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      1. 全國服務熱線

        劉總13775600025

        聚丙烯纖維混凝土技術調研報告

        發布時間:2014/8/25 15:42:02 瀏覽次數:

        普通混凝土在澆筑后早期硬化階段,會因泌水和水分散失而產生塑性收縮,使混凝土產生細微龜裂;在硬化后期還會產生干縮裂縫,削弱其整體性。在溫度應力及其它外力作用下,裂縫將進一步發展甚至碎裂,從而影響到混凝土的耐久性和抗磨性能;而且因裂縫滲水,鋼筋容易銹蝕。這一問題在薄板型結構和需要快速硬化的情況下,較為突出。1963年,Goldfein在給美國陸軍工程師兵團的報告中提出多種纖維產品可以改善混凝土的抗沖擊、破碎性能(29),其中推薦了聚丙烯纖維。80年代中期,美國陸軍工程師團的羅博特協會,為解決軍用工事的混凝土結構在炮彈、炸彈的轟擊下碎裂的問題,研究和開發了聚丙烯纖維網,并申請了專利,由美國纖維網公司投入生產,商標名稱為Fibermesh(1,4)。聚丙烯纖維作為一種次要的混凝土加強系統(即不代替受力鋼筋),成功地解決了普通混凝土的上述缺點,而且較為經濟和容易施工。因此在公路及橋梁路面、機場跑道、停機坪、停車場、工業與民用建筑、水泥和混凝土制品、水池、化污池、港口碼頭、隧洞噴錨加固、基坑支護、水渠、水工建筑物抗滲和抗沖刷等混凝土建筑工程中,迅速得到推廣使用,目前已在全球60多個國家和地區應用,效益顯著(1,4)。除上述Fibermesh 外,美國還有Amerisack、Bonifiber、Durafiber(8)和歐共體的 Eurofiber等產品,其中Bonifiber為聚酯纖維。
         
        一、聚丙烯纖維的性能
        聚丙烯纖維是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烴類纖維。根據其生產過程可以分為兩種。聚丙烯在熔融狀態下擠壓成薄片(flat sheet)或進行抽取為長絲(filament),再經過牽伸使纖維分子定向。前者經過破碎、切斷成為原纖化纖維(fibrillated fiber),其斷面一般為不規則、近似矩形,纖維之間互相關聯或成束狀;后者則切斷后成為圓形斷面的復絲或單絲纖維(22,,27,29)。
        聚丙烯材料的優點是強度較高,比重比一般聚合物低,完全不吸水,為中性材料,與酸堿不起作用,而且經濟性好,這些特點使它特別適用于摻加在混凝土中。其中使用較普遍的纖維性質如下(8,11)
        纖維長度          5~51 mm(可根據用戶需要定)
        比    重          0.91
        燃    點          590℃
        熔    點          160~170 ℃
        抗拉強度          200-300MPa
        極限拉伸          15%
        吸 水 性          無
        抗酸、抗堿能力    不受酸堿侵蝕
        導 電 性          低
        導 熱 性          低
        楊氏彈性模量      3400-3500 Mpa
        中國國家建材局蘇州混凝土水泥制品研究院和國內其它一些測試單位對上述技術指標進行了測試,結果良好。廣州、上海建委已分別頒發了推廣許可證。
         
