工程用聚丙烯纖維是一種新型的混凝土增強纖維,被稱為混凝土的“次要加強筋”。摻入聚丙烯纖維的混凝土品質得到改善,綜合使用性能得到提高。具有摻加工藝簡單、價格低廉、性能優異等特點。作為一種新型的混凝土增強纖維,聚丙烯網狀纖維正成為繼玻璃纖維、鋼纖維、不銹鋼纖維后纖維混凝土科學研究和應用領域的新熱點.
聚丙烯纖維應用領域:
混凝土剛性自防水結構地下室底板、側墻、頂板、屋面現澆樓板、蓄水池等?沽、抗沖擊、抗磨損、要求高的工程、水利工程、地鐵、機場跑道、港口碼頭、立交高架橋橋面、橋墩、超長結構等。
水泥砂漿內(外)墻粉刷、加氣混凝土抹灰、室內裝飾膩子及保溫砂漿。
抗爆、耐火工程人防軍事工程、石油平臺、煙囪、耐火材料等。
噴射混凝土隧道、涵洞襯砌,薄壁結構、斜坡加固等。
應用特性
PP具有較強的耐堿性,不受各種堿性基料水化產物的侵蝕;具良好的分散性,不團結,不成束,保證了纖維在基料中的均勻分布;具有較高的韌性和強度,在混合攪拌中不易打彎成球。
聚丙烯纖維在混凝土中的運用
聚丙烯纖維是一種專用于混凝土/砂漿的高性能纖維,聚丙烯纖維能有效地控制混凝土/砂漿塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂紋,防止及抑制混凝土原生裂縫的形成和發展,大大改善混凝土/砂漿的防裂抗滲性能、抗沖磨性能,增加混凝土的韌性,從而提高混凝土的使用壽命。聚丙烯纖維可廣泛應用于路面、防護欄、橋面;水電工程的面板壩、泄洪道、導流孔、水渠道;地下室的側墻、底板;工業民用建筑的屋面、墻體、地坪、水池的防水、內外砂漿抹面;水泥預制件的增韌防裂等,聚丙烯纖維是一種性能卓越的混凝土/砂漿抗裂防滲材料。
聚丙烯纖維混凝土是60年代末國外開發的一種新型混凝土材料。它具有能防止或減少裂縫、改善長期工作性能、提高變形能力和耐久性等優點因而在軍事、交通、房建、機場、水利等類工程上得到了廣泛的應用。我國從90年代初首先在道路、橋梁和房建工程中應用此類材料,取得良好的技術經濟效果。但水利工程部門對聚丙烯纖維混凝土還只停留在試驗階段,僅有的一點試驗成果也很不系統完整,影響了這一新材料在水利工程上的開發應用。在新世紀到來之際,水利建設正面臨著新的發展機遇和挑戰。
作為國家的一項基礎產業,水利部門不僅要以更快的速度建設更多的水利工程,而且在工程質量上也要滿足更高的建設標準,要求進一步采用新技術、新工藝和新材料。與其它工程相比,水利工程對混凝土有著自己特殊的要求。特別是近年來出現了許多技術難度高的新工程結構,帶來了水工混凝土一系列的新問題。
例如,我國近十幾年來得到迅速發展的面板壩以及許多板式結構的防裂問題、許多擋水、隔水結構的混凝土提高防滲性能的問題以及高壩建設帶來的高速水流沖刷磨損問題等等。這些都要求提高水工混凝土的抗滲、防裂、耐磨、抗沖擊、韌性、耐久性等綜合性能。為了適應我國水利工程快速發展的形勢,提高工程質量和長期效益,開展聚丙烯纖維混凝土的有關性能及其在水利工程上應用的研究,具有重要的現實意義,是十分必要的,也是十分迫切的。
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經過牽拉使纖維分子定向,再擠壓成薄片(flat sheet)或形成長絲(filament)。前者經過破碎、裂膜成為纖化纖維(fibrillated fiber),其斷面一般為不規則、近似矩形,纖維之間有橫向連接成網狀;后者在縱向切斷后成為圓形斷面的復絲或單絲纖維。聚丙烯纖維比重為0.91,強度高,抗拉強度可達200~300MPa,彈性模量3400~3500 MPa,完全不吸水,為中性材料,與酸堿不起作用,熔點 160~170 ℃,燃點590℃。摻加在混凝土中的聚丙烯纖維長度一般為12-30 mm,直徑幾十微米。當摻量僅為混凝土體積的0.1%時,在1 m3混凝土中可以有數百萬根至數千萬根纖維隨機分布,使混凝土性能得到很大改善。
根據國內外的試驗研究和工程應用經驗,與常規混凝土比較,聚丙烯纖維混凝土有以下5個方面的特點。
1.防止或減少混凝土收縮裂縫的產生
混凝土因失水收縮產生的裂縫主要是在早期發生。聚丙烯的摻入,可以在混凝土塑性階段、變形模量較低時,有效地減小收縮和裂縫的發生,在硬化后期也可使干縮裂縫得到一定程度的抑制,從而使裂縫細化,使之對工程無害或少害。上述特性使聚丙烯纖維在板式結構中作為次要加強筋而得到最廣泛的應用。
