一、概述
    纖維混凝土是近年來在國際與國內(nèi)迅速發(fā)展的新型復(fù)合材料，其中尤以聚丙烯纖維混凝土發(fā)展最快，它以優(yōu)良的抗?jié)B、抗凍、抗沖磨、抗沖擊等性能而廣泛用于公路、機場、橋梁、水工、建筑等領(lǐng)域。目前，美國合成纖維混凝土的使用量己占混凝土總產(chǎn)值的7%，我國自20世紀90年代中期開始，已有數(shù)以千計的工程采用聚丙烯纖維混凝土，并取得顯著成效。

    二、聚丙烯纖維的特性
    聚丙烯是一種結(jié)構(gòu)規(guī)整的結(jié)晶型聚合物，為乳白色、無味、無毒。質(zhì)輕的熱塑性塑料，密度為0.9～0.91g/cm³，是現(xiàn)有樹脂中最輕的一種，它不溶于水，耐熱性能良好，在121℃～160℃連續(xù)耐熱，熔點為165℃～170℃，聚丙烯幾乎不吸水，與大多數(shù)化學(xué)品如酸、堿、鹽不發(fā)生作用，物理機械性能良好，抗拉強度3.3×10⁷～4.14×10⁷Pa，抗壓強度4.14×10⁷～5.51×10⁷Pa，伸長率200%～700%，因此聚丙烯有較好的加工性能，聚丙烯可紡、可塑、拉膜、吹膜以及真空成型等。

    并不是任何未經(jīng)專門處理的聚丙烯纖維都能用于制備纖維混凝土，混凝土材料用合成纖維應(yīng)具有較高的耐堿性及水泥基體的分散性與粘結(jié)性能，普通的聚丙烯纖維存在著耐老化性能差、混凝土中攪拌易結(jié)成團等缺點，不能直接在工程中應(yīng)用，只有經(jīng)過改性處理的纖維，才能與水泥基材共同工作，早期的纖維混凝土所摻用的聚丙烯纖維大多采用聚丙烯膜裂纖維，20世紀80年代初，美國成功開發(fā)出單絲聚丙烯纖維，由于這種纖維成本低，以及改善混凝土效果顯著，而廣泛用在地下工程防水、工業(yè)與民用建筑屋面、地面以及公路、橋梁工程中。

    三、對混凝土物理性能的影響

    1 、減少離析，改善和易性

    普通混凝土從攪拌到硬化完成之前，經(jīng)常會出現(xiàn)離析及泌水現(xiàn)象，由于聚丙烯纖維的摻入，均勻散布的纖維在混凝土中呈現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，起到了支撐集料的作用，阻止了粗、細骨料的下沉，抑制了新拌混凝土的泌水和離析，從而改善了混凝土拌合物的和易性。

    2 、凝結(jié)時間

    混凝土中加入低摻率的聚丙烯纖維，因粘聚性增大，坍落度會略有下降，與等強度不摻纖維的混凝土相比，初凝時間提前l(fā)～1.5h，終凝時間也略有提前，但是不會對混凝土的工作性能產(chǎn)生不利影響。

    3 、減少混凝土的收縮裂縫

    混凝土的塑性收縮及干縮裂縫，主要是由于混凝土內(nèi)部因為收縮而出現(xiàn)的拉應(yīng)變超過了混凝土的極限應(yīng)變值所致。眾所周知，混凝土的極限拉伸率相當?shù)停话銉H為0.01%～0.20%，而聚丙烯纖維的極限拉伸率高達15%～18%，當數(shù)千萬根聚丙烯單絲纖維均勻散布于混凝土當中時，即可承受因混凝土收縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)變，延緩或阻止混凝土內(nèi)部微裂縫及表面宏觀裂縫的發(fā)生發(fā)展。根據(jù)混凝土配合比、養(yǎng)護條件及合成纖維的品牌及摻量，聚丙烯纖維的摻入能使混凝土的非結(jié)構(gòu)裂縫減少50%～90%。

    4 、提高混凝土的耐火性

    高強混凝土由于密度大，在遇火災(zāi)經(jīng)受高溫后，內(nèi)部的水蒸汽散發(fā)不出去，巨大的蒸汽內(nèi)壓使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生爆裂。在混凝土中摻入一定量的聚丙烯纖維，高溫能使聚丙烯纖維熔化，在混凝土內(nèi)部形成微細孔隙，散發(fā)水蒸汽，防止構(gòu)件在火災(zāi)中發(fā)生爆裂。

    四、對混凝土力學(xué)性能的影響

    1 、提高抗壓、抗折強度

    研究結(jié)果表明，混凝土中摻加聚丙烯纖維可明顯提高混凝土的抗壓、抗折等性能，其摻量在達到0.1%前強度增加較明顯，在達到0.1%后隨摻量的增加強度提高較慢。

    摻入少量低彈性模量度曉丙烯纖維促進混凝土抗壓、抗折強度的增長，是纖維的補強效應(yīng)，而非增強效應(yīng)，主要在于聚丙烯纖維的阻裂效應(yīng)，減少了裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的幾率，混凝土得以保持較好的完整性和連續(xù)性，從而間接地促進了強度增長。

