高性能聚丙烯纤维混凝土研究进展□戴长华 20世纪80年代以来，随着现代建筑中高性能混凝土的广泛使用，
20世纪80年代以来，随着现代建筑中高性能混凝土的广泛使用，混凝土专用聚丙烯纤维也发挥着愈来愈重要的作用。化学纤维掺于混凝土以提高混凝土的抗裂、韧性和抗疲劳等性能，已引起工程界的关注。由于水泥基材价格低廉，合成纤维将对复合材料价格起主要作用，具有较高的性能价格比，通过进一步的优化，可取代石棉、钢纤维和玻璃纤维。目前以质优、价廉的聚丙烯纤维应用最为广泛，国内处在开发应用阶段，其市场前景广阔，是1种值得开发的聚丙烯纤维新产品。 一、混凝土专用聚丙烯纤维性能
一、混凝土专用聚丙烯纤维性能 目前，我国试验应用的主要是进口混凝土专用聚丙烯纤维，有美
目前，我国试验应用的主要是进口混凝土专用聚丙烯纤维，有美国的希尔兄弟化工公司的杜拉纤维、韩国SS 产业株式会社的聚丙烯纤维。杜拉纤维由100% 纯聚丙烯原料，经过特殊的生产工艺进行表面处理，使其和水泥基料有极强的粘结力，离散性好，遇水能迅速均匀地分布在基料中。具有强度高、耐酸碱、抗老化的作用，保证纤维在混凝土中长期发挥功效。 我国试验应用的进口聚丙烯纤维又分为单丝束状和网状两种。根
我国试验应用的进口聚丙烯纤维又分为单丝束状和网状两种。根据纤维形状和构造的不同，可分为单丝、并行的原纤化纤维束。单丝有较高的长径比，并行的原纤化纤维束能方便地在水泥基体中分散，虽化学键连接有限，但机械粘结好，可使纤维受力时不被拔出，聚丙烯纤维在混凝土的碱性环境下非常稳定，有较高的熔点，表面憎水，100% 的湿强保持率，质量轻，价格低，加工性能优良。它的缺点是耐火性差，对阳光和氧气敏感，弹性模量低，与水泥基体粘结弱，但这些缺点并不影响其使用，因为纤维被包覆在水泥基体中，光和热的影响受到限制；弹性模量低，虽不能提高强度，却能在极低掺量下阻止温度变化产生的裂缝和塑性收缩裂缝。 聚丙烯纤维增强混凝土的高性能是从原材料高分子碳氢化合物得
聚丙烯纤维增强混凝土的高性能是从原材料高分子碳氢化合物得来。化学稳定性好，与大多数化学物质不发生作用，不会被水泥浆浸湿，但其易燃，导致混凝土的耐火性降低，对单丝而言，纤维与基体间的粘结较差，结果使拔出强度较低。 二、高性能聚丙烯纤维混凝土特点
二、高性能聚丙烯纤维混凝土特点 聚丙烯纤维混凝土是研究与应用最多的合成纤维高性能混凝土，
聚丙烯纤维混凝土是研究与应用最多的合成纤维高性能混凝土，其要求高的强度、高的流动性与优异的耐久性。 1.结构致密度均匀
1.结构致密度均匀 实验表明，聚丙烯纤维不仅提高了水泥基材的密实度，且改善了
实验表明，聚丙烯纤维不仅提高了水泥基材的密实度，且改善了水泥基材与纤维及集料界面的疏松结构，从而使混凝土形成了1个结构致密，且基本无结构薄弱区域的均匀整体。 模拟海洋环境下进行的渗透腐蚀试验表明，含有0.05% 和0.1%
模拟海洋环境下进行的渗透腐蚀试验表明，含有0.05% 和0.1%（体积分数，下同）的聚丙烯纤维混凝土中的钢筋，比普通混凝土中钢筋分别迟9天和11天锈蚀。 2.混凝土坍落度降低
2.混凝土坍落度降低 聚丙烯纤维的加入降低了混凝土坍落度，纤维掺量为0.5% 时，