2.改善混凝土的變形特性和韌性
混凝土是一種由多種成分形成的非均質脆性材料,在各組成成分的結合處很容易產生集中應力使其進一步變脆。而聚丙烯纖維的加入,使混凝土的這一弱點得到很大改善。一是提高了混凝土的極限拉伸率。有大量試驗資料證明,一定摻量的聚丙烯纖維混凝土的極限拉伸率比素混凝土提高0.5~2倍。二是大大提高了混凝土的韌性。普通混凝土在受拉伸、彎折而破壞時,一般為脆性斷裂,在混凝土發生裂縫后就基本不能再承受荷載。而聚丙烯纖維混凝土在初裂縫發生后,仍有一定的承載能力,實質上是對外荷能量吸收能力的提高以及混凝土變形性能的改善。按照美國ASTM標準進行的韌度試驗結果表明,聚丙烯纖維混凝土的韌度指數比普通混凝土增加15~70%。三是抗破碎性。普通混凝土在受壓破壞后,往往成斷碎狀,而聚丙烯纖維混凝土在受壓破壞后,仍能保持一定程度的整體性。
3.對混凝土強度性能的影響
試驗證明,加入聚丙烯纖維,并不能提高混凝土的靜力強度。但國外的試驗表明,由于韌性改善,抗沖擊能力可以提高2倍以上,抗磨損能力也可提高20~105%。
4.提高了混凝土的耐久性
由于聚丙烯纖維混凝土能大大減少裂縫發生和使裂縫細化,從而使混凝土的抗滲能力得到較大提高。根據國內外試驗,摻加纖維后,混凝土滲漏可減少25~79%,抗滲標號從W10提高到W14?節B性能的改善必然使混凝土的抗凍融能力得到提高。許多文獻還報導了聚丙烯纖維混凝土能顯著減少海水等侵蝕性環境對鋼筋的銹蝕作用。關于聚丙烯纖維混凝土在紫外光幅射下的壽命問題,國外一般認為,對混凝土或水泥制品不存在紫外老化問題。
加拿大國家科學研究院建筑研究所的詹姆斯•皮奧都恩在《纖維混凝土手冊》一書中指出:雖然聚丙烯在紫外線照射下將發生老化,但聚丙烯纖維水泥復合物在受到相當于若干年自然陽光的紫外線照射下,沒有強度損失。英國Surrey大學研究纖維混凝土的專家漢南博士在他的一項長期研究中,進行了聚丙烯纖維復合水泥薄板人工氣候老化試驗。采用的復合板材中聚丙烯纖維體積含量達到4~8%,該板材放置在室內和露天自然條件下,在齡期分別為1、6、12月和2、3、5、10年時,測定了材料的彎曲韌度和彎曲應力。結論是:在10年時間內,未覺察到材料的老化。應當說,這種復合材料由于聚丙烯含量很高,老化對其性能的影響遠比含量僅為0.1%的一般纖維混凝土要大得多。因此可以認為氣候老化對聚丙烯纖維混凝土性能的影響是很小的。
5.聚丙烯纖維混凝土的施工性能
國內外大量實踐表明,聚丙烯纖維混凝土的施工與常規混凝土沒有大的不同,一般的施工方法都適用于聚丙烯纖維混凝土。但聚丙烯纖維混凝土在相同配合比下,坍落度比普通混凝土要降低30%左右。有的文獻指出,聚丙烯纖維混凝土泌水速度降低,收面作業應比普通混凝土晚一些進行。
由于聚丙烯纖維混凝土具有上述良好的技術經濟指標,在國內外得到了迅速而廣泛的應用。80年代初,美國出現了第一個用于水泥制品的聚丙烯纖維專利商標Fibermesh,目前已有美、英、韓等國的產品。工程應用最初是在美國的軍事工程,但很快發展到民用工程,主要是在板式結構中采用,如房建中的地坪、地下室底板和墻、路面、橋梁鋪裝層、機場跑道、停機坪等。在水利工程中,美國已在壩工修補、灌溉渠道襯砌、邊坡防護等工程中進行了應用。由于聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土有較高的粘稠性,用在噴射混凝土中,不但可以提高性能,還可以減少回彈損失,應用也日益廣泛。我國是從90年代初開始引進,最初用于公路、橋梁工程,以后在房建中也越來越多的得到應用。目前國內已有多家工廠生產聚丙烯纖維以滿足各行業不同混凝土施工需要。在我國水利工程上,聚丙烯纖維混凝土還只停留在試驗階段。在試驗研究方面,國外在聚丙烯纖維混凝土的力學性能、耐久性、施工工藝、纖維增強機理等方面做了大量的工作,并且已編制了這方面的有關試驗規范和技術標準。而我國只有上海同濟大學、大連理工大學等院校做了一些研究工作,遠遠不能滿足我國發展這項技術的要求。
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