对目前聚丙烯纤维混凝土推广应用的认识

摘要：聚丙烯纤维混凝土的应用，近年来在我国的工程建筑界已经有了长足的发展。杜拉纤维在建筑工程中的推广和应用，不但进入时间早，工程实践多，而且涉及的工程类别和应用范围也广。本文结合杜拉纤维在各类工程的大量推广应用的实践，从纤维作用的实质、纤维发生作用的条件、纤维的适当掺量、考量纤维混凝土的指标以及纤维混凝土配制的便易性等方面，对目前工程界中对聚丙烯纤维混凝土普遍存在的认识问题提出商榷，提出在聚丙烯纤维混凝土的推广和应用上需要解决的一些问题。 关键词：聚丙烯纤维结构材料

1纤维作用的实质

1.1杜拉纤维的大面积应用推广证明了合成纤维混凝土独特的作用。

经过多年的推广，聚丙烯抗裂纤维----杜拉纤维（Durafiber）已经在全国得到了成功的大面积应用。主要用在道路、桥梁、机场、地铁、工业及民用建筑、水利工程以及预制构件、保温材料、干粉砂浆等各个方面，其中不乏许多重要的大型工程和具有典型意义的工程，如深圳会展中心、深圳地铁、重庆朝天门广场、重庆世贸中心、重庆机场、重庆渝澳大桥、重庆黄花园大桥、重庆石板坡大桥、广州新机场、广州地铁、广州新中国大厦、京珠高速、湖北出版文化城、北京蓝海洋水上世界、南阳回龙蓄能电站、乌海灌渠等等。积累了大量的工程经验。

在不同类型工程和不同地区气候条件下的应用实践中，杜拉纤维都取得了成功。那么工程用合成纤维所起作用的本质到底是什么？我们应该如何看待合成纤维所起的作用呢？

1.2聚丙烯纤维作用的实质及其综合效应

微细纤维掺加在混凝土/砂浆中，以对裂缝的阻裂作用为主要表征，实际上由于低弹模的纤维掺加在相对高弹模的混凝土中，作用的实质是最大可能地降低了混凝土的脆性，从而解决了由于混凝土先天带来的某些不足方面的问题---因脆性引起的容易开裂等，对改善混凝土/砂浆内部结构起到了重要作用。这种作用不同于一般的加筋配筋，而是一种从根本上对混凝土/砂浆自身缺陷的改善。其中包括有效增加混凝土的韧性；减少裂缝，提高抗渗能力；减少裂缝，延缓钢筋锈蚀；减少混凝土结构受到的化学侵蚀；增强抗冻融能力，减少混凝土结构遭受破坏；减少混凝土的泌水，使表面混凝土的质量得以改善；减少裂缝，提高耐磨性和抗冲击能力等等。所起的作用不是某几个强度指标能够体现的，而是多个指标的综合体现，尤其是混凝土耐久性。合成纤维混凝土成为国内理论界热衷研究的真正意义，也在于如何真正揭示、衡量纤维对混凝土作用的本质。

2 纤维发生作用的条件

2.1纤维发生作用的外部和内部条件

2.1.1外部条件：

可从纤维在混凝土/砂浆中所处的形态以及纤维对集料的关系两个方面来理解。

纤维在混凝土/砂浆中能否乱向均匀分布，是关系到纤维能否发生作用的关键。微裂缝在发展过程中，遭遇到纤维的阻挡，消耗了能量，使其难以进一步发展，从而阻断应力达到抗裂的作用。

纤维对集料的握裹状况，是能否起作用的另一个关键。纤维能够尽可能多的握裹集料，避免在受力时被拔出。不同的纤维制成标准不同，在电子显微镜下可以看到呈现不同的握裹集料的情况。如果加入纤维后的混凝土塌落度没有损失，这种纤维不是分散不好就是握裹力差，纤维的作用无从谈起。

2.1.2内部条件：

纤维能够起作用，还在于纤维本身的力学性能。如抗拉强度、拉伸极限、纤维均匀度、抗酸碱腐蚀和紫外光的老化能力等。据纤维专家解释，抗拉强度和拉伸极限成一定的反比关系。这种关系要适当，并非纤维的抗拉强度特别高才能产生高的阻裂效用。纤维在受到拉力的过程中发生拉伸变形，如果比值不适当，则抗拉强度不可能达到要求。当然，由于制成材料的限制，该数据只能尽量满足要求。聚丙烯纤维抗拉强度过大，可能会导致脆性加大。拉伸极限过大，混凝土/砂浆中的纤维在受力变形过程中又可能无法控制裂纹。据了解，杜拉纤维的拉伸极限15%左右已经接近天然纤维，需要一定的控制技术才能生产。纤维的改性也表现在这一方面。拉伸极限指标也是衡量纤维抗裂能否真正达到作用的一种指标。

2.1.3材料的复合效应才能使纤维最大可能发挥作用

要真正认识每一种材料的特性和优劣，强调一种材料排斥另一种材料的做法是行不通的。材料是不断变革的，要不断认识和使用新的材料。只有充分发挥材料的复合效应，才能综合解决工程中所遇到问题。

比如，具有高弹模的钢纤维和低弹模的聚丙烯混用，可在混凝土破坏过程中分别起着不同的作用。聚丙烯纤维由于其数量多及性能特点主要约束混凝土早期原生裂缝及微观裂缝，在较低拉应力情况下起作用；钢纤维根数不多但具有明显的增强，对宏观裂缝可以起到显著的阻裂作用。两种纤维可以从不同的阶段对混凝土裂缝的产生和扩展起到约束作用，提高混凝土的抗拉强度和抗弯拉强度，可以综合两种不同弹模的纤维吸收能量的优点，对混凝土内部的缺陷产生协同作用，既可以有效增强又可以有效增韧。