        二、聚丙烯纖維混凝土的特性
        聚丙烯纖維混凝土是把一定量的聚丙烯纖維加入到普通混凝土的原材料中,在攪拌機的攪拌下,纖維受到水泥、砂石的沖擊混和,均勻分布在混凝土中。如果是用成束的纖維網也會被撕裂成大量單獨的纖維(不會糾纏成團),均勻分布在混凝土中。作為次要的增強材料,摻入量一般為混凝土體積的0.05-0.1%。若以0.1%加入,則每立方混凝土中0.9 kg,如果采用19 mm長的纖維,則每立方米混凝土中約有700~2000萬根獨立纖維,即平均每cm3有7~20根左右。這些方向隨機分布的纖維使混凝土的性能有較大的改善,主要表現在:
        1.纖維抑制了混凝土的塑性收縮龜裂,提高了建筑物的整體性、耐久性和使用壽命,美國許多研究部門對此作了試驗研究。美國加州圣荷西大學試驗結果表明,纖維對混凝土龜裂程度的控制效果,比普通混凝土高出90~100 %(9)。美國Pardon與Zollo等人分析了混凝土塑性收縮的性質,用模擬體積變化的平面試樣代替ASTM沿用的只能反映線收縮的試樣來做試驗,結果證明,加入體積含量0.1%聚丙烯纖維的砂漿和混凝土,裂縫面積比對照試樣分別減少87%和82%,砂漿收縮量比對照減少32%-40%,混凝土試樣收縮量有一組比對照減少48%,另一種則與對照相同(26)。同濟大學混凝土材料研究國家重點試驗室的測試表明,聚丙烯纖維含量為0.05%和0.15%的砂漿干縮裂縫加權寬度分別為對照試樣的63.5%和37.3%(2)。從一些資料看,試驗方法對結論有較大影響。如美國伊文斯敦西北大學的Grybowsky等人采用環型試樣進行的試驗得出了摻量0.1%的聚丙烯纖維對減少混凝土塑性收縮量及開裂寬度效果不顯著的結論(17)。Hannant的試驗也有類似結論(18)。但絕大多數學者看法和大量的工程實踐都證明,聚丙烯纖維的使用對減少混凝土塑性收縮和開裂作用十分明顯(1,5,6,8,19,20,21,22,29,30)。McWhannell等人認為,聚丙烯纖維主要用于地面支承平板中混凝土的非結構性增強(Non-structural reinforcement),其作用是減少塑性收縮和混凝土早期硬化中的泌水從而減少或消除裂縫產生(23)。特別是隨著混凝土施工技術的發展,出現了用激光照準的混凝土平面澆筑機,每小時澆注量可達70m3,一日可鋪設2000m2地面(18,30),采用纖維混凝土能成功地解決在這樣的施工強度下,控制收縮裂縫的問題。對纖維減少收縮裂縫的機理初步認為,一是由于纖維的存在,降低了水分在混凝土中的遷移性,減少了泌水現象,因而減少了體積變化。英國認證委員會(BBA)的試驗證明,纖維混凝土泌水可減少35-55%(23,29);另一種認識是纖維的變形模量雖然較低,但卻與混凝土在早期硬化階段(24小時內)時的變形模量相當,因而可以有效地抑制變形。對板式結構防止裂縫過去一般是采用鋼筋網。纖維網的廣泛應用已在一定程度上替代了這種傳統作法。圣荷西大學的一項對比試驗表明,采用聚丙烯纖維網含量為0.68kg/m3的混凝土比素混凝土減少裂縫71.5%,而設置鋼筋網的混凝土僅減少6.5%(22)。多數人認為鋼筋網與纖維混凝土都有一定的抑制裂縫產生的作用,都屬于次要增強。但前者由于分布很稀,實際上這種作用較弱,而主要是在裂縫發生后限制裂縫寬度(23,28)。因此不少人主張在地面支承板結構中,可以用纖維網混凝土取代鋼筋網,但同時也指出兩者結合使用效果更好(21,23,29,30)。至于用纖維混凝土代替鋼筋網混凝土能方便地、并大大加快施工進度,以及由此而帶來的效益,則是不言而喻的。
        2.強度和韌性是混凝土的兩大主要性能。試驗表明,雖然不同的試驗方法得出的纖維混凝土改善韌性的程度有所差異,但總的結論都是能較大地增強混凝土的抗沖擊性和柔韌性。圣荷西大學的試驗表明,纖維混凝土抗沖擊能力可提高一倍,柔韌性比普通混凝土大約提高40%?蛊谛阅茉黾尤(1)。Lanning介紹,根據已進行的許多試驗綜合得出結果:纖維混凝土按開裂后整體性衡量的韌性指標(ASTM方法)可提高15%,抗沖擊力增加10-50%(22)。文獻2報道的試驗結果表明,按ASTM韌性指標中I100可提高70%,其他指標則與素混凝土相當,表明纖維對維持開裂后混凝土結構整體性的后效應。Soroushian等人用破壞圓柱試樣的落錘次數表示抗沖擊性,含量0.1%的聚丙烯纖維混凝土是對照素混凝土的約2.9倍,與含量0.05%的高模量聚乙烯纖維混凝土相當(27)。