【正文】 鋼纖維 —— 200GPa 115 三、 PP纖維在混凝土中的作用機(jī)理 ? 阻裂作用 非連續(xù)纖維在混凝土中主要起阻裂作用，阻裂效應(yīng)很大程度上取決于纖維的平均間距（ S）與單位體積纖維混凝土中纖維的根數(shù)（ N）。 WrdVdS f ??62 10 ??lrdN116 三、 PP纖維在混凝土中的作用機(jī)理 鋼纖維 Vf=1%， PP纖維 Vf=%時(shí)，計(jì)算兩種纖維的 S值和 N值 : 纖維種類 纖維密度 (g/cm3) 纖維直徑 (mm) 纖維長度 (mm) 纖維體積率 (%) 纖維摻量 (kg/m3) S值 (mm) N值 (根 /m3) 鋼纖維 25 1 78 106 PP纖維 19 107 PP纖維的體積摻率只有鋼纖維的 10%（重量摻率的 ％），而其 S值要較鋼纖維小 39%， N值則為鋼纖維的 。因此， PP纖維在混凝土中的阻裂作用優(yōu)于鋼纖維。 117 三、 PP纖維在混凝土中的作用機(jī)理 ? 增韌作用 三維亂向分布的纖維混凝土的斷裂韌性（ Gc）由下式表示： fmc GGG ??ddlVEG fff2 ??????? ? 當(dāng)其它參數(shù)不變時(shí)， Gf主要取決于 Ef ， Ef 愈小，則 Gf愈大。因此，使用 Ef 較低的 PP纖維作為增強(qiáng)材料時(shí)，制得的纖維混凝土有可能獲得較高的 Gc。 118 四、 PP纖維對混凝土性能的影響 ? 混凝土拌合物的坍落度 表 4 未摻纖維與摻有聚丙烯單絲纖維的混凝土的坍落度（ mm） 纖維摻量（ kg/m3） 纖維體積率（ %） 初始坍落度 經(jīng) lh的坍落度 經(jīng) 2h的坍落度 0 0 220 200 170 205 195 160 205 185 155 190 165 140 水泥 — 397kg/m3,， 粉煤灰 — 79kg/m3, 砂 — 712kg/m3, 石 — 1025kg/m3, 水 — 205kg/m3, 減水劑 R561— , 減水劑R1100— 。（廣州市住宅建設(shè)發(fā)展有限公司） 在混凝土中加入體積率為 %~%的 PP纖維后使混凝土的坍落度稍有下降，其下降幅度隨纖維摻量之增加而相應(yīng)地增大。但混凝土的工作性仍然可滿足泵送與澆注的要求。 119 ? 塑性收縮 表 5 未摻纖維與摻纖維的水泥砂漿的裂縫計(jì)權(quán)值 板別 計(jì)權(quán)的裂縫寬度 A（ mm） 裂縫長度 B ( mm) A B （ mm2） A B的加和值 （ mm2） 對比百分比（ %） 素砂漿 279． 4 228． 6 100 381． 0 摻纖維砂漿 （ vf=） 0 0 0 0 10． 4 203． 2 摻纖維砂漿 （ vf=%） 0 0 0 0 0 0 0 0 板狀試件尺寸為 457 305 19mm；砂漿的配比：波特蘭水泥：砂子 =1： 水灰比 =；風(fēng)扇風(fēng)速為 10~15m/h ，試驗(yàn)室的溫度為 21~24℃ ，相對濕度為 22%~23%。經(jīng) 3h后將試件轉(zhuǎn)移到室外暴露 21h,室外的溫度為 10~29℃ ，相對濕度為 22%~23%。 （美國Wilrick 工程與檢測公司的測定結(jié)果） 當(dāng)砂漿中含有低摻率（ %~%）的 PP纖維時(shí)，即可顯著減少其塑性收縮裂縫與早期的干縮裂縫。纖維的體積率愈大，效果愈佳。 120 ? 硬化混凝土的性能 ? 抗壓強(qiáng)度 表 6 含低摻率聚丙烯單絲纖維的混凝土的抗壓強(qiáng)度 試件編號 1 2 3 4 5 6 7 8 纖維體積率（％） 0 0 抗壓強(qiáng)度（ MPa） 7d 28d 試件尺寸為 15 15 15cm。