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聚丙烯纤维用于混凝土材料中,是如何发展而来的?

发布日期:2015-6-12 0:00:00 来源:http://cd.czleade.cn/news371114.html

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纤维在提高混凝土性能方面扮演着日益重要的角色。混凝土的发展已有100多年历史,高强化在很长时间里是努力的目标,被认为是优质混凝土的特征。但是混凝土是一种脆性材料,韧性差,抗疲劳能力低,易产生裂纹,抗冲击碎裂性差,这种问题不是因为强度不够,而是耐久性不够。

多年来,工程技术人员从原材料、配合比、外加剂、制造工艺、养护工艺等多方面加以研究改进,虽取得了一些成效但不理想,因此,混凝土的高性能化才是解决问题的关键。

复合化是水泥基材料高性能化的主要途径,纤维增强是其核心。自70年代,纤维增强水泥复合材料发展起来,成都钢纤维、玻璃纤维已较早地应用于混凝土,可以从多方面改善混凝土的性能。关于钢纤维、玻璃纤维应用领域和使用情况已趋于明确,我国于1992年颁布了钢纤维的设计使用标准规范。随着材料加工技术的进步,专用于混凝土的成都聚丙烯纤维研制成功,使纤维混凝土技术进入一个新的阶段。


纤维混凝土

纤维混凝土就是在混凝土拌合过程中加入一定量的纤维材料,通过纤维的密集分布来提高混凝土的性能。在民间,很早就把麦秆剁碎或用切断的发丝拌入泥浆中,建造土坯或挡墙,获得阻裂的效果。纤维混凝土的机理与其有一定的接近,纤维对混凝土的贡献是从抑制塑性开裂开始的。而纤维对混凝土性能的提高,必须具备以下几个主要条件:
(1)分布均匀   
(2)与混凝土的握裹性强   
(3)材料本身抗腐蚀、抗碱集料反应强       
(4)材质的抗拉强度好

这四个条件每个都是重要和必不可少的。需要说明的是,纤维对混凝土的作用不是为提高强度,而是通过达到上述的条件,来提高混凝土的抗裂、抗碎、抗渗水、抗折、抗冲击、抗疲劳等综合性能。钢纤维与合成纤维都对混凝土强度有提高,因材质不同钢纤维提高的要大。

钢纤维是早应用于混凝土的,这自然源于钢筋混凝土的启发,随着纤维混凝土技术的发展的,人们把研究重点倾向于合成纤维,合成纤维成本低,当在混凝土中均匀分布后,能提供更好的韧性。混凝土是硬性材料,合成纤维是软性材料,这种钢柔相济的办法能提高混凝土坚韧性。在合成纤维中聚丙烯是好的材料,耐腐蚀、抗碱反应。

早在70年代,英国西部海岸的加固工程中,工程人员把切碎的聚丙烯掺入到混凝土中,用来砌成防护堤。许多工程技术人员都在进行成都聚丙烯纤维用于混凝土的研究。那时的试验结果或相互矛盾或不理想,这些试验结果一直被做为评定聚丙烯纤维的基础。人们一直认为聚丙烯无法对混凝土产生效果,而且这些顾虑现在依然存在,这是很不幸的。因为那些试验所使用的聚丙烯纤维,要么是聚丙烯废品回收后制成,要么是从纺织业中借用的,再者就是用剪断的包装带、绳子代替,这些材料根本无法解决上述纤维混凝土的四个要点,由于存在纤维本身的缠绕,在拌入混凝土中易结团,所以关于聚丙烯是否可用于混凝土一直存在争议。

80年代初期,美国军队工程师的混凝土专家为解决军用混凝土工事在受炮火攻击后的抗碎问题,同时也为解决军事工程的耐久性问题,他们测试研究了很多种材料和方法。之后确认,在混凝土中加入一定量的聚丙烯纤维效果好,于是混凝土专家与美国大的化工产品企业──合成工业公司的聚丙烯材料专家共同研制用于混凝土的专用纤维,并于1984年成功研制出混凝土聚丙烯纤维──“FIBERMESH”,中文译为“纤维网”。这是世界第一种成功用于混凝土增强的聚丙烯纤维。

纤维网一种网状结构的聚丙烯纤维束,由美国纤维网砼公司及其国际代理机构拥有专利。它从各个角度解决了聚丙烯纤维用于混凝土所遇到的问题:

(1) 集束形网状结构在混凝土中拌和时先呈束状大面积分布,搅拌中期每束中的5-8个小束纤维分离出来,受骨料冲击后展开成网状,并随着搅拌冲击被撕开成不规则单丝,达到均匀分布的目的。这种被称之为“二次分布法”的均匀分布方式与某种同样可均匀分布的钉书针式排状钢纤维是一个原理。完全解决了分布均匀的问题。

(2) 与混凝土的握裹性问题,钢纤维以做成波浪状或两关弓形来解决握裹性问题,在合成类纤维中,有多种单丝纤维截面成圆形,纤维丝面光滑,无法达到良好的握裹性。纤维网在拌和时撕裂成丝。

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