    2 、提高抗沖擊性及抗疲勞性

    有資料表明，摻加聚丙烯纖維有助于提高混凝土的抗疲勞性及抗沖擊性，這是由于纖維的阻裂作用所致，在混凝土受沖擊荷載作用時，纖維可以阻止混凝土中裂縫的擴散與發(fā)展，間接地提高了混凝土的抗疲勞性及抗沖擊性。國家建筑材料測試中心試驗結(jié)果表明，摻有0.05%與0.1%纖維的砂漿抗沖擊強度比素砂漿分別提高17.7%與25.8%。

    3 、提高韌性

    聚丙烯纖維加入水泥基體，對基材的韌性有明顯增進作用，既使摻加體積率僅為0.05% 的聚丙烯纖維，也可以使混凝土受彎的韌性指數(shù)有明顯提高，其韌性提高的主要機制是由于纖維使混凝土在達到抗折極限強度后仍然保留著高于素混凝土的裂后強度。

    4 、彈性模量。

    有資料顯示，低摻率的聚丙烯纖維對混凝土的靜態(tài)彈性模量并無明顯影響，但對混凝土受壓或受拉的彈性模量有比較大的影響?？蒲腥藛T根據(jù)聚丙烯纖維增強混凝土彈性模量與混凝土強度等級建立關(guān)系，并取整數(shù)后得到設(shè)計應(yīng)用的聚丙烯纖維增強混凝土的彈性模量值，與新頒布的國家標準規(guī)定混凝土受壓或受拉的彈性模量值對應(yīng)比較，其變動范圍均低于設(shè)計規(guī)范規(guī)定的許用誤差5%，相關(guān)數(shù)據(jù)表明，混凝土強度等級越高，聚丙烯纖維混凝土彈性模量值與設(shè)計規(guī)范規(guī)定值之間的差異越小，說明聚丙烯纖維尤其適用于在高強度等級的混凝土工程中發(fā)揮作用。

    五、對混凝土耐久性的影響

    1 、增加抗?jié)B性

    摻加聚丙烯纖維增加抗?jié)B性的效果要大于強度的增加，這是因為纖維的阻裂作用不但減少了裂縫的數(shù)量，裂縫的長度和寬度，而且降低了生成貫通裂縫的可能性，同時，呈三維亂向分布的纖維也起到阻斷混凝土內(nèi)毛細作用效果。根據(jù)國家建筑材料測試中心測試結(jié)果，0.05% 摻量的聚丙烯纖維混凝土在1.2MPa水壓作用下，與同強度(28d 齡期)未摻纖維混凝土比較，抗?jié)B性提高70%。

    2 、抗凍融性

    有測試結(jié)果表明，加入聚丙烯纖維可以有效提高混凝土的抗凍能力，這主要是由于當有纖維存在時，可減少多次凍融循環(huán)而引起的混凝土內(nèi)的抗拉集中應(yīng)力，阻止了微裂縫的進一步擴展，另外，由于混凝土抗?jié)B性的提高，也有利于改善其抗凍融性。

    3 、抗碳化性

    混凝土碳化的關(guān)鍵因素是空氣中的CO2。滲透到混凝土體內(nèi)，與其堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，要提高混凝土抗碳化性能必須提高混凝土的防裂性能，切斷空氣滲入渠道，聚丙烯纖維在混凝土中的作用并不直接影響混凝土的碳化速度，只是由于摻加纖維的原因，使得鋼筋的保護層變得更加完善，從而間接地起到延緩混凝土碳化作用。

    4 、抗堿骨料反應(yīng)性

    治理堿骨料反應(yīng)的關(guān)鍵之一是阻水、外界不供給混凝土水分，則堿骨料反應(yīng)中產(chǎn)生的膠體停止膨脹，破壞消失，聚丙烯纖維抗堿骨料反應(yīng)性，從本質(zhì)上來說也是通過減少混凝土結(jié)構(gòu)當中各種裂縫以提高混凝土抗?jié)B性途徑實現(xiàn)的。

    六、合成纖維的摻量

    綜合考慮經(jīng)濟原因，聚丙烯纖維用于混凝土的摻量為0.7～1.5kg/m³，用于砂漿的摻量為0.7～0.9kg/m³。根據(jù)砂、石、料、水泥用量的變化，及抗裂要求，可適當增加或減少摻量，最高摻量1.8kg/m3，最低摻量0.5kg/m3。

    七、結(jié)語

    目前，我國應(yīng)用聚丙烯纖維混凝土的工程有廣州新中國大廈、重慶世界貿(mào)易中心、北京大運村、武漢長江二橋、三峽工程等都使用了聚丙烯纖維混凝土，并取得了理想效果。

    大量的工程實踐及試驗研究表明，低摻率的聚丙烯纖維混凝土綜合性能優(yōu)于普通混凝土，可以滿足某些特殊工程的需要，聚丙烯纖維在混凝土中以物理方式發(fā)揮作用，因此，它能夠用以任何工程場合，尤其適用于剛性防水混凝土、大體積混凝土，高強混凝土等，施工方法簡單，安全無害，質(zhì)量性能可靠，具有明顯的技術(shù)、經(jīng)濟效益。