表中編號為 4的試件所用混凝土的配方為：水泥－ 361kg/m3，粉煤灰－ 76 kg/m3，砂－743kg/m3，石 1025kg/m3，水－ 195kg/m3，減水劑 R561－ ，減水劑 R1100－ 。表中編號為 8的試件所用混凝土的配方為：水泥－ 397 kg/m3，粉煤灰－ 79kg/m3，砂－ 712kg/m3，石 1025kg/m3，水－ 205kg/m3，減水劑 R561－，減水劑 R1100－ 。（廣州市住宅發(fā)展有限公司 ） 國內(nèi)、外的多數(shù)測試結(jié)果也表明，在纖維為低摻率時(shí)，聚丙烯單絲纖維與聚丙烯膜裂纖維對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，并無明顯的差異。 121 ? 抗拉、抗折強(qiáng)度 表 7 PP纖維對砂漿與混凝土抗拉強(qiáng)度以及混凝土抗折強(qiáng)度的影響 纖維體積率（％） 0 砂漿軸向抗拉強(qiáng)度（ MPa） 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度（ MPa） 混凝土抗折強(qiáng)度（ MPa） 砂漿的灰砂比為 1:1,水灰比為 。混凝土的配合比為水泥：砂：石：水：減水劑＝１： ： ： ： 。（中國國家建筑材料測試中心） 在水泥基材加入低摻率的 PP纖維基材的抗拉、抗折強(qiáng)度均無顯著影響。 122 ? 韌性 表 8 PP纖維對混凝土的增韌效果 纖維體積率 （％） 抗折極限強(qiáng)度 （ MPa） 剩余彎曲強(qiáng)度 (MPa) 韌性指數(shù) I5 I 10 0 0 1 1 （戴建國、黃承逵與趙國藩） PP纖維摻入于混凝土中，剩余彎曲強(qiáng)度、韌性指數(shù)能很好地體現(xiàn)纖維對混凝土的增韌效應(yīng)，纖維體積率愈大，剩余彎曲強(qiáng)度值也愈大，韌性指數(shù)也相應(yīng)提高。 123 ? 收縮變形 PP纖維摻入后，可以有效抑制混凝土的收縮。以 90d為例，摻入 ~ kg/m3的 PP纖維，混凝土的干縮率比基準(zhǔn)混凝土減少 8~15%，有效抑制了收縮。 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98050100150200250300350400450干縮率(10 6)齡期 （ d ） B 1 (PP= 0 ) B 2 (PP= 0 .3 ) B 3 (PP= 0 .6 ) B 4 (PP= 0 .9 )圖 1 PP纖維對混凝土收縮的影響 （試件尺寸 100 100 515，每組三塊，東南大學(xué)） 124 ? 抗?jié)B性 表 9 含低摻率聚丙烯單絲纖維的混凝土的抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果 試件編號 1 2 3 4 5 6 7 8 纖維體積率 (%) 0 0 滲水 高度 測定值 (mm) 48 15 18 14 55 20 15 14 相對百分比 (%) 100 31 38 29 100 36 27 25 試件尺寸 Φ180 150mm，最高水壓為 。①表中測定值為 6個(gè)試件滲水高度的加權(quán)平均值；②表中試件滲水高度的相對百分比，編號 4相對于編號 1，編號 8相對于編號 5。 （廣州市住宅發(fā)展有限公司） PP纖維的摻入有助于大幅度提高混凝土的抗?jié)B性。