聚烯烃纤维在混凝土工程中的应用.pptVIP

1 聚丙烯细纤维 1.1 细纤维的特性 适用于混凝土的聚丙烯细纤维应具有以下的特性： （1）直径≤ 60μm，纤维长度≤20mm,（非圆形截面纤维的直径按当量直径计）． （2）断裂强度≥270MPa，初始弹性模量≥ 3GPa，断裂伸长率≤ 20％． （3）高抗碱性。在浓度为1mol/L、温度为80℃的 NaOH溶液中浸泡6h 经烘干后，纤维的断裂强力保持率≥ 95％． （4）在混凝土中可均匀分散，无成团现象． 1.2 细纤维的主要品种 聚丙烯细纤维是用等规聚丙烯作为主要原料制成的，可通过提高纤维的结晶度以增进其刚性。掺加于混凝土的聚丙烯细纤维按形态可分为以下两个品种： (1)聚丙烯束状单丝纤维。由等规聚丙烯熔融后经若干个喷丝孔直接拉丝制成的。纤维截面可呈圆形或异形，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为单丝。 (a)分散前 (b)分散后分散前后的聚丙烯单丝纤维束 (2)聚丙烯膜裂网状纤维。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，其中纤维的截面呈矩形。在与混凝土拌合过程中，纤维束可分裂成为单丝，单丝纤维之间相互牵连。 (a)分裂前 (b)分裂后 分裂前后的聚丙烯膜裂纤维束 三种牌号的聚丙烯细纤维的规格与性能 1.3 细纤维在混凝土中的作用机制 （1）在尚处于塑性阶段的混凝土起着阻裂作用 (2) 在硬化混凝土中起被动防火作用，防止混凝土爆裂 -- 欧洲Eureka Umbrella ‘NewCon Project’的研究成果 （G.A. Khoury, B. Willoughby） 混凝土在高温或火灾时发生爆裂的机制 混凝土毛细管孔道中自由水的蒸发引起的蒸汽压力 + 混凝土表面层与内部间因温差引起的热应力→能量的 突然释放与混凝土表面层的急剧破坏而导致爆裂 混凝土发生爆裂的温度范围为150℃-250℃，pp 纤维不 可能熔化 PP 细纤维的压力缓解机制（mechanism of pressure relief） 纤维使混凝土中存在两种空间： ① 非连续‘储槽’（discontinuous reservoirs）空气泡、加热过程中纤维周围砂浆产生的若干微裂缝 ② 连续的‘通道’ （continuous channels）蒸汽引发的纤维与砂浆界面间的切向空间（pressure- induced tangential space, PITS），是纤维熔化前缓和蒸汽压力 的主要通道，在100℃- 250℃范围内起关键性作用 PP纤维150 ℃开始熔化，176 ℃全部熔化，在上述温度范围内纤维熔化物在PITS内流动，因熔化物黏度较大，流动有一定阻力 随着温度的升高，PP分子量逐渐下降。350 ℃开始转化成挥发性碳氢化合物，475 ℃前完全转化 在压力梯度下碳氢化合物蒸汽流至混凝土表面，550 ℃以上，燃烧生成水蒸汽与CO2等混合物 1.4 细纤维对混凝土性能的影响 1.4.1 物理性能 混凝土拌合物的塌落度与工作性 在混凝土中掺加聚丙烯细纤维后使拌合物的初始坍落度、1h后的坍落度与2h后的坍落度均有所下降，并且下降幅度均相隨纤维体积率的增加而増大，但国内外的使用经验均表明，当纤维体积率在 0.11 % 以内拌合物的泵送与浇灌仍可满足施工要求，不影响其工作性 混凝土的塑性收缩 由下表可看出，在水泥砂浆中掺入体积率0.1% 聚丙烯细纤维可显著减少塑性收缩裂缝的数量并降低裂缝的尺度 混凝土的干缩 国内外大多数的验结果均表明，低掺量（体积率≤0.1 % ）的聚丙烯细纤维可显著减少混凝土的塑性收缩裂缝，但无助于减少混凝土的后期干缩裂缝 混凝土的防火性 根据荷兰应用科学研究所（TNO）与英国BRE的研究，认为在混凝土中掺加直径为5～30μm的聚丙烯细纤维，较之掺加聚丙烯粗纤维能更好地起到防止混凝土火灾时发生爆裂的作用，主要是由于聚丙烯细纤维在高温下熔化后可在混凝土中畄下较多的使水蒸汽逸出的孔道 1.4.2 力学性能（1）强度：掺入体积率不超过0.1 % 的聚丙烯细纤维对混 凝土的抗压、抗拉与弯拉等强度指标并无明显影响（2）韧性：聚丙烯细纤维可使混凝土的韧性有适度提高 , 但提高幅度远不如聚烯烃粗纤维