文獻30指出,為提高混凝土韌性,以及用于預制、噴射混凝土時,需要較大的纖維含量。一項按照ASTM C1018進行的試驗表明,纖維達0.5%體積含量時,殘余強度系數可達到與鋼纖維含量為20kg/m3的水平相當。但Gopalaratnam等人按ASTM準則作的試驗并未發現不同纖維含量對試樣韌性有明顯影響,不過按日本JCI能量指標進行評價,則較大纖維含量的混凝土韌性有一定增加(15)。表征韌性的另一個性能是抗破碎性。據文獻10介紹,有試驗表明,素混凝土壓裂后馬上完全破碎,而纖維網混凝土在承受超出10%的壓力后仍不碎裂,這對受地震破壞的建筑結構中人員和財產安全有很大意義。
        3.提高了混凝土的抗滲性。據文獻11,圣荷西大學的試驗表明含量0.5kg/m3的纖維網混凝土滲水性減少33-44%,而含量1kg/m3的纖維網混凝土則可減少79%。文獻22綜合了已有的資料,得出纖維混凝土可減少滲透性33-45%的結論。同濟大學混凝土材料研究國家重點試驗室的試驗得出,纖維含量0.8kg/m3的混凝土抗滲標號從素混凝土的S10提高到S14。體積含量0.05%的纖維砂漿,抗滲壓力提高25%(2)。纖維混凝土抗滲性好對防止和延緩滲水、潮濕氣體和氯化物等有害介質對混凝土的侵蝕和對受力鋼筋的防銹蝕起了良好作用,可延長建筑物的使用壽命。
        4.提高了混凝土的耐磨損性能。根據挪威政府公路試驗室的模擬抗磨損試驗,加入纖維的混凝土,抗磨損能力提高52%,并減少材料損耗34.4%。美國陸軍工程師團CRD-C52-54方法測試結果,纖維網混凝土提高抗磨力105%,相同條件下加入纖維網可延長混凝土壽命一倍(11)。文獻22介紹,纖維網混凝土提高耐磨損力20-52%。
        5.提高海水環境下的耐腐蝕性;炷两䴖]在海水中時,由于海水與水泥及骨料中某些離子的化學反應,表面將形成水鎂石、文石(碳酸鈣)等物質。某些骨料中的部分離子溶于水中,使混凝土表面軟化,降低混凝土抗滲性和抗電解性,加上長期的干濕循環,使混凝土喪失耐久性,導致混凝土的破壞。Abdul-Hamid等人對現場條件的模擬試驗表明(12),體積含量0.2%的聚丙烯纖維混凝土表面結垢時間比素混凝土延長1-10倍。普通混凝土經海水浸泡的試樣表面成片狀,很容易剝落,而纖維混凝土表面則未呈分離狀。根據X光衍射試驗,衡量混凝土腐蝕程度的石膏和文石物質生成數量,纖維混凝土僅為普通混凝土的38%和58%。研究者認為摻加聚丙烯纖維是降低海水對混凝土腐蝕的有效措施。文獻8也介紹了大量國外研究機構的試驗結論,聚丙烯纖維混凝土可經受85次海水干濕循環,而普通混凝土僅50次。西班牙的一項研究表明纖維混凝土降低了內部氣體循環,由此延緩了海水腐蝕。
        6.纖維混凝土的壓縮和彎曲強度
        根據文獻報導,纖維混凝土的壓縮強度與素混凝土相當,但能在一定程度上提高彎曲強度,提高的程度與摻量有關。文獻15報導了體積含量達到0.5-1%的聚丙烯纖維混凝土彎曲強度是素混凝土的1.6-1.9倍,而含量為1%和2%的高模量聚乙烯纖維混凝土抗彎強度則是素混凝土的1.8-2.3倍。該文經過對比試驗得出結論,可以用摻加纖維的措施減少傳統方法設計的鋼筋網數量。據估算,費用可以節省41%。文獻27的試驗得出,摻量為0.025-0.1%的高模量聚乙烯纖維混凝土,可提高彎曲強度13-22%,摻量0.1%的聚丙烯纖維對彎曲強度的提高僅為6%。同濟大學的試驗結果,摻量0.8kg/m3的纖維網混凝土抗彎強度提高7.6%。從經濟可行性的角度看,合成纖維在混凝土結構中主要是起次要加強作用。在混凝土硬化階段控制塑性和收縮變形,減少裂縫發生,對沖擊韌性、耐磨損、抗碎裂性能可明顯改善,但一般情況下不宜用作承受主要荷載。
        聚丙烯纖維混凝土的其他性能還包括纖維混凝土抗凍融性能的提高;能防止粗骨料在施工震動時的沉降,提高表面強度;由于聚丙烯纖維熔點為160-170oC,在發生火災高溫時能融化形成氣體通道,防止高強度混凝土(60-100Mpa)的爆炸,因此有人認為,聚丙烯纖維網混凝土可作為高層建筑防火混凝土(29)。此外,國外為縮短因老化損壞建筑物的修補時間而廣泛采用了快速硬化混凝土(硬化時間1小時以內),其水泥用量增加較多,使混凝土脆性加大。采用纖維混凝土能較好的彌補這一不足。加入了含量為6kg的聚丙烯纖維或尼龍長絲,混凝土的韌性指標均能滿足ASTM規范要求(13)。
         
