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聚丙烯纤维

[来源:www.kjxcl.com] [工程纤维] [2013-11-8] [收藏本页] [打印本页] [关闭窗口]

工程用聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维,被称为混凝土的“次要加强筋”。掺入聚丙烯纤维的混凝土品质得到改善,综合使用性能得到提高。具有掺加工艺简单、价格低廉、性能优异等特点。作为一种新型的混凝土增强纤维,聚丙烯网状纤维正成为继玻璃纤维、钢纤维、不锈钢纤维后纤维混凝土科学研究和应用领域的新热点.

聚丙烯纤维应用领域:

混凝土刚性自防水结构地下室底板、侧墙、顶板、屋面现浇楼板、蓄水池等。抗裂、抗冲击、抗磨损、要求高的工程、水利工程、地铁、机场跑道、港口码头、立交高架桥桥面、桥墩、超长结构等。

水泥砂浆内(外)墙粉刷、加气混凝土抹灰、室内装饰腻子及保温砂浆。

抗爆、耐火工程人防军事工程、石油平台、烟囱、耐火材料等。

喷射混凝土隧道、涵洞衬砌,薄壁结构、斜坡加固等。

应用特性

PP具有较强的耐碱性,不受各种碱性基料水化产物的侵蚀;具良好的分散性,不团结,不成束,保证了纤维在基料中的均匀分布;具有较高的韧性和强度,在混合搅拌中不易打弯成球。

聚丙烯纤维在混凝土中的运用

聚丙烯纤维是一种专用于混凝土/砂浆的高性能纤维,聚丙烯纤维能有效地控制混凝土/砂浆塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂纹,防止及抑制混凝土原生裂缝的形成和发展,大大改善混凝土/砂浆的防裂抗渗性能、抗冲磨性能,增加混凝土的韧性,从而提高混凝土的使用寿命。聚丙烯纤维可广泛应用于路面、防护栏、桥面;水电工程的面板坝、泄洪道、导流孔、水渠道;地下室的侧墙、底板;工业民用建筑的屋面、墙体、地坪、水池的防水、内外砂浆抹面;水泥预制件的增韧防裂等,聚丙烯纤维是一种性能卓越的混凝土/砂浆抗裂防渗材料。

聚丙烯纤维混凝土是60年代末国外开发的一种新型混凝土材料。它具有能防止或减少裂缝、改善长期工作性能、提高变形能力和耐久性等优点因而在军事、交通、房建、机场、水利等类工程上得到了广泛的应用。我国从90年代初首先在道路、桥梁和房建工程中应用此类材料,取得良好的技术经济效果。但水利工程部门对聚丙烯纤维混凝土还只停留在试验阶段,仅有的一点试验成果也很不系统完整,影响了这一新材料在水利工程上的开发应用。在新世纪到来之际,水利建设正面临着新的发展机遇和挑战。

作为国家的一项基础产业,水利部门不仅要以更快的速度建设更多的水利工程,而且在工程质量上也要满足更高的建设标准,要求进一步采用新技术、新工艺和新材料。与其它工程相比,水利工程对混凝土有着自己特殊的要求。特别是近年来出现了许多技术难度高的新工程结构,带来了水工混凝土一系列的新问题。

例如,我国近十几年来得到迅速发展的面板坝以及许多板式结构的防裂问题、许多挡水、隔水结构的混凝土提高防渗性能的问题以及高坝建设带来的高速水流冲刷磨损问题等等。这些都要求提高水工混凝土的抗渗、防裂、耐磨、抗冲击、韧性、耐久性等综合性能。为了适应我国水利工程快速发展的形势,提高工程质量和长期效益,开展聚丙烯纤维混凝土的有关性能及其在水利工程上应用的研究,具有重要的现实意义,是十分必要的,也是十分迫切的。

聚丙烯纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烃类纤维。根据其生产过程可以分为两种。聚丙烯在熔融状态下经过牵拉使纤维分子定向,再挤压成薄片(flat sheet)或形成长丝(filament)。前者经过破碎、裂膜成为纤化纤维(fibrillated fiber),其断面一般为不规则、近似矩形,纤维之间有横向连接成网状;后者在纵向切断后成为圆形断面的复丝或单丝纤维。聚丙烯纤维比重为0.91,强度高,抗拉强度可达200~300MPa,弹性模量3400~3500 MPa,完全不吸水,为中性材料,与酸碱不起作用,熔点 160~170 ℃,燃点590℃。掺加在混凝土中的聚丙烯纤维长度一般为12-30 mm,直径几十微米。当掺量仅为混凝土体积的0.1%时,在1 m3混凝土中可以有数百万根至数千万根纤维随机分布,使混凝土性能得到很大改善。

