浅谈聚丙烯纤维混凝土的性能和工程应用

摘 要：近年来，国内外对聚丙烯纤维混凝土进行了大量的试验研究，发现相对于普通混凝土，纤维混凝土有效的提高了混凝土的抗折强度、冲击强度、弯曲韧性等，本文介绍了聚丙烯纤维混凝土目前的力学性能研究现状，及其在工程中的应用。

关键词：聚丙烯混凝土；性能；工程应用

混凝土是目前世界上用量最大、应用最广泛的材料之一。由于其易浇筑成型，可与钢结构结合制成各种构件，取材容易、价格低廉等优点，使得混凝土成为不可替代的建筑材料。但是，混凝土脆性大、抗拉强度低、抗折强度小等缺点，阻碍了混凝土的进一步发展。而在混凝土中掺入纤维的纤维混凝土，，可以有效的解决以上的缺点。

1 聚丙烯纤维混凝土概述

1.1 聚丙烯纤维混凝土的发展历程

聚丙烯是一种高分子碳氢化合物，其优点是化学稳定性好，相对于其他纤维混凝土如碳纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、钢纤维混凝土等，聚丙烯纤维混凝土耐腐蚀性更好、生产成本更低。聚丙烯纤维混凝土最早使用，是美国用于其军事工程中，以增强混凝土的坚固性。一九七零年，英国开始使用聚丙烯纤维混凝土，用于基桩的桩帽，防止打桩时桩帽的破坏。随后，Goldfein等人发现聚丙烯、尼龙等合成纤维能提高水泥砂浆的抗冲击能力。20世纪70年代，英美等发达国家已经逐步将聚丙烯单丝纤维用于混凝土制品中，并且美国还开发出聚丙烯膜裂纤维，不仅降低了聚丙烯单丝的直径，而且将纤维体积率降低0.1%-0.2%。80年代时，美国成功开发出直径为23-62μm的聚丙烯单丝纤维，应用于混凝土制品中有效提高了抗裂韧性。从此聚丙烯纤维广泛应用于西方发达国家的工程中，包括地下工程、工业民用建筑以及桥梁工程等。上世纪90年代，中国逐渐引进国外的合成纤维，使得聚丙烯纤维在国内得到发展。经数十年发展，目前国内应用聚丙烯纤维混凝土的工程已不计其数。

1.2 聚丙烯纤维对混凝土的力学性能的影响

1.2.1 聚丙烯纤维对混凝土抗压强度的影响

广东工业大学的苏健波和李士恩，对掺量小于0.1%的聚丙烯纤维混凝土研究发现，其立方体抗压强度没有明显提高，掺量大于0.1%时，立方体抗压强度反而降低。福州大学陈伟力、郑惠川等指出，低掺量的聚丙烯纤维混凝土对抗压强度影响有限。同济大学重点实验室的研究发现，0.4%掺量的聚丙烯纤维混凝土28天的抗压强度降低了18.2%。

大量实验结果和研究资料表明，低掺量的聚丙烯纤维对混凝土的抗压强度影响不大。

1.2.2 聚丙烯纤维对混凝土劈拉强度的影响

葛洲坝水利集团付华的实验结果阐述了在水灰比0.4的情况下，掺入3.0kg/m?的聚丙烯纤维，能使混凝土的劈拉强度有所提高。西北农林科技大学张慧莉的研究表明，聚丙烯纤维的掺入，混凝土的劈拉强度提高幅度最大达到72.09%，聚丙烯纤维延缓了劈拉试验中混凝土首条裂缝的出现。

1.2.3 聚丙烯纤维对混凝土抗折强度的影响

上海市政研究院的孙家瑛、孙建祥等人的试验结果表明，硅灰聚丙烯纤维混凝土在水灰比不变的情况下，聚丙烯纤维掺量由0增至0.15%时，混凝土的抗折强度提高达到27%。同济大学姚武、马一平的研究结果表明，水灰比为0.4的情况下，聚丙烯纤维混凝土的抗折强度有所降低，但其韧性指数比素混凝土高。

1.2.4 聚丙烯纤维对混凝土抗冲击性能的影响

东南大学的刘家彬的研究表明，聚丙烯纤维对混凝土的抗冲击性能影响显著，掺量为0.1%-0.2%时，混凝土的抗冲击性能提高达4-6倍。浙江大学王志钊、钱晓倩等人的试验表明，聚丙烯纤维使混凝土从初裂到破坏阶段吸收的能量提高27%，混凝土表现出的抗冲击韧性提高82%。因此，聚丙烯纤维表现出优越的抗冲击强度。

