研究聚丙烯纖維材料對混凝土性能的影響

章維偉

摘 要：聚丙烯纖維的機械強度和化學穩定性良好，可以加強混凝土材料的強度。此次研究主要是分析聚丙烯纖維對混凝土性能的影響，介紹聚丙烯纖維的作用機理，希望能夠對相關人員起到參考性價值。

關鍵詞：聚丙烯纖維;混凝土材料;性能材料

混凝土材料的發展歷史比較久，具備良好的耐壓縮性和強度，成本低廉，被廣泛應用于建筑領域。然而混凝土的拉伸強度、抗沖擊性能較差，韌性無法滿足建筑要求。因此必須對混凝土材料進行改性研究，加強混凝土材料強度。通過纖維材料加入，能夠提升混凝土材料的抗拉性能，加強韌性。聚丙烯纖維是一種新型增強纖維，材料的數量種類比較多，且纖維間距小，極易在材料中分散。將纖維應用到混凝土中，可以很好地融合到混凝土基體中，應用價值高。

1、聚丙烯纖維概述

聚丙烯纖維屬于一種合成纖維，采用聚丙烯均聚物制成的材料。與其他合成纖維相比較，聚丙烯纖維的密度小、耐化學性能優良，便于加工使用，因此被廣泛應用于混凝土增強處理中。聚丙烯纖維具備憎水性，若直接使用，將無法充分結合混凝土，還會導致復合材料性能產生問題。在聚丙烯纖維改性處理中，可以應用硅氧烷，確保纖維與混凝土材料的結合效果，且能夠均勻分散在混凝土內部。

關于聚丙烯纖維表面改性的方法比較多，例如表面接枝改性、等離子處理和化學改性法。通過纖維表面氧化處理，可以增加表面粗糙度，進一步加強纖維與混凝土的結合力。采用等離子處理法，可以增加纖維表面極性基團數量，該類基團與水分子的親和性良好。接枝改性法主要是通過接枝反應，在纖維表面獲取聚丙烯纖維。然而聚丙烯硅表面沒有反應活性基團，所以在采用接枝改性處理之前，需要進行化學改性處理。

1.1聚丙烯網狀纖維

此種纖維是經過特殊工藝處理，外表為纖維單絲交錯的網狀結構。在混合混凝土時，纖維會受到混凝土摩擦影響，從而呈現出網狀結構。在充分混合后，纖維可以獲得明顯的分散效果，以此提升混凝土的耐腐蝕性和強度。

1.2微孔纖維

聚丙烯紡絲過程中，添加適量無機粒子，在進行高倍拉伸處理時，纖維內會產生原纖化，從而使表面出現微孔。表面微孔會增加纖維粗糙度，可以更好地結合混凝土。按照部分研究顯示，聚丙烯初生纖維中，降溫速度、紡絲速率、成核劑都會影響β晶含量。在加快降溫速率和紡絲速率后，會明顯影響β晶形成。采用不同的成核劑，也會影響β晶形成。

1.3膜裂纖維

膜裂纖維的主要原材料為聚丙烯，是一種束狀化學纖維。該材料的抗拉極限強度在480-750MPa，相對密度在0.9-1.0，彈性模量在7-17GPa，具備良好的抗堿性能。然而該材料在受到氧氣與紫外線共同作用時，極易出現老化問題。材料的熱穩定溫度約為148攝氏度。在拉開纖維束之后，會呈現網狀結構，可以有效結合混凝土與水泥砂漿。將材料切割為一定長度，摻入到混凝土和砂漿中，可以起到增韌性和防裂效果。在應用過程中，也可以將材料制作為網片，以此提升水泥漿液的強度。通過相關研究可知，在不斷加大膜裂纖維體積率后，混凝土的韌性，抗拉強度與抗彎強度均呈現出上升趨勢，然而會降低抗壓強度。