        三、聚丙烯纖維混凝土的經濟性
             許多國內外文獻都指出聚丙烯纖維混凝土與鋼纖維、鋼筋網比較的經濟性(1,7,21,23,29,30)。在我國的條件下,以橋梁、高速公路路面,采用厚65mm的耐磨、防寒、抗裂的鋪裝層為例,以分別采用聚丙烯纖維混凝土、鋼纖維混凝土和用鋼絲網加固面層進行比較。則每㎡鋪裝層材料價格分別為人民幣9.6元、29.3元、26元。說明聚丙烯纖維是最經濟的。這當中尚未涉及其他種材料在運輸、安裝過程所增加的費用和施工中增加的麻煩。
         
        三、聚丙烯纖維混凝土的施工方法
        根據文獻1,7,19,21等,聚丙烯纖維的使用極為方便,無須改變原設計混凝土的配比,也不取代原設計的受力鋼筋。一般情況下每立方混凝土摻入量為0.6-1.2kg, 纖維長度為15~19mm。纖維在加入干料(砂石、水泥等)之后,加水之前投入。攪拌時間視攪拌方法、攪拌機種類而異,可以與不加纖維攪拌時間基本相同。投料次序先后不會影響纖維的強度和均勻分布。與鋼纖維不同,在攪拌和澆筑過程中不會對有關設備造成磨損。此外,文獻19及22還提出了需要注意的一些地方。纖維的加入會增加拌合料的粘稠度,降低塌落度,如果發現施工澆注有困難時,不應增加用水量,而應采用塑化劑或減水劑。有些供貨商甚至在纖維包裝袋中加入了一定量的塑化劑。在鋪設混凝土路面時可采用帶樣板的震動桁架或手持的帶樣板震動器或激光照準的鋪設機械,把混凝土整平并使漿泛出,把纖維埋到混凝土內部。由于纖維能保持水分,泌水速度減緩,因此收面工序宜適當推后,甚至在接近終凝時再開始。此外,在收面時應盡量利用鋼或鎂質抹子,木質的不夠光滑,會勾出纖維。如果需要在收面后施加涂料,可以先用丙烷噴燈燒去外露的纖維。此外,由于纖維混凝土較大的粘稠性,比普通混凝土更適合于滑模施工。對于預制混凝土制品施工時,纖維混凝土也可減少搬運時的損壞(29)。
         