1.2.5 聚丙烯纤维对混凝土抗拉性能的影响

大连理工大学的王晓飞、丁一宁对聚丙烯粗纤维混凝土进行了轴拉性能的试验，结果表明聚丙烯粗纤维能有效提高混凝土的抗拉强度，提高幅度最大达到43%，但当纤维掺量过大时，抗拉强度降低，这是由于纤维影响了混凝土基体的密实度。由于聚丙烯纤维的抗拉强度较低且与混凝土基体粘结良好，因此试验中大部分聚丙烯纤维被拉断。

2 聚丙烯纤维在工程中的应用

由于聚丙烯纤维具有良好的力学性能，以及可以减少混凝土硬化过程中出现的微裂缝，能够改善混凝土的抗冻性、防渗、抗冲磨等性能，聚丙烯纤维被广泛应用于公路、桥梁、核反应堆外壳、隧道、飞机跑道等工程，在工业与民用建筑中，抗震框架节点部位和桩帽等，堤坝、涵洞的防水、补强等场合，都有使用聚丙烯纤维混凝土。

2.1 聚丙烯纤维在房屋建筑结构中的应用

陕西宝鸡法门寺合十舍利塔工程，工程为钢骨砼双向折线往复倾斜双塔体结构，塔的第四层设计为18m球冠状穹顶结构，穹顶壳体混凝土厚度0.2m，球冠上部由8根弧形工字钢梁、3道环梁与壳体连接。原施工方案采用支设内外双层模板，但因结构复杂，施工质量难以保证。后来施工方利用聚丙烯纤维的增稠效应，采用低坍落度泵送聚丙烯混凝土，取消原支模浇筑的方案。工程于2007年10月完成施工，达到良好效果。

国家大剧院基础底板和地下室防水，也采用了聚丙烯纤维混凝土，2002年初浇筑施工，搅拌、泵送未出现纤维凝絮成团现象，混凝土硬化后强度、抗渗达到要求，至今未出现可见裂缝。

广州市元岗油库综合楼，是钢筋混凝土框架结构，有一预应力转换大梁，净跨15.9m，截面1000mm×2500mm，支撑高度2.2m。为控制转换梁的温度裂缝和变形挠度，施工采用了聚丙烯纤维预应力混凝土，拆模半年后无裂缝。

2.2 聚丙烯纤维在公路、桥梁工程的应用

河南平顶山市平东线姚孟段，路面宽12m，原为沥青路面，但由于交通量大、车辆超载造成路面损坏，多次维修效果无改善。后采用聚丙烯纤维混凝土路面，经过两年的通车后发现，路面无明显裂缝、错台等破坏现象。可见聚丙烯纤维混凝土对路面有很好的改善作用。

3 聚丙烯纤维混凝土应用存在的问题

聚丙烯纤维混凝土虽已经在国内应用广泛，但目前还在应用上存在一些问题。聚丙烯纤维虽被证实是一种有效提高混凝土性能的材料，但由于聚丙烯纤维的生产属于化纤行业，因此纤维的性能指标如抗拉强度、弹性模量等受生产流程、工艺的影响，应用于具体工程实践时，纤维的掺量有差异，甚至需要现场临时试配决定纤维掺量，给经验欠缺的工程人员带来操作难度，不利于工程质量。此外，聚丙烯纤维在混凝土拌和过程中易结团，从而影响混凝土的力学性能及工程质量，因此对施工人员的操作水平提出了较高要求。

4 结 语

聚丙烯纤维混凝土是一种性能良好的建筑材料，混凝土中掺入聚丙烯纤维能有效提高其劈拉强度、抗折强度等力学性能，并能减少混凝土的干缩裂缝等，提高了混凝土的抗裂性，为其广泛的工程应用奠定了基础。

参考文献

[1] 杨建国.纤维混凝土在工程中的应用与发展 [J].山西建筑，2009，06）：193-4.

[2] 张建锋.纤维混凝土在工程中的应用研究 [J].新型建筑材料，2011，09）：73-5.

[3] 李蕾，杨宏伟.浅析PP纤维混凝土的优越性 [J].科技与企业，2011，12）：137.

[4] 林倩，吴飚.浅谈纤维混凝土 [J].福建建材，2011，01）：30-2.

[5] 惠彦章，韩清春.聚丙烯纤维混凝土及其应用 [J].山西建筑，2011，05）：104-5.

[6] 曹文璐.聚丙烯纤维混凝土的性能和应用前景 [J].黑龙江科技信息，2010，09）：259.