2、聚丙烯纖維增強機理

在增強混凝土研究中，主要包括復合材料機理與纖維阻斷機理?；炷链嬖诿黠@收縮性，極易產生裂紋，降低建筑性能。將聚丙烯纖維加入到混凝土基體中，混凝土收縮時，纖維可承受大部分應力，避免產生裂紋。在纖維阻斷機理中，將混凝土增強纖維假設為棋盤狀分布，纖維中心間距為固定值，在拉力作用下，裂紋擴展會接觸到纖維，纖維可以控制和約束裂紋，從而避免裂紋擴展。在復合材料機理中，纖維與混凝土之間存在過渡層，基體中存在多界面過渡層。纖維直徑比較小，過渡層極薄。該理論認為混凝土體系性能屬于多個不同性能的疊加，所以纖維和混凝土可以形成交互作用。當結合之后，混凝土機體與纖維用量會影響復合體強度。

3、聚丙烯纖維對混凝土性能的影響

3.1抗裂性能影響

在加強混凝土抗裂性能時，聚丙烯纖維材料具備重要作用。由于纖維可以避免裂紋擴展，借助牽制與搭接作用形成網狀結構，降低混凝土收縮性能。此時就會使混凝土的收縮能量分散到纖維中，纖維在混凝土機體中形成支撐系統，確保水分分布均勻。

3.2抗凍性能影響

混凝土受到溫度影響后，內部極易產生溫度差和應力差，從而使混凝土內部疏松多孔。在受到壓力作用時，會擴大混凝土裂縫，從而損傷結構。應用聚丙烯纖維可以阻斷孔隙連通。纖維與水泥漿的結合效果顯著，可以避免水分遷移，還可以抑制裂紋擴展。部分學者分析聚丙烯纖維與混凝土抗凍性能的影響關系。在將混凝土凍融200多次之后，仍然具備良好的動彈模量。

3.3抗滲性能的影響

混凝土抗滲性能可以抵抗壓力水滲透，避免水分流入到內部。當混凝土具備良好的抗滲透性能時，有助于加強混凝土耐久性。所以混凝土內部水分是降低性能的影響因素。通過相關試驗可知，相比于普通水泥材料，聚丙烯纖維可以將混凝土抗滲性能提升30%-40%。

3.4混凝土干縮性與脆性影響

通過相關研究可知，添加聚丙烯纖維后，會明顯影響混凝土脆性。在不斷提升加入量后，會減小混凝土彈性模量，提升韌性。當纖維含量為0.6kg/m3時，可以降低混凝土脆性，數值約為5%-10%。纖維與混凝土的界面結合效果良好，在混凝土內部呈現網狀結構。由于纖維是高分子材料，韌性良好，可以提升混凝土的材料韌性。在混凝土材料中添加聚丙烯纖維，可以抵消內應力，緩解干縮問題。在提升纖維添加量后，還可以分散收縮能量，避免過度收縮。

3.5混凝土強度的影響

在加入聚丙烯纖維后，會降低混凝土抗壓強度。當纖維含量為1.2kg/m3時，抗壓強度會呈現下降趨勢。加入纖維后，有助于加強混凝土抗彎折強度。當纖維含量為0.9kg/m3，會顯著提升混凝土抗彎折強度，數值約為44%。由于纖維的延展性良好，具備較強的抗形變能力，可以有效結合混凝土。若混凝土表面產生裂紋，纖維可以阻止裂紋擴展，同時消耗內部應力?；炷量箯澱坌阅軙苯佑绊懡ㄖ锇踩?，當遭受外部作用力影響時，會加快混凝土失效時間，產生強烈的破壞力。然而將纖維添加到混凝土材料中，可以加強作用力抵抗效果，同時可以對作用力進行分散吸收，避免破壞建筑物。

4、結束語

綜上所述，混凝土材料是建筑施工常用材料，由于建設施工水平不斷提升，傳統混凝土無法滿足建筑要求。將聚丙烯纖維添加到混凝土中，可以提升混凝土抗凍性能、化學性能、抗滲性能及耐疲勞性能。相比于傳統混凝土，添加纖維材料后，可以穩定混凝土的化學性能和物理性能，應用價值比較高，已經成為混凝土復合材料的未來發展趨勢。

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