        四、聚丙烯纖維混凝土在工程中的應用
        1.混凝土路面工程的應用
        1985年美國在賓夕法尼亞州322號高速公路上,曾作了1.5km的對比試驗。在舊路的外側車道鋪63mm厚的普通混凝土面層,內側鋪同厚度同標號的纖維混凝土面層。一年后檢查,普通混凝土路面出現龜裂和嚴重斷裂,有纖維的路面卻無任何龜裂產生。六年后再次檢查,普通混凝土路面已明顯斷裂并且磨損嚴重,摻有聚丙烯纖維的混凝土路面卻仍然良好(1,5)。
        墨西哥城從1989年起,要求市區和郊區的重要公路都采用纖維混凝土路面,厚度從125~200mm,并取消任何類型的加強鋼筋。1990年印尼雅加達對新開的六條高速公路,全部采用纖維混凝土結構,鋪設厚度為270~300mm(1,5)。
        我國廣州市環城高速公路建設中,第一期路段采用普通混凝土,路面產生了塑性龜裂和裂縫;第二期采用了鋼纖維混凝土路面,龜裂減輕,但銹蝕嚴重,并且對汽車輪胎造成嚴重的磨損;第三期占2/3里程的路段采用了纖維混凝土,使用情況良好。西安市經濟開發區將原設計的瀝青路面改為18cm厚的纖維混凝土路面。鄭州市一新建普通混凝土路面因出現嚴重的破裂,用纖維混凝土修復7天后恢復通車(1,5)。
        天荒屏水電站廠區道路在2000年大范圍使用國產改性聚丙烯纖維澆筑混凝土,效果頗好。
        在橋梁工程中,用纖維混凝土作橋面鋪裝層可有效地抑制和減少裂縫,增強橋面的防水性和抗破碎能力,減緩鋼筋銹蝕和延長結構的壽命。山東濟青高速公路一橋面混凝土出現嚴重破碎,1996年用纖維混凝土修復,10天后恢復使用,效果良好。鄭州市政當局從1996年開始,以纖維混凝土取代金屬網作公路、橋梁路面的加強結構。由交通部二局承建的西安市環城立交橋,由于采用了纖維混凝土,成功地解決了橋面混凝土容易產生裂縫的問題(1,5)。
        三峽大壩120棧橋鋪墊層用聚丙烯纖維混凝土代替鋼纖維混凝土,進口Dura纖維摻入量為0.7kg/每方混凝土;炷僚浜媳热缦拢
        混凝土標號
        水灰比
        塌落度
        水泥用量
        用水量
        砂率
        外加劑
        C50
        0.33
        5-7cm
        485kg/m
        160kg/m
        45%
        1.2%
         
        外加劑為ZB-1A,浙江龍游產。水泥為荊州中熱電廠525#。下岸溪人工砂FM=2.7。三峽閃云斜長花崗巖人工骨料,最大粒徑 20cm。攪拌時間加長一分鐘。為此還專門作了試驗,其28天試驗結果如下:
         
         
        抗壓強度
        抗拉強度
        初裂拉伸應變
        64.8MPa
        3.92MPa
        156-233με
         