聚丙烯纤维的加入降低了混凝土坍落度，纤维掺量为0.5% 时，坍落度从89mm降至13mm。但复合材料的流动性对振动很敏感，在相同振动条件下，纤维混凝土的流动性可与基准混凝土相当，实际施工中可忽略纤维造成的坍落度降低，使用减水剂或增大水灰比也可补偿坍落度的降低。 3.耐久性好
3.耐久性好 高性能聚丙烯纤维混凝土耐久性可达百年以上，甚至可以达到
高性能聚丙烯纤维混凝土耐久性可达百年以上，甚至可以达到500年，是普通混凝土的3～5倍。在混凝土内掺入聚丙烯纤维由于能有效地提高混凝土的抗裂、抗渗、抗冻性能，因而增强了混凝土结构的耐久性和使用年限。 4.断裂韧性高
4.断裂韧性高 与使用石棉、玻璃纤维、Kevlar纤维、碳纤维和钢纤维相比，
与使用石棉、玻璃纤维、Kevlar纤维、碳纤维和钢纤维相比，在水泥中使用层状的拉丝聚丙烯网，能使复合材料具有更高的断裂能。当其掺量在0.7%～0.9%，而其他条件基本相同时，聚丙烯纤维混凝土配筋梁的断裂韧性、初裂荷载、裂纹平均间距分别是基准混凝土配筋梁的18～24倍、1.32～1.37倍和64%～56%。聚丙烯纤维的抗裂能力使混凝土柔韧性比普通混凝土提高了约40%。在一定的掺量与工艺条件下，聚丙烯纤维在混凝土中不成团、不缠结，与基准混凝土相比，混凝土的能量吸收能力、延性、抗弯强度和疲劳极限也有提高，但抗压强度没有提高。聚丙烯纤维混凝土在水中养护比在空气中养护有更高的抗压强度和剪切强度、更好的断裂韧性。 5.抗冲击强度大
5.抗冲击强度大 聚丙烯纤维掺量为0.05%～0.10% 时，抗冲击强度提高幅度最大。
聚丙烯纤维掺量为0.05%～0.10% 时，抗冲击强度提高幅度最大。纤维含量为1.0% 时，高强度混凝土的剪切强度提高17%，普通强度混凝土的剪切强度无明显提高，但其剪切变形和延性是原来的14倍。聚丙烯纤维比石棉纤维更能吸收能量，当掺量少于1.0% 时，能大幅度提高其抗弯韧性；当掺量较高时，不仅能减小复合材料的脆性，而且能增加水泥基体的极限强度，提高混凝土抗弯强度疲劳极限。试验表明，长度为30mm的聚丙烯纤维混凝土比19mm的抗弯强度低，但弯曲韧性前者高于后者，单丝型纤维的混凝土比网型纤维的抗弯强度略高，但前者的弯曲韧性低于后者。混凝土的能量吸收能力和延性提高了,抗弯强度和疲劳极限也有提高，抗冲击强度提高了近1倍,抗疲劳性能增加3倍。 6.抗裂、抗渗透性强
6.抗裂、抗渗透性强 添加聚丙烯纤维的混凝土的防水高于混凝土的刚性平体防水，聚
添加聚丙烯纤维的混凝土的防水高于混凝土的刚性平体防水，聚丙烯纤维主要是通过抗裂达到防水目的。 在混凝土内掺入聚丙烯纤维，其可以迅速而轻易地与混凝土材料
在混凝土内掺入聚丙烯纤维，其可以迅速而轻易地与混凝土材料结合，大量均匀分布的聚丙烯纤维限制了混凝土浇筑初期不同比重物质的相对运动，抑制了毛细管的形成与发展，减少了由毛细管形成的微细通道，从而使混凝土的凝缩、胀缩或干缩得到控制，由此而产生的微裂纹相应得到克服。同时由于聚丙烯纤维细微，故比表面积大，能在混凝土内部构成1种均匀的乱向支撑体系，从而产生有效的2级加强效果。当微裂缝在向细缝发展的过程中，必然会遭到多条不同向的微纤维的阻挡，消耗部分能量，难以进一步发展。上海建筑科学研究院的试验结果表明，聚丙烯纤维对混凝土龟裂程度的控制结果比普通混凝土高出90%～100%。试验表明，同普通混凝土相比，掺量0.05% 的美国杜拉纤维混凝土的抗裂能力提高了近70%。 对3种含量0.05%、0.1%、0.3% 的聚丙烯纤维混凝土和素混凝
