聚丙烯纤维混凝土耐久性的研究综述

前言

混凝土发展至今已有100多年的历史，由于具有抗压强度高、耐久性好、强度等级范围宽及适用范围广泛等特点，使得混凝土不仅广泛运用于各类土木工程，造船业、机械工业、海洋的开发及地热等工程中。由于混凝土具有抗拉强度低，脆性大，对冲击、疲劳荷载的抵抗能力差，易开裂，且裂缝的存在会引起混凝土中钢筋锈蚀，影响混凝土抗冻融等能力，这些缺陷使得混凝土在工程中的运用受到限制。

合成纤维的出现大大的改善了混凝土的性能，尤其是聚丙烯纤维的运用使得混凝土的运用更为广泛。聚丙烯纤维混凝土是以混凝土为基体，以非连续聚丙烯纤维作为增加材料所组成的水泥复合材料。由于聚丙烯纤维在混凝土中起着减少塑性收缩缝，延缓裂缝扩展以及增进混凝土开裂后承载力与韧性的作用，使其有效的解决了随混凝土抗压强度提高而产生更为突出的收缩和脆性问题。聚丙烯纤维混凝土被大量使用于地下工程防水，工业和民用建筑屋面，墙体，地坪，水池，道路以及桥梁等工程之中。因此，聚丙烯纤维混凝土的耐久性便被人们所关注，以下系统的阐述了聚丙烯纤维的加入如何改善混凝土的性能以及聚丙烯纤维混凝土耐久性的研究现状和发展趋势。

1、国内外聚丙烯纤维混凝土耐久性的研究现状

1.1 国外聚丙烯纤维混凝土耐久性的研究现状

合成纤维混凝土的研究可追溯到20世纪60年代初期，Goldfein探索了用合成纤维作为水泥基体增强材料的可能性，结果表明，粘胶纤维因耐碱性差而不能使用，但聚丙烯、聚乙烯等合成纤维对水泥基体有不同程度的增强效果，尤其有助于提高材料抗冲击性。国外在20世纪70年代初就对聚丙烯纤维作为水泥基体的增强材料开展了较多的研究并已开始用于实际工程中。

1.2国内聚丙烯纤维混凝土耐久性的研究现状

同济大学混凝土材料研究国家重点实验室做了不同弹性模量的纤维对高强混凝土力学性能影响的实验。通过在水灰比为0.3的混凝土中掺入体积掺量为0.4%钢、维纶、聚丙烯纤维，研究掺入不同纤维后混凝土的抗压、劈裂抗拉、断裂等三个力学性能指标的变化。实验结果表明，掺0.4%低弹性模量的聚丙烯纤维使混凝土的28d抗压强度降低18.2%，但劈裂抗拉强度仅降低了5%。

2、聚丙烯纤维及聚丙烯纤维混凝土

2.1 聚丙烯纤维的物理化学性能

聚丙烯是由丙烯（化学式 ）聚合而成的高分子化合物是一种结构规整的晶体性聚合物，乳白色，无味，无嗅，无毒，轻质，是热塑性材料。聚丙烯纤维的物理化学性能也很适合用于建筑材料。

2.2 聚丙烯纤维混凝土的性能

聚丙烯纤维被称为混凝土的“次要增强筋”，是一种新型的混凝土防裂合成纤维，主要功能是抑制混凝土塑性裂纹的产生，同时改善混凝土的均质性，抑制混凝土内部由于失水，水化热，泌水，收缩，温差，自干燥引起的微裂缝隙生成。聚丙烯纤维通过以下效应对混凝土的性能产生影响：增稠效应，阻裂效应，界面效应，荷载传递效应，这其中，阻裂效应尤为明显。

2.2.1 聚丙烯纤维的增稠效应

稠度是指新拌混凝土软硬稀稠程度，是混凝土一项重要的工作指标。当掺入聚丙烯纤维后，新拌混凝土的维勃稠度提高，并随纤维的掺量增大而越趋显著，实验表明惨入聚丙烯纤维后，7、28d抗压强度基准混凝土均出现一定程度的下降，7d抗压强度平均值降幅为11.4%，28d抗压强度平均值降幅为11.3%，不同掺量的混凝土早期强度无明显变化，但后强度出现下降趋势。这是由于聚丙烯纤维本身属于低弹模纤维，无法在混凝土中承担应力，其次混凝土振动密实的难度增大，空隙率增加，最终影响了混凝土的强度。

2.2.2聚丙烯纤维的阻裂效应

聚丙烯纤维的阻裂效应是指对混凝土早起开裂的抑制作用，也是聚丙烯纤维最明显的效应。均匀散布的聚丙烯纤维在混凝土中呈现三维网络结构，起到支撑集料的作用，其作用效果是阻止粗、细集料的沉降，即粗集料首先下沉，然后是细集料。由于聚丙烯纤维的存在，同时也可以减少混凝土表面的析水，其次，纤维间距越小，增强作用越有效。