主要原因： (a)阻止了混凝土的離析現(xiàn)象，提高了澆注體的整體均勻性，不致發(fā)生各層的不均勻收縮，減少澆注體的內(nèi)部裂縫； （ b）即使基材在限制收縮條件下，因失水干縮而引發(fā)裂縫，由于纖維的阻裂作用可顯著減少裂縫的數(shù)量與裂縫的長度與寬度，并因而降低生成連通裂縫的幾率。 125 ? 抗凍融性 表 10 低摻率聚丙烯單絲纖維對混凝土快速凍融后動彈性模量的影響 試件組別 起始 Ed（ MPa） 最終 Ed（ MPa） Ed保留率（ %） 素混凝土 37080 408 摻 PP纖維混凝土（ V1=%） 35780 2278 摻 PP纖維混凝土 (V1=%) 35900 29860 配合比為水泥：碎石：砂 =1： ： ，水灰比 =；試件尺寸為 100 100 350mm的圓柱形試件，對齡期為 28d的試件進(jìn)行快速凍融，凍結(jié)溫度為 17177。 1℃ ，解凍溫度為 8177。 1℃ ，共進(jìn)行了 300次凍融循環(huán)，每一循環(huán)為 4小時(shí)。 (美國Law工程公司 ) 摻有 %PP纖維的混凝土的 Ed值的保留率顯著高于素混凝土，主要原因： ① PP纖維減少多次凍融循環(huán)而引起的混凝土內(nèi)的抗拉集中應(yīng)力，阻止了微裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展。 ② 由于混凝土抗?jié)B性的提高，有利于其抗凍融性。 126 ? 抗沖擊性 表 11 PP纖維混凝土的擺錘沖擊試驗(yàn)結(jié)果 試件組 素砂漿 摻 PP纖維混凝土（ V1=%） 摻 PP纖維混凝土（ V1=%） 抗沖擊強(qiáng)度 (KJ/m2) 相對比值 100 試件尺寸為 120 50 10mm，砂漿的配合比為水泥：砂 =1： 2，水灰比 =。 (中國國家建筑材料測試中心 ) 摻入 PP纖維于混凝土中，有助于提高混凝土受沖擊時(shí)所吸收的動能。這是由于纖維阻裂、增韌作用所致，在混凝土受沖擊荷載作用時(shí)，纖維可阻礙混凝土中裂縫的迅速擴(kuò)展。 127 ? 抗氯離子滲透 隨著 PP纖維纖維摻量的提高，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)下降的趨勢，說明 PP纖維混凝土能夠更為有效抵御外界氯離子的侵蝕。 相對氯離子擴(kuò)散系數(shù)（10 12m2/s）聚丙 烯纖維摻量（ k g / m 3）圖 3 PP纖維對于混凝土抗氯離子滲透能力的影響 （按 《 水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程 JT27098》 測試方法（ RCPT）進(jìn)行，混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28天后測試。東南大學(xué)） 128 五、結(jié) 論 1. 與鋼纖維相比較， PP纖維主要特點(diǎn)是密度小、直徑小與楊氏模量低； PP纖維以低體積率均布于混凝土中時(shí)，即可獲得較小的 S值和較大的 N值。 2. 低摻率 PP纖維使混凝土坍落度稍有下降，但其工作性仍然可滿足泵送與澆注的要求。 3. 低摻率 PP纖維對混凝土的抗壓、抗拉與抗折強(qiáng)度均無明顯的影響。 129 五、結(jié) 論 4. 低摻率 PP纖維在塑性與硬化的纖維混凝土中均起明顯的阻裂作用，可顯著降低混凝土基體中裂縫的數(shù)量與尺度，并可因此提高混凝土的收縮變形、抗?jié)B性、抗凍性、抗氯離子滲透性等性能。 5. 低摻率 PP纖維可明顯提高混凝土的韌性與抗沖擊性。 130 謝謝！