对3种含量0.05%、0.1%、0.3% 的聚丙烯纤维混凝土和素混凝土的抗渗性能进行了试验，经24h、13MPa水压作用，所有抗渗试件均未渗漏，劈开试件对水的渗透深度进行了量测，0.05%、0.1% 的聚丙烯纤维混凝土抗渗能力分别比素混凝土提高40%和48%。 试验资料表明，掺量为1.18kg/m3的聚丙烯纤维混凝土比普通混
试验资料表明，掺量为1.18kg/m3的聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土可减少79%的渗水，抗渗性能的增强有力地防止和延缓了渗水、潮湿气体和有害介质对混凝土的侵蚀及对钢筋的锈蚀，有利于保证超长结构的质量，延长建筑物的寿命。 7.混凝土抗冻性增强
7.混凝土抗冻性增强 聚丙烯纤维可以缓解温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，
聚丙烯纤维可以缓解温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，阻止温度裂缝的扩展；同时，混凝土抗渗能力的提高也有利于其抗冻能力的提高。实践及研究都表明，在混凝土中加入聚丙烯微纤维可作为1种有效的混凝土温差补偿抗裂手段。对素混凝土4h、300次的快速冻融试验，发现其弹性模量降低了87%，而相同条件下0.05%以及0.1% 含量的单丝型聚丙烯纤维混凝土的弹模仅分别降低了36.3%和16.8%。 8.混凝土耐磨性提高
8.混凝土耐磨性提高 研究发现，表面改性的聚丙烯纤维与水泥基体之间粘结力较强，
研究发现，表面改性的聚丙烯纤维与水泥基体之间粘结力较强，纤维加入增强了材料的耐磨性，并指出耐磨性的提高是因纤维对水泥裂缝有搭接作用，纤维对分离的水泥块有牵制作用，纤维从水泥基体剥落时要消耗摩擦功。 三、应用简况
三、应用简况 我国高性能聚丙烯纤维混凝土在建筑工程中也开始受到重视，并
我国高性能聚丙烯纤维混凝土在建筑工程中也开始受到重视，并已经成功试应用。自1996年开始, 杜拉纤维(即束状单丝聚丙烯纤维)在我国试用。广州市的东环、西环、南环等高速公路的路面；上海8万人体育场看台、地铁工程及东方明珠电视塔、上海国际体操中心、虹口足球场、浦东国际东方医院、龙华旅游城等工程中，成功应用于刚性防水、大面积的基础底板防裂结构等；除此以外，重庆世界贸易中心工程、济南燕柳花园1号楼、北京住总集团在南线阁商住楼，在厦门、武汉等地，杜拉纤维还大量应用于桥面辅装、软路面等工程。在民用建筑中,它有效地解决了高强钢管混凝土柱的施工工艺，提高了高强混凝土的延性和韧性。 聚丙烯纤维已成功应用在许多高性能混凝土工程中，并取得了良
聚丙烯纤维已成功应用在许多高性能混凝土工程中，并取得了良好的使用效果。高性能混凝土专用聚丙烯纤维附加值高，市场前景好，是很具社会和经济效益的新产品，应大力开发生产应用。