                                                  
        在飛機場跑道、停機坪上采用纖維混凝土,能提高混凝土在飛機降落時的抗沖擊能力,減少接縫處混凝土破裂的小碎片被噴氣發動機吸入產生事故的隱患,提高飛行的安全性。美國的丹佛國際機場、夏威夷機場、得克薩斯州空軍基地等都采用了纖維混凝土作為加固措施之一(1,5)。
        2.半剛性路面基層材料的應用
        纖維加固土作為路面基層材料可以明顯提高抗彎拉強度和抗彎拉模量,對于減少半剛性路面基層的裂縫,提高抗裂性具有良好的效果,已有較長的應用歷史。1992年在湖南常德境內207國道高等級公路上,修建了纖維加固土基層瀝青路面推廣試驗路段。對試驗路段測定結果表明,纖維加固土基層瀝青路面從開放交通開始僅3個月時間內,整體結構的彎沉值減小一倍,抗壓模量值增長一倍,表明纖維加固土基層板體性形成很快,強度提高很明顯。
        3.工業與民用建筑的應用
        工程建設中常用的予制構件,予制管道等采用纖維混凝土后,能明顯提高構件的堅固性。在運輸和安裝過程中,因纖維混凝土提高了抗震和抗破損能力,可以減少損壞。用纖維取代金屬網結構用于復合樓板面層,可以提高防火、抗震性能。
        我們到上海調查國產改性聚丙烯纖維混凝土應用情況。上海華山醫院病房綜合大樓地上21層,地下1層,由上海建筑設計研究院按八級抗震要求設計,浙江省紹興第一建筑安裝工程公司施工。設計包括地下室要求全部采用C50混凝土,施工單位擔心厚50-60cm的地下室墻板采用高標號的混凝土會產生裂縫而滲水,要求改用C30混凝土并增加鋼筋,但設計院沒有同意。為此,上海申通混凝土制品有限公司提出采用改性聚丙烯纖維混凝土,可有效防止墻板產生裂縫。在得到認可后,由該公司提供的商品混凝土情況如下:525#水泥加入量為430㎏/立方,粉煤灰加入量為90㎏/立方,水灰比為0.38,坍落度為16±3㎝,加入的改性聚丙烯纖維長度為15㎜,混凝土采用泵送混凝土,纖維是與水泥、砂、石料一起在加水前加入,攪拌時間延長10秒鐘(強制式攪拌機)。地下室建筑面積1430平方米凈空5.5米,共用纖維混凝土1300多立方,九九年八月開始澆地下室,澆后8天拆模,表面光潔,至今墻板沒有發現開裂滲水。
        上海申通混凝土制品有限公司等單位還為上海國際體操中心地下工程,海倫賓館地下室,仙霞網球中心地下停車場,東方醫院地下室 (日本人設計,明確要求用纖維混凝土),瑞安廣場(總建筑面積76000平米,其中二層地下室面積11000平米,第一期于95年月完成,用防水混凝土C50,數月后發現數十條裂縫,嚴重滲水,花費10多萬元堵漏處理,二期施工用纖維混凝土C50,至今未發現裂縫、滲水現象)。虹口足球場看臺樓板,龍華旅游城地下室(設計要求C35抗裂抗滲纖維混凝土,98年10月施工, 上海嘉環混凝土有限公司共供應1598方混凝土,至今未發現開裂滲水)老城皇廟改造等工程供應過改性聚丙烯纖維混凝土,這些工程均取得滿意的效果。
        4.水池及水工建筑物的應用
        聚丙烯纖維網混凝土目前得到廣泛應用的主要是面支承平板結構,作為非受力的次要增強筋(23,29,30)。美國普林斯頓ACE硬件銷售中心地板面積達到一百萬平方英尺,采用了聚丙烯纖維網混凝土(22)。但也已經有許多用于諸如水池、水利工程及海岸工程等對抗裂抗滲有嚴格要求的混凝土構筑物(29)。采用纖維混凝土既能抑制混凝土的塑性龜裂,又提高了抗滲性能,對薄壁結構尤為適宜。湛江碼頭作業區,在厚20cm混凝土的表層5cm摻入聚丙烯纖維,有效地提高了抗沖擊和耐磨損能力(7)。
        1999年上海市閔行污水處理廠進行老廠技術改造,新建污水池池高8米,周長200多米,不設沉降縫,由上海市政設計院設計,采用C25S8混凝土,上海東平建筑安裝工程公司施工。為防止開裂,設計要求用膨脹水泥,商品混凝土供應商——上海嘉環混凝土有限公司鑒于以往經驗,估計用膨脹水泥仍會開裂,要求改用聚丙烯纖維混凝土,但設計院不同意。后在上海嘉環混凝土有限公司總工程師用公司資產擔保纖維混凝土的質量,并寫下保證書,設計院才同意使用,共用纖維混凝土3000多立方,澆后情況很好,整個污水池沒發現一條裂縫,各方均非常滿意,在此后的設計中,設計院主動提出要求采用聚丙烯纖維混凝土。
        5.噴射混凝土工程的應用(4)
        聚丙烯混凝土有較高的粘稠性,易于施工,用于噴射混凝土為適宜。纖維混凝土與普通噴射混凝土比較,能顯著減少回彈損失,提高生產能力,降低總成本,并能防止產生裂紋?捎糜谒淼赖膰婂^支護、護坡工程、水處理的各種水池及筒倉結構的預應力繞絲噴漿護面等。
        1985年瑞典國家研究院對摻加鋼纖維、聚丙烯纖維的噴射混凝土和普通混噴射凝土作了對比試驗。結果加纖維的噴射混凝土比不加的抗壓強度高34%,抗彎強度高46%。在礦山加固等工程應用中實際回彈量為:沒加纖維為25%,加鋼纖維為10%。加聚丙烯纖維為4~5%。
        美國亞利桑那州的運河防洪工程加固所用的噴射混凝土,全部用聚丙烯纖維取代金屬絲網,噴射厚度為100~150mm。
        香港新隧道工程出于環保、電力和商業要求,用聚丙烯纖維取代鋼纖維,噴射混凝土厚度75mm,效果非常好。菲律賓的某隧道用聚丙烯纖維混凝土加固洞門仰坡和作洞內初期支護,都很成功。
        Morgan等人的試驗,采用含量為4-6kg/m3的聚丙烯纖維高粉煤灰(占膠凝材料的63%左右)混凝土進行噴射混凝土試驗,從噴射層上取的試樣試驗結果,不摻纖維的混凝土基本上不具備韌性指標,而兩種含量的纖維混凝土則均能達到ASTM試驗規范要求,開裂后的殘余強度系數達到0.33-0.55(25)。
         
