解決混凝土塑性裂縫的長(zhǎng)堅(jiān)纖維技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

解決混凝土塑性裂縫的長(zhǎng)堅(jiān)纖維

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

長(zhǎng)堅(jiān)纖維加入各種混凝土及其制品中，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.塑性階段

a)防止塑性收縮和沉縮裂縫

加入長(zhǎng)堅(jiān)纖維，可增加混凝土在塑性階段的延性，從而提高混凝土的強(qiáng)度。減少了拌合物泌水現(xiàn)象，考慮到合理的水化作用，可降低水灰比，從而有效地防止了收縮和沉縮裂縫。

2.硬化階段

a)增加抗沖擊韌性

大部分混凝土是脆性破壞的，但加入了長(zhǎng)堅(jiān)纖維后，可提高混凝土的延性。因?yàn)榛炷灵_裂時(shí)，將纖維從混凝土中拉出需耗費(fèi)較多的能量。

b）增加耐磨性

長(zhǎng)堅(jiān)纖維在混凝土攪拌過程中可控制水的遷移，減少了水泥漿和細(xì)骨料分離的可能性。它增強(qiáng)了水泥的水化作用，改善了與骨料的粘合強(qiáng)度，從而可以形成更致密、更耐久的使用表面。

c）增加防火性能

用于水泥基材料中的長(zhǎng)堅(jiān)纖維的熔點(diǎn)大約在154℃，在高溫情況下，纖維熔解后混凝土中會(huì)形成無數(shù)的空穴，使易于水蒸汽疏導(dǎo)，這將明顯地減少混凝土爆裂現(xiàn)象。實(shí)際上，目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，纖維的加入，已經(jīng)消除了高溫狀態(tài)下水泥石的爆裂。

d）改善對(duì)水和化學(xué)介質(zhì)的抗?jié)B性

混凝土中的孔隙減少，滲透性降低。這將會(huì)使混凝土表面對(duì)水、化學(xué)物質(zhì)和其他物質(zhì)的吸收速度減慢。

e) 提高抗凍性

加入了長(zhǎng)堅(jiān)纖維改善了混凝土的抗凍性，相當(dāng)于提高了其耐久性，其機(jī)理與加氣混凝土相似。

f）附加預(yù)應(yīng)力

長(zhǎng)堅(jiān)纖維是控制裂縫用鋼筋網(wǎng)片的經(jīng)濟(jì)替代品，那些鋼筋網(wǎng)片通常放置在承重樓板上部以控制裂縫。但它不能替代任何結(jié)構(gòu)上的鋼筋。當(dāng)混凝土收縮，控制裂縫的鋼筋網(wǎng)片會(huì)產(chǎn)生反力，增加了混凝土的拉應(yīng)力。鋼筋網(wǎng)片在混凝土出現(xiàn)裂縫后才開始承受拉力，然而長(zhǎng)堅(jiān)纖維可以防止混凝土裂縫的產(chǎn)生。

長(zhǎng)堅(jiān)纖維是惰性的，它對(duì)混凝土材料組份都沒有副作用。

長(zhǎng)堅(jiān)纖維混凝土技術(shù)介紹

簡(jiǎn)介

在參考了至今為止積累的大量測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本文介紹了長(zhǎng)堅(jiān)纖維的功能和優(yōu)點(diǎn)。全部引用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是獨(dú)立進(jìn)行并且獨(dú)立核實(shí)的。在英國(guó)，British Board of Agrément 監(jiān)督了大多數(shù)的測(cè)試，并給予官方認(rèn)可。這種認(rèn)可正在被擁有技術(shù)授權(quán)組織的其他國(guó)家（特別是那些參與UEAtc和EOTA的組織）接受。

所摘錄的其它數(shù)據(jù)，包括原始的研究和實(shí)驗(yàn)的其它數(shù)據(jù)，摘自正式被美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)收錄的文章。

纖維的功能

長(zhǎng)堅(jiān)纖維的主要功能是從本質(zhì)上改善了混凝土性能，有以下幾個(gè)因素：

? 改善了水泥漿的流變性從而減少了離析，泌水和沉縮等。

甚至在微觀層次上，防止前期的裂縫產(chǎn)生。

長(zhǎng)堅(jiān)纖維在下列狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試，顯現(xiàn)出它的優(yōu)點(diǎn)：

