自20世纪70年代初以来,国际土木工程界与建筑业通过一系列工程实践已确认,在混凝土中掺加适量抗碱性好,均匀分布的工程纤维,有助于克服混凝土的某些缺点、提高混凝土工程的质量和耐久性。目前应用最为广泛的是合成纤维。
1.工程用合成纤维概述
工程用合成纤维是一种细而长的聚合物材料,其长径比一般在100以上,并且具有一定的抗拉强度、弹性模量和极限伸长率。
工程用合成纤维按材质分类常见的有:聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维等。
1.1聚丙烯纤维聚丙烯纤维是由丙烯聚合成等规度97%~98%聚丙烯树脂后经熔融挤压法制成的纤维。聚丙烯纤维是当今在全世界混凝土工程中用量最大、使用范围最广的合成纤维。这是由于聚丙烯纤维优良的物理机械性能和优异的耐酸、耐碱等化学稳定性,且原料来源广、制作技术不复杂、价格相对较低。
聚丙烯纤维常见品种按所用原料与纤维的尺度可分为两类,一类是用等规聚丙烯制成的尺度较小的纤维,可称之为“聚丙烯细纤维”;另一类是用改性聚丙烯或聚丙烯与聚乙烯的共聚物制成的尺度较大的纤维,可称之为“聚烯烃粗纤维”。这两类纤维在混凝土中所起的作用不同,各有侧重。为了使混凝土的性能达到全面增强的效果,近年来在国外某些混凝土工程中已同时掺加聚丙烯纤维与聚烯烃粗纤维。
1.1.1聚丙烯细纤维按其形态可分为聚丙烯束状单丝纤维和聚丙烯膜裂网状纤维。
聚丙烯束状单丝纤维的直径较小,直径一般不大于50μm,长度一般不大于20mm,是由等规聚丙烯熔融后经若干个喷丝孔直接拉丝制成的。纤维截面呈圆形或异形,若干根单丝经拉伸、定型并短切至一定长度后成为纤维束。纤维束在与混凝土拌合过程中可分离成单丝。
聚丙烯膜裂网状纤维单丝当量直径一般68μm~97μm,长度一般不大于15mm~38mm,由等规聚丙烯熔体经挤出机拉制成为薄膜,再经高温下高倍拉伸以提高聚丙烯纤维的定向性并降低薄膜的厚度,然后使薄膜经针辊穿刺成为网状并切短成为一定长度的纤维束,纤维的截面呈矩形。在与混凝土拌合过程中,纤维束可分裂成(中国再生沥青网)为单丝。
聚丙烯细纤维主要在混凝土的塑性阶段起着阻裂作用,减少和抑制混凝土的塑性沉降裂缝;在硬化混凝土中起着被动防火作用,防止混凝土在火灾中发生爆裂。
1.1.2聚烯烃粗纤维聚丙烯粗纤维的直径大于0.1mm,长度大于30mm。多数聚丙烯粗纤维的断面为矩形,少数为异形。为增强纤维与混凝土的黏结,纤维表面经特殊的压痕、糙化处理,或使纤维具有波状外形。目前聚丙烯粗纤维有像剪切钢纤维一样的单丝纤维,也有由膜裂网状纤维与非膜裂单丝纤维相互缠绕成的螺旋形纤维束。
聚丙烯粗纤维与聚丙烯细纤维相比较,因纤维粗长、弹性模量高,尤其是纤维与混凝土的界面粘结强度很高,可承接混凝土所传递的负载并显著减缓混凝土裂缝的扩展,能使混凝土在出现裂缝后仍然具有一定的承载与变形能力、吸收较多的能量,因而可显著提高混凝土的韧性,并相应提高混凝土的抗冲击性与抗疲劳性。
聚丙烯纤维主要适用于:
1)工业与民用建筑的抗裂,防渗砂浆;
2)抗裂防渗要求较高的地下室和地下工程,海堤水坝等盐水工程;
3)各种预制混凝土产品;
4)高速公路、桥梁、隧道、机场跑道等混凝土;
5)对耐碱和化学腐蚀要求较高等化工厂等[1]。
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