当然，聚丙烯纤维在混凝土中所起的作用，说到底是一种辅助作用。我们通常将其称为次要加强筋。混凝土当然要求正常施工养护，不能认为添加了纤维就不会有裂缝而忽视正常养护。这一点，毋庸赘述。

3 纤维的合适掺量

3.1 纤维掺量应因不同目的调整

适用的纤维掺量取何值？从合成纤维的制成材料来看，由于其耐酸碱、以及物理性的增韧和增强，广义地来说对混凝土是有益无害的。但是，从设计和施工角度来考虑必须要有量化的指标。另从混凝土的工作性方面来考虑，又不得不考虑适应施工的有关要求。

纤维掺量应该视使用目的而定，同时考虑混凝土的具体配比、集料和其它外加剂的具体情况而定。杜拉纤维掺量在0.7--0.9kg/m3时，已经能够满足设计的一般要求了。一般来说，对抗裂、抗渗、耐磨要求高的部位，掺量相对高一些；对使用特细砂地区的掺量相对高一些；有特殊要求的工程部位和用途要有特殊的配比。高掺量除特殊用途之外，在一般工程应用中不一定适用。

目前没有国家技术规程，工程应用尚处于探索阶段，掺量差异的理论根据不足，决定纤维掺量的最可靠办法是因应工程目的进行试配，认真进行比较。尤其是大型工程的结构性部位应用更要认真、慎重进行纤维多种掺量的试配和性能比较，从而选择最佳方案。

4 考量合成纤维作用的指标

纤维对混凝土的力学性能的最大改变，不是旨在提高其抗压、抗折等强度指标，而是极大限度地提高了混凝土的断裂能、延展性。沿用一般对混凝土抗压强度、抗拉强度等性能的指标去衡量合成纤维混凝土，不能充分反映纤维对混凝土根本性能的改善。如前所述，合成纤维在混凝土/砂浆中所起作用是一个综合性的，在低掺量（体积掺量为0.1%左右）的条件下，具有增强、增韧的双重效果。尤其对于高强混凝土掺加合成纤维则特别是利用其增韧的效果。从大量的实验室数据和工程试配数据来看，抗压强度指标有提高，也有降低。但是从变化幅度和绝对值来看，均不足以影响到混凝土的原有设计要求。之所以有时候某些强度指标呈现提高，也是由于解决了部分裂缝而带来的附加效应。

目前，由于合成纤维混凝土在我国研究和应用的历史较短，加之人们习惯于以试件的抗压或抗折强度衡量材料的性能水平，对增强指标考虑多，对确能体现纤维作用的指标，如弯拉韧性、疲劳强度、疲劳寿命等增韧指标考虑少。对合成纤维在混凝土中所起作用的考量指标如果仍然停留在原有认识的基础上，将会不利于合成纤维混凝土的推广。

5 合成纤维混凝土配制的便易性

大量的工程实践证明，聚丙烯纤维混凝土的配制是简单、易行的。

（1）简单的物理性加筋，与制备混凝土的各种骨料、外加剂和水泥都不会有任何冲突。不需要改变原有的设计配比；

（2）对搅拌设备没有特殊的要求，容易在商品混凝土搅拌站或现场操作；

（3）施工工艺上没有特殊的要求，不需要特别的培训，工人容易掌握。

一个产品再好，如果在实际使用操作上诸多繁琐，推广起来必然不易。质量好的纤维，不仅仅在于其功能的保证实现，还在于其使用操作简便，适应大规模施工。杜拉纤维能够较为迅速的推广，与其混凝土配制简易、便利也有关系。杜拉纤维为降解纸袋包装，便于分散，在中型、大型搅拌机搅拌时，可以不撕开纸袋直接投入搅拌，小型搅拌机可以按照掺量一次集中投入，不需要人工抖落入搅拌机。凡配制过杜拉纤维混凝土/砂浆的工程人员对此都有深切的体会。如果掺加纤维需要专门派人一点点的撒入搅拌机，如何能满足大规模施工的要求。有些质次的纤维为了防止出现搅拌不均匀或难以搅拌打散，避免肉眼直接观察到絮状结团，在配制混凝土过程中居然随意减低纤维掺量。这应该说从功能的实现和混凝土/砂浆的制备两个方面都是不允许的。掺入纤维的拌合物塌落度会有所损失，但掺量在体积率0.05--0.1%左右时的混凝土工作性仍然可以容易满足泵送和浇灌的要求，混凝土配制上应该没有特殊的要求。

我国目前的建筑工程界施工人员的素质普遍不高，施工管理还比较粗放。对于大规模施工的合成纤维混凝土，必须要求其具备配制便易，否则主观引起的问题会影响合成纤维混凝土的配制以及使用效果，又会反过来影响这一技术的大面积推广。

合成纤维混凝土在国外已经发展了多年，我国在上世纪90年代中期以后开始发展并逐渐被广大工程界所接受。我国是生产和使用水泥混凝土的泱泱大国，合成纤维混凝土的应用还仅仅是在起步阶段。合成纤维混凝土真正的普及和发展，最终要靠成本低廉的国产纤维。而各种工程用合成纤维产品水平的真正提高，必须建立在技术进步的基础上，任何急功近利、甚至弄虚作假，都会影响合成纤维混凝土作为一种新技术的健康发展。