? 澆搗完畢后，初凝前。

? 初凝后硬化前，例如，塑性階段。

? 在硬化后，混凝土完全成型階段。

在理想狀態(tài)下，長(zhǎng)堅(jiān)纖維可最大程度發(fā)揮它的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)最大程度降低負(fù)面的影響。它的一個(gè)主要應(yīng)用就是用來替代底板中抗裂鋼筋網(wǎng)片。其細(xì)節(jié)問題在下面章節(jié)將詳細(xì)討論，同時(shí)通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)來證實(shí)長(zhǎng)堅(jiān)纖維在此方面具備的優(yōu)勢(shì)。

長(zhǎng)堅(jiān)纖維

長(zhǎng)堅(jiān)纖維是解決水泥制品上述缺陷的最先進(jìn)可行的方法，在后章節(jié)將詳細(xì)介紹。該纖維的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)在歐洲和美國(guó)申請(qǐng)了專利。

長(zhǎng)堅(jiān)纖維已在世界各地廣泛使用，采用的商標(biāo)名稱有：“Crackstop”、“Fibrin23”、“Fibrin Fiberflex”、“Fiberflex”、“Polymassa”、”Polycret”,“Grace”等等。

強(qiáng)盛有限公司（香港）（FULLY STRONG LIMITED）已同F(xiàn)ITESA S.A.公司（巴西）和ADFIL-Anglo-Danish纖維工業(yè)有限公司 - 原Fibrin(Humberside) 有限公司 - 簽署了有關(guān)合同，獲得了獨(dú)家代理長(zhǎng)堅(jiān)纖維的許可。

這種用于增強(qiáng)混凝土性能的纖維具有以下特征：

? 采用優(yōu)質(zhì)纖維，形成特效纖維表面。

? 采用纖維束和浸潤(rùn)劑，具有良好的分散效果。

? 采用聚丙烯原料，保證了纖維的韌性、耐久性和化學(xué)惰性。

塑性狀態(tài)性質(zhì)

長(zhǎng)堅(jiān)纖維影響了混凝土的流變性從而降低了沉縮、泌水和離析。下面的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了混凝土中應(yīng)用這種纖維的作用。

混凝土坍落度

摻有長(zhǎng)堅(jiān)纖維的混凝土的坍落度將降低10%。這并不意味著混凝土的和易性降低了，因?yàn)樘涠戎笜?biāo)并不能全面表征和易性。坍落度降低的原因是這種纖維引起了一種特殊的觸變效果，這影響了一些靜態(tài)測(cè)試結(jié)果，如坍落度試驗(yàn)。長(zhǎng)堅(jiān)纖維混凝土的坍落度設(shè)計(jì)應(yīng)該取用摻入纖維前的指標(biāo)。否則應(yīng)考慮摻入纖維導(dǎo)致的10%的降低值。

泌水性

在長(zhǎng)堅(jiān)纖維混凝土泌水性能測(cè)試中，泌水程度降低4.87%~5.8%，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了混凝土沉縮值的降低。水泥漿硬化過程中，混凝土中存在水化和固化作用，此時(shí)混凝土特別容易發(fā)生裂縫?；瘜W(xué)反應(yīng)導(dǎo)致混凝土體積產(chǎn)生較大的收縮，這時(shí)體積的減小值遠(yuǎn)超過混凝土在隨后時(shí)間內(nèi)發(fā)生的收縮。

正如先前所進(jìn)行的測(cè)試，塑性收縮測(cè)試也是在BBA的監(jiān)督下采用修改后的Kraii測(cè)試方法。Kraii法主要流程包括混凝土板澆注及表面通風(fēng)干燥。Kraii測(cè)試方法已經(jīng)出現(xiàn)多種修訂版，用來測(cè)試不同的混凝土在易于開裂的早齡期裂縫出現(xiàn)的相對(duì)趨勢(shì)。本測(cè)試方法及其修訂版，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。它采用混凝土板替代與實(shí)際應(yīng)用差異較大的混凝土環(huán)進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果非?？煽?。