2.2.3聚丙烯纤维的界面效应

由于聚丙烯纤维的细度高，比表面积大，即使低掺量的聚丙烯纤维也能在混凝土中获得很大的纤维-基材界面，由于聚丙烯纤维的不亲水性，纤维-基材界面往往具有比基材更高的水灰比，这将造成聚丙烯纤维-基材界面效应呈弱界面效应，对混凝土的强度有一定影响。

2.2.4聚丙烯纤维的荷载传递效应

荷载传递效应是纤维增强型复合材料共有的一种纤维增强效应。聚丙烯纤维的荷载传递效应主要表现在早起的阻裂效应中，即能钝化裂缝隙尖端的应力集中，约束裂缝的扩展。但当纤维掺量较低时，荷载传递效应较弱。

3、聚丙烯纤维混凝土的耐久性

3.1聚丙烯纤维混凝土的抗冻融性

抗冻融性是混凝土长期性能和耐久性的重要指标。混凝土的抗冻融性，就是在饱水状态下多次冻融循环时保持混凝土强度的能力. 聚丙烯纤维的加入增加了混凝土的密实度，改变了混凝土的孔结构，打孔的百分含量减少，从而在一定程度上改善了混凝土的抗冻融性能。因此，这方面需要进行更为深入的研究.当然聚丙烯纤维的加入能提高混凝土的抗冻融性能，但也绝不能忽视纤维作用之外的常规因素，例如水灰比等。

3.2聚丙烯纤维抗碳化性

混凝土对钢筋的保护作用主要取决于两方面，一是混凝土的高碱性使钢筋表面形成钝化膜；二是保护层对外界腐蚀介质、氧化以及水分等的阻止作用。聚丙烯纤维在混凝土中的作用，并不是直接影响混凝土碳化的速度，只是由于掺加纤维的原因，使得钢筋保护层变得更加完善，从而间接地起到延缓混凝土碳化的作用。

3.3聚丙烯纤维的抗渗透性

混凝土抵抗水渗透的性能称之为抗渗性。大量实验和工程实践证明，掺加聚丙烯纤维可以起到明显的提高混凝土抗渗性能的作用。中国国家建筑材料测试中心按GBT82-1985对含有体积率为0.05%与0.1%杜拉纤维的混凝土的抗渗性测定结果，台湾荣民工程股份有限公司营建材料实验按Vom测试法，对分别含有体积率为0.098%的聚丙烯纤维混凝土的渗水量的测定结果均表明，掺入聚丙烯纤维有助于大幅度提高水泥基材料的抗渗性。纤维的存在起到了阻止砂浆或混凝土的离析现象，其次，纤维的阻裂作用，可减少裂缝的数量，裂缝的长度和宽度，特别是有效抑制贯通裂纹的产生，降低混凝土的孔隙率，从而提高混凝土的密实度和防水性能，在混凝土中大量散布着均匀的短纤维呈三维乱象分布，可以起到阻断混凝土内毛细作用的效果。

3.4聚丙烯纤维的抗冲磨性

在混凝土中掺入一定量的聚丙烯纤维可以提高混凝土的抗冲磨强度。掺0.6kg/m3聚丙烯纤维时，混凝土的抗冲磨强度可提高37%-40%。许多工程实践也证明，采用聚丙烯纤维混凝土铺设的道路，尤其是在停车场出入口等地段车流量较大的地方，更能表现出其优秀的耐久性能，至于相对柔软的聚丙烯纤维本身，对于严格物理意义伤的“耐磨”来说不可能作出贡献的。

4、结束语

聚丙烯纤维混凝土在美国、加拿大、澳大利亚、日本、韩国等越来越多国家的混凝土工程中得到了相对广泛的应用，在我国混凝土也越来越多的应用到实际工程中。大多数聚丙烯纤维混凝土工程都在恶劣环境中服役。

但是由于我国聚丙烯纤维以及聚丙烯纤维混凝土的应用研究起步较晚，一些研究结论还不够统一，国内对纤维增强混凝土抗裂性能试验缺乏规范指导，评价纤维混凝土抗裂性能的试验方法不统一，聚丙烯纤维掺量的确定也没有一个合理的指标，其次无法在实验室很好的模拟现实环境，构件的尺寸也受到限制，因此很多理论甚至出现矛盾的现象， 而我们所完成的研究多数还集中于聚丙烯纤维混凝土的物理和力学性能，对聚丙烯纤维混凝土耐久性的研究特别是理论研究还不够深入和系统， 因此大量的进一步研究工作亟待展开。