溶剂对溶解聚合物进行闪蒸纺丝，可以直接制备出高度原纤化的三维结构的网状纤维。美国纤维网公司(Fibermesh)生产束状网形式纤维的技术比较成熟，这种纤维目前已广泛应用于包括中国在内的许多国家的混凝土工程中。1．1．3微孔纤维在纺丝过程中添加一定粒度的无机粒子，进行常规纺丝或膜裂纺丝，然后进行高倍拉伸，纤维产生不规则的原纤化，在纤维表面形成粗糙、不规则的微孔，从而有利于加强纤维一混凝土界面的粘结。东华大学王依民等“将p晶成核剂添加到切片中进行共混纺丝，拉伸时晶型转变为a晶，导致体积收缩而产生微孔，制得微孔纤维。1．1．4膜裂纤维用膜裂工艺可生产出原纤化的膜裂纤维。掺人膜裂纤维的混凝土，纤维与混凝土基体的粘接强度较高，可以起到增韧、阻裂等综合效果。表1列出了工程上最常用的2种聚丙烯纤维的基本物理力学性能。维普资讯http://www.cqvip.com表12种常用聚丙烯纤维的基本物理力学性能相对纤维长直径抗拉强弹性模熔点导电、耐酸碱项目密度度／mm／p．m度／MPa量／MPa／℃导热璋腐蚀性杜拉纤维O．9ll9482763793l65低好560～160～网状纤维0．9112～15—350o低好7701701．2聚丙烯纤维的掺入对混凝土性能的影响1．2．1提高混凝土的抗裂性能经过改性的聚丙烯纤维以很小的掺量掺入混凝土中，就可取得显著的抗裂效果。原因在于：混凝土产生裂纹源之后，高度分散的聚丙烯纤维以及每根纤维表面、两端的微纤在混凝土基体中充分发挥搭接作用和牵制作用，起到“次级加强筋”的效果，从而有效抵制裂纹的进一步扩展。例如体积掺量0．05％的杜拉纤维增强混凝土，抗裂能力可提高近70％。1．2．2提高混凝土的抗’中击性能提高混凝土的抗冲击性能是纤维增强混凝土的共同特点。在一定范围内，随着纤维掺量增高，混凝土的抗冲击强度也提高。与其他纤维相比，经过改性的聚丙烯纤维对混凝土的增韧效果更加显著。1．2．3