根据国内外的试验研究和工程应用经验,与常规混凝土比较,聚丙烯纤维混凝土有以下5个方面的特点。

1.防止或减少混凝土收缩裂缝的产生

混凝土因失水收缩产生的裂缝主要是在早期发生。聚丙烯的掺入,可以在混凝土塑性阶段、变形模量较低时,有效地减小收缩和裂缝的发生,在硬化后期也可使干缩裂缝得到一定程度的抑制,从而使裂缝细化,使之对工程无害或少害。上述特性使聚丙烯纤维在板式结构中作为次要加强筋而得到最广泛的应用。

2.改善混凝土的变形特性和韧性

混凝土是一种由多种成分形成的非均质脆性材料,在各组成成分的结合处很容易产生集中应力使其进一步变脆。而聚丙烯纤维的加入,使混凝土的这一弱点得到很大改善。一是提高了混凝土的极限拉伸率。有大量试验资料证明,一定掺量的聚丙烯纤维混凝土的极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韧性。普通混凝土在受拉伸、弯折而破坏时,一般为脆性断裂,在混凝土发生裂缝后就基本不能再承受荷载。而聚丙烯纤维混凝土在初裂缝发生后,仍有一定的承载能力,实质上是对外荷能量吸收能力的提高以及混凝土变形性能的改善。按照美国ASTM标准进行的韧度试验结果表明,聚丙烯纤维混凝土的韧度指数比普通混凝土增加15~70%。三是抗破碎性。普通混凝土在受压破坏后,往往成断碎状,而聚丙烯纤维混凝土在受压破坏后,仍能保持一定程度的整体性。

3.对混凝土强度性能的影响

试验证明,加入聚丙烯纤维,并不能提高混凝土的静力强度。但国外的试验表明,由于韧性改善,抗冲击能力可以提高2倍以上,抗磨损能力也可提高20~105%。

4.提高了混凝土的耐久性

由于聚丙烯纤维混凝土能大大减少裂缝发生和使裂缝细化,从而使混凝土的抗渗能力得到较大提高。根据国内外试验,掺加纤维后,混凝土渗漏可减少25~79%,抗渗标号从W10提高到W14。抗渗性能的改善必然使混凝土的抗冻融能力得到提高。许多文献还报导了聚丙烯纤维混凝土能显著减少海水等侵蚀性环境对钢筋的锈蚀作用。关于聚丙烯纤维混凝土在紫外光幅射下的寿命问题,国外一般认为,对混凝土或水泥制品不存在紫外老化问题。

加拿大国家科学研究院建筑研究所的詹姆斯•皮奥都恩在《纤维混凝土手册》一书中指出:虽然聚丙烯在紫外线照射下将发生老化,但聚丙烯纤维水泥复合物在受到相当于若干年自然阳光的紫外线照射下,没有强度损失。英国Surrey大学研究纤维混凝土的专家汉南博士在他的一项长期研究中,进行了聚丙烯纤维复合水泥薄板人工气候老化试验。采用的复合板材中聚丙烯纤维体积含量达到4~8%,该板材放置在室内和露天自然条件下,在龄期分别为1、6、12月和2、3、5、10年时,测定了材料的弯曲韧度和弯曲应力。结论是:在10年时间内,未觉察到材料的老化。应当说,这种复合材料由于聚丙烯含量很高,老化对其性能的影响远比含量仅为0.1%的一般纤维混凝土要大得多。因此可以认为气候老化对聚丙烯纤维混凝土性能的影响是很小的。

5.聚丙烯纤维混凝土的施工性能

国内外大量实践表明,聚丙烯纤维混凝土的施工与常规混凝土没有大的不同,一般的施工方法都适用于聚丙烯纤维混凝土。但聚丙烯纤维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。有的文献指出,聚丙烯纤维混凝土泌水速度降低,收面作业应比普通混凝土晚一些进行。

由于聚丙烯纤维混凝土具有上述良好的技术经济指标,在国内外得到了迅速而广泛的应用。80年代初,美国出现了第一个用于水泥制品的聚丙烯纤维专利商标Fibermesh,目前已有美、英、韩等国的产品。工程应用最初是在美国的军事工程,但很快发展到民用工程,主要是在板式结构中采用,如房建中的地坪、地下室底板和墙、路面、桥梁铺装层、机场跑道、停机坪等。在水利工程中,美国已在坝工修补、灌溉渠道衬砌、边坡防护等工程中进行了应用。由于聚丙烯纤维混凝土比普通混凝土有较高的粘稠性,用在喷射混凝土中,不但可以提高性能,还可以减少回弹损失,应用也日益广泛。我国是从90年代初开始引进,最初用于公路、桥梁工程,以后在房建中也越来越多的得到应用。目前国内已有多家工厂生产聚丙烯纤维以满足各行业不同混凝土施工需要。在我国水利工程上,聚丙烯纤维混凝土还只停留在试验阶段。在试验研究方面,国外在聚丙烯纤维混凝土的力学性能、耐久性、施工工艺、纤维增强机理等方面做了大量的工作,并且已编制了这方面的有关试验规范和技术标准。而我国只有上海同济大学、大连理工大学等院校做了一些研究工作,远远不能满足我国发展这项技术的要求。

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