        國際上合成纖維混凝土已有20多年的發展歷史。除了聚丙烯纖維外,還在研究其他成分的纖維混凝土,如高模量聚乙烯、丙烯酸纖維、聚酯纖維等,有些試驗證明這些纖維在相同摻量下,工程性能優于聚丙烯纖維(26,27)。但應用量最大的還是聚丙烯纖維,這是由于其價格性能比好。近年來聚丙烯纖維混凝土的應用在我國也得到較快的發展,但由于進口的纖維價格昂貴,限制了它的使用范圍,使得這一新技術不能得到長足地發展。目前國內已研制出改性聚丙烯纖維,其價格只相當于進口纖維價格的1/2到1/3,而物理力學性能完全可以和進口纖維媲美。根據初步試驗結果在水灰比為0.476的水泥凈漿中,摻有改性聚丙烯纖維的凈漿經過一晝夜風扇吹均未產生裂縫。而未摻纖維的凈漿在成型后2小時即產生數條裂縫。說明改性聚丙烯纖維能夠抑制水泥早期的塑性龜裂。另外還委托國家建材局蘇州混凝土制品測試中心做了國產改性聚丙烯纖維對混凝土性能的影響,其試驗結果見下表。
         
         
         
         
         
         
        改性聚丙烯纖維混凝土技術性能
        測試項目
        單位
        基準砼
        纖維網砼
        備  注
        拌合物容重
        ㎏/m3
        2375
        2375
         
         
         