在BBA測(cè)試中，每次測(cè)試用三個(gè)600平方毫米,厚度為50毫米的預(yù)制板?；炷镣ㄟ^空氣流干燥（溫度為28°C，RH40%），通過表面的空氣流速度為每秒7米，理論上水份蒸發(fā)速度至少為1.5公斤/平方米/小時(shí)。在測(cè)試中，這樣的干燥條件保持了24個(gè)小時(shí)。

在這些測(cè)試中，為了使其更容易產(chǎn)生裂縫，增加了混凝土中膠凝材料含量，并且加入了硅灰和PFA。

測(cè)試的結(jié)果表明即使在易于產(chǎn)生裂縫的配合比和苛刻的干燥條件下，僅加入0.6公斤/m3的長(zhǎng)堅(jiān)纖維，就完全消除了裂縫。（所有可見的裂縫, 即使寬度小于0.1mm都被記錄下來）.

硬化混凝土

如前面所討論的，將長(zhǎng)堅(jiān)纖維加入到混凝土基礎(chǔ)底板比采用鋼筋網(wǎng)控制裂縫的更加有效?；炷恋装迨歉鶕?jù)混凝土強(qiáng)度而設(shè)計(jì)的，加入長(zhǎng)堅(jiān)纖維極大地改善了基礎(chǔ)材料的可靠性，而不是僅僅降低失敗后的負(fù)面影響。

由于改善混凝土的特性，從而提高了混凝土底板整體的耐久性。這些由BBA監(jiān)督的測(cè)試表明混凝土的耐久性在下面幾個(gè)方面得到改善。

降低滲透性

表面初始吸水性測(cè)試

表面初始吸水性測(cè)試(ISAT)是一個(gè)比較完善的測(cè)試，正如它的名稱所表明的，其目的是測(cè)試混凝土的表面吸水性。這對(duì)混凝土的耐久性相當(dāng)重要。

這個(gè)測(cè)試的結(jié)果概要如下：

表面吸水性對(duì)比

Covercrete 測(cè)試

長(zhǎng)堅(jiān)纖維的一大優(yōu)點(diǎn)是它避免了鋼筋混凝土中控制裂縫的鋼纖維具有的腐蝕問題，這種腐蝕經(jīng)常導(dǎo)致混凝土過早破壞。

長(zhǎng)堅(jiān)纖維還可以通過包裹和保護(hù)鋼筋，來提高混凝土的耐久性能。一個(gè)專門用于測(cè)試混凝土吸水性對(duì)保護(hù)鋼筋的影響的方法就是Covercrete吸水性試驗(yàn)，由Dundee大學(xué)發(fā)明，該方法詳細(xì)描述見1987年12月的雜志《水泥研究》（Concrete Research）

長(zhǎng)堅(jiān)纖維混凝土的吸水性可降低27%。

更佳的抗凍性

BBA檢驗(yàn)表明長(zhǎng)堅(jiān)纖維可以代替加氣劑以增加混凝土抗凍性。

以上是對(duì)長(zhǎng)堅(jiān)纖維混凝土進(jìn)行了凍融循環(huán)測(cè)試所獲數(shù)據(jù)，采用的混凝土對(duì)照試樣符合英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)5075 第二部分附錄C。該測(cè)試包括：制備至少4根混凝土柱子，在-15℃下放置16小時(shí)，20℃下放置8小時(shí)，按此條件反復(fù)進(jìn)行數(shù)次，然后測(cè)試樣品在長(zhǎng)度方向上的變化。長(zhǎng)堅(jiān)纖維混凝土及對(duì)照樣的結(jié)果如上：

可以看出：每立方米混凝土中加入0.6kg長(zhǎng)堅(jiān)纖維就可以顯著降低凍融測(cè)試中樣品徑向上的伸長(zhǎng)，低于對(duì)照混凝土試樣的1/10。

更高的抗沖擊性能

在混凝土建筑中，沖擊破壞，尤其在混凝土板的表面和邊緣的破壞是最常見的。BBA采用的抗沖擊測(cè)試方法是反復(fù)落錘沖擊，詳細(xì)資料見ACI委員會(huì)544在1988年ACI材料雜志（ACI Materials Journal）上的描述。

