合成纤维混凝土概述 |
1. 合成纤维的要求
合成纤维混凝土是近年来发展较快的工程复合材料，工程中目前常用的纤维品种有聚丙烯腈(腈纶)纤维、聚丙烯(丙纶)纤维、改性聚脂（涤纶）纤维、聚酰胺(尼龙)纤维。其中聚酯纤维由于耐碱性差，需要经过耐碱改性处理确认在混凝土中强度不降低才可使用。用于混凝土的合成纤维分两类：粗纤维（d=0.1～1.0mm）和细纤维（d=0.01～0.1mm），鉴于国内粗纤维还没有生产和应用，规程仅对有关细纤维的应用作了规定。纤维混凝土采用的合成纤维应为不含再生链烯烃的纯聚合物；纤维及其表面处理层对人体的健康和环境无不利影响；纤维在混凝土拌合物中和硬化的混凝土中应具有化学稳定性，保持纤维强度不降低。纤维应在混凝土拌合物中易于分散，并且与硬化混凝土间具有良好的粘结性能。用于防止混凝土或砂浆早期收缩裂缝的合成纤维，其抗拉强度不宜低于
，用于结构增强、增韧的合成纤维宜选用弹性模量和强度较高的纤维。
根据纤维混凝土应用的环境和工作条件，结合纤维的几何参数、物理力学特征，综合考虑确定采用的合成纤维的品种和型号。合成纤维的各种参数宜通过试验确定，作为参考，规程给出了四种纤维的主要物理力学参数（表5）。 |
单丝合成纤维的几何特征和主要物理力学指标参考值 表5 |
主要参数和性能 | 聚丙烯腈纤维 |
聚丙烯纤维 |
聚酰胺纤维 |
改性聚脂纤维 |
直径（μm） |
13 |
18～65 |
23 |
2～15 |
长度（mm） |
6～20 |
4.8～19 |
19 |
6～20 |
截面形状 |
哑铃形 |
圆形 |
圆形 |
三角形 |
密度（g/cm3） |
1.18 |
0.91 |
1.16 |
0.9～1.35 |
抗拉强度（N/mm2） |
500～910 |
276～650 |
600～970 |
400～1100 |
弹性模量（103N/mm2） |
17.1 |
3.79 |
4～6 |
14～18 |
极限伸长率（%） |
8～20 |
15～18 |
15～20 |
16～35 |
安全性 |
无毒材料 |
无毒材料 |
无毒材料 |
无毒材料 |
熔点（oC） |
240 |
176 |
220 |
250 |
吸水性 |
<2% |
<0.1% |
<4% |
<0.4% |
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2 合成纤维混凝土
合成纤维主要用于防止混凝土或砂浆早期收缩裂缝，有时也用于提高砂浆或混凝土的抗渗性、抗磨性和抗冲击、抗疲劳性能。其常用体积率为0.04%～0.3%。掺有合成纤维的混凝土与基体混凝土相比，其抗压强度、弹性模量、泊松比和线膨胀系数变化很小，故可按有关混凝土结构设计规范的规定采用。当纤维含量较大(超过0.15%)时，有关参数的选取应通过试验确定。当合成纤维用于限制混凝土早期收缩裂缝时，合成纤维混凝土的强度等级可采用结构设计所需要的素混凝土的强度等级。合成纤维用于结构性增强、增韧和提高结构的抗冲磨性时，影响纤维作用的不仅取决于合成纤维的弹性模量和强度，而且取决于混凝土或砂浆抗拉强度以及与纤维之间粘结性能。因此根据合成纤维混凝土的功能建议了强度等级最低限制：对于仅有限裂要求的，纤维混凝土的强度等级不应低于CF20，对于有增韧、抗渗或耐磨要求的其强度等级不应低于CF40。
根据试验和工程经验，在条文说明中给出了常用的合成纤维混凝土与同强度等级素混凝土（C20～C40）主要性能参数的比较，可供设计施工时参考（表6）。应当注意，由于合成纤维的品质特性差别较大，即使是同一品种，相同直径和相同长度，不同厂家生产的也有差别，应用时必须通过配合比和混凝土性能试验，表6仅供初选时参考。 |
常用纤维混凝土主要性能参数与同强度等级素混凝土的比较表 表6 |
项目 |
掺量及变化 |
聚丙烯腈纤维混凝土 |
聚丙烯纤维混凝土 |
聚酰胺纤维混凝土 |
收缩裂缝 |
降低比例(%) |
58～73 |
55 |
57 |
纤维掺量(kg/m3) |
0.5～1.0 |
0.9 |
0.9 |
28d收缩率 |
降低比例(%) |
11～14 |
10 |
12 |
纤维掺量(kg/m3) |
0.5～1.0 |
0.9 |
0.9 |
抗渗性 |
提高比例(%) |
44～56 |
29～43 |
30～41 |
纤维掺量(kg/m3) |
0.5～1.0 |
0.9 |
0.9 |
50次冻融循环强度损失 |
损失比例(%) |
0.2～0.4 |
0.6 |
0.5～0.7 |
纤维掺量(kg/m3) |
0.5～1.0 |
0.9 |
0.9 |
冲击耗能 |
提高比例(%) |
42～62 |
70 |
80 |
纤维掺量(kg/m3) |
1.0～2.0 |
1.0～2.0 |
1.0～2.0 |
弯曲疲劳强度 |
提高比例(%) |
9～12 |
6～8 |
– |
纤维掺量(kg/m3) |
1.0 |
1.0 |
– |
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| 在常用掺量下，合成纤维混凝土的坍落度有一定程度的降低，在配合比设计时应适当增加用水量或减水剂。 |
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