         
         
        試驗按GBJ81-85規范進行
        干砼吸水率
        %
        2.2
        1.8
        立方體
        抗壓強度

        MPa

        7d
        30.7
        30.1
        28d
        44.6
        43.9
        軸心抗壓強度
        MPa
        28d
        30.9
        29.8
        劈  裂
        抗拉強度

        MPa

        7d
        0.99
        1.04
        28d
        2.47
        2.61
        抗折強度
        MPa
        5.17
        0.28%
        5.61
        0.9%
        5.93
        抗沖擊強度
        Kj/㎡
        4.98
        0.28%
        8.52
        0.9%
        9.96
        靜力抗壓
        彈性模量
        MPa×104
        3.49
        3.35
        抗滲性
        cm
        滲透高度
        13.8
        10.6
         
        按GBJ82-85規范進行
        標  號
        S14
        S14
        干  縮
        ×10-4
        28d
        3.12
        2.92
        60d
        5.02
        4.17
        抗裂性
         
        ×10-6
        205
        0.28%
        271
        按GBJ81-85規范進行
        0.9%
        384
         
        抗凍性D50
         
        %
        強度損失率
        8.5
        0
        按GBJ82-85規范進行—慢凍法
        重量損失率
        0.33
        0
        單項評定
        合格
        合格
        說明:試驗用原材料:金貓牌525普硅水泥,中砂模數2.6,石子5~30mm連續級配。水灰比0.46,砂率40%,摻0.4%AT緩凝高效減水劑,減水率14%,坍落度12cm,聚丙烯纖維摻量分別為0.28%,0.9%。
         
        從試驗結果中可以看出摻入改性聚丙烯纖維后的混凝土除抗壓強度略有降低外,抗拉強度提高5.6%、抗折強度提高14.7%、抗沖擊強度提高一倍,尤其是初裂前應變增加很多,顯著提高抗裂變形能力。此外抗滲性、干縮、抗凍性均得到很大的提高。                                        
        為進一步研究改性聚丙烯纖維混凝土的性能,我們還要做一系列針對特定工程的室內試驗和現場試驗。浙江富陽中埠大橋是104國道上的富春江大橋,橋面鋪裝層為C50鋼纖維混凝土。和設計、施工、建設單位及監理商定少量試用國產改性聚丙烯纖維代替鋼纖維并作室內混凝土試驗。為此,我們委托浙江大學土木系做了美國進口Fibremesh纖維網、國產改性聚丙烯纖維網以及國產改性聚丙烯纖維絲混凝土的抗壓、抗折、抗滲和干縮四項對比試驗,其結果未發現進口和國產材料有什么差別,都能改善混凝土性能。1999年12月30日在富陽中埠大橋21和22號橋段右側橋面鋪裝層用國產改性聚丙烯纖維絲混凝土澆灌了120平方米,經歷2000年元月份-8℃寒潮的考驗,未發現開裂,至今運行良好。當年美國研究聚丙烯纖維混凝土花了四年多時間,而我們各項工作剛才起步,還有許多工作要做。
            參考資料
         
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        3. Webster, T.E., 聚丙烯混凝土纖維減少混凝土再障礙腐蝕的效果,美國混凝土協會(ACI)國際會議,1991,香港(中譯文)
        4. 張潔,欒峰,纖維網(FibermeshTM)聚丙烯纖維噴射混凝土(新加坡BEST有限公司技術資料)
        5. 張潔,欒峰,纖維網(FibermeshTM)混凝土路面(新加坡BEST有限公司技術資料)
        6.     張潔,欒峰,纖維加強混凝土的新發展(新加坡BEST有限公司技術資料)
        7.     張潔,欒峰,纖維網混凝土性能及其工程應用(新加坡BEST有限公司技術資料)
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        10.  纖維網纖維應用實例,美國纖維網(Fibermesh)公司技術資料
        11.  纖維網工程資料,美國纖維網(Fibermesh)公司技術資料
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