該試驗(yàn)中采用的重錘與土擊實(shí)試驗(yàn)所用的相同，錘頭重4.54kg，從18 inch（457mm）高的地方自由落下?？蓞⒖糀STM D 1557與英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)1377：第一部分：1990。

錘反復(fù)擊打放在混凝土樣品上的硬鋼球上，記錄出現(xiàn)初始裂縫時(shí)的沖擊次數(shù)。

長(zhǎng)堅(jiān)纖維混凝土可以承受100次沖擊，而普通混凝土樣只能承受17次，抗沖擊性能提高了5倍多。

混凝土防裂鋼筋網(wǎng)片的替代品：長(zhǎng)堅(jiān)纖維

BBA觀察與測(cè)試

BBA的檢驗(yàn)報(bào)告陳述如下：

長(zhǎng)堅(jiān)纖維可以代替鋼筋網(wǎng)片來控制混凝土中的裂縫，但是不能代替結(jié)構(gòu)上的增強(qiáng)鋼筋，并且應(yīng)采用常規(guī)的養(yǎng)護(hù)方法。

這些關(guān)于裂縫控制的參考文獻(xiàn)很重要，它們顯示了一個(gè)共識(shí)：鋼筋網(wǎng)片可以在底板中產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，但此預(yù)應(yīng)力僅能用于控制裂縫。

如下參考取自TR34等：

BBA對(duì)Kraii測(cè)試方法進(jìn)行了修改，以比較長(zhǎng)堅(jiān)纖維與鋼筋網(wǎng)片的裂縫控制功效。結(jié)果表明長(zhǎng)堅(jiān)纖維加入量為0.6kg/m3時(shí)，與A142鋼筋網(wǎng)片相比，其裂縫降低了92％（A142鋼筋相對(duì)于普通混凝土其裂縫出現(xiàn)率降低了50％）。

謝菲爾德測(cè)試

為了對(duì)比鋼纖維與長(zhǎng)堅(jiān)纖維的效果，專門設(shè)計(jì)了一個(gè)尺寸模型試驗(yàn)，該試驗(yàn)采用的模型是一塊長(zhǎng)5.5米，寬3.0米，厚度為175毫米的混凝土板。本試驗(yàn)中實(shí)際數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，因此本試驗(yàn)的目的只是比較不同的破裂方式而不是破裂時(shí)的應(yīng)力。從這個(gè)方面來說，應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系是最重要的，而不是破裂時(shí)的應(yīng)力。要測(cè)得像底板這樣實(shí)際隨動(dòng)態(tài)荷載的構(gòu)件的破壞應(yīng)力，要測(cè)得像底板這樣實(shí)際承受動(dòng)態(tài)荷載的構(gòu)件的破壞應(yīng)力，靜態(tài)試驗(yàn)是無能為力的。

本試驗(yàn)的結(jié)果表明：普通纖維混凝土板顯示出在施加荷載數(shù)值達(dá)到破壞荷載一半以后，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系會(huì)明顯地偏離線性關(guān)系。而防裂混凝土板在破壞之前始終保持線彈性的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。

應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的原因通常認(rèn)為是由于此時(shí)混凝土板內(nèi)的裂縫開始擴(kuò)大。長(zhǎng)堅(jiān)纖維阻止了前期裂縫的繼續(xù)擴(kuò)展，使應(yīng)力應(yīng)變繼續(xù)保持彈性關(guān)系。沒有裂縫的板的抗疲勞性能要明顯優(yōu)于含有裂縫的板。

更好的耐火性能

測(cè)試表明采用長(zhǎng)堅(jiān)纖維可以顯著提高混凝土的耐火性能。獨(dú)立的測(cè)試表明我們的纖維在600℃下放置1小時(shí)后的抗彎性能高于同類混凝土。應(yīng)用該纖維可以提高混凝土在高溫下的抗爆性能（按BS 476測(cè)試）。最近Rail Link Engineering按該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的測(cè)試得到了如下的結(jié)論：“加入長(zhǎng)堅(jiān)聚丙烯纖維后，在測(cè)試的全過程中都顯示出了優(yōu)越的耐火性能，摻加了特定纖維的混凝土沒有產(chǎn)生任何爆裂現(xiàn)象?！?