研究聚丙烯纤维材料对混凝土性能的影响

章维伟

摘 要：聚丙烯纤维的机械强度和化学稳定性良好，可以加强混凝土材料的强度。此次研究主要是分析聚丙烯纤维对混凝土性能的影响，介绍聚丙烯纤维的作用机理，希望能够对相关人员起到参考性价值。

关键词：聚丙烯纤维;混凝土材料;性能材料

混凝土材料的发展历史比较久，具备良好的耐压缩性和强度，成本低廉，被广泛应用于建筑领域。然而混凝土的拉伸强度、抗冲击性能较差，韧性无法满足建筑要求。因此必须对混凝土材料进行改性研究，加强混凝土材料强度。通过纤维材料加入，能够提升混凝土材料的抗拉性能，加强韧性。聚丙烯纤维是一种新型增强纤维，材料的数量种类比较多，且纤维间距小，极易在材料中分散。将纤维应用到混凝土中，可以很好地融合到混凝土基体中，应用价值高。

1、聚丙烯纤维概述

聚丙烯纤维属于一种合成纤维，采用聚丙烯均聚物制成的材料。与其他合成纤维相比较，聚丙烯纤维的密度小、耐化学性能优良，便于加工使用，因此被广泛应用于混凝土增强处理中。聚丙烯纤维具备憎水性，若直接使用，将无法充分结合混凝土，还会导致复合材料性能产生问题。在聚丙烯纤维改性处理中，可以应用硅氧烷，确保纤维与混凝土材料的结合效果，且能够均匀分散在混凝土内部。

关于聚丙烯纤维表面改性的方法比较多，例如表面接枝改性、等离子处理和化学改性法。通过纤维表面氧化处理，可以增加表面粗糙度，进一步加强纤维与混凝土的结合力。采用等离子处理法，可以增加纤维表面极性基团数量，该类基团与水分子的亲和性良好。接枝改性法主要是通过接枝反应，在纤维表面获取聚丙烯纤维。然而聚丙烯硅表面没有反应活性基团，所以在采用接枝改性处理之前，需要进行化学改性处理。

1.1聚丙烯网状纤维

此种纤维是经过特殊工艺处理，外表为纤维单丝交错的网状结构。在混合混凝土时，纤维会受到混凝土摩擦影响，从而呈现出网状结构。在充分混合后，纤维可以获得明显的分散效果，以此提升混凝土的耐腐蚀性和强度。

1.2微孔纤维

聚丙烯纺丝过程中，添加适量无机粒子，在进行高倍拉伸处理时，纤维内会产生原纤化，从而使表面出现微孔。表面微孔会增加纤维粗糙度，可以更好地结合混凝土。按照部分研究显示，聚丙烯初生纤维中，降温速度、纺丝速率、成核剂都会影响β晶含量。在加快降温速率和纺丝速率后，会明显影响β晶形成。采用不同的成核剂，也会影响β晶形成。

1.3膜裂纤维

膜裂纤维的主要原材料为聚丙烯，是一种束状化学纤维。该材料的抗拉极限强度在480-750MPa，相对密度在0.9-1.0，弹性模量在7-17GPa，具备良好的抗碱性能。然而该材料在受到氧气与紫外线共同作用时，极易出现老化问题。材料的热稳定温度约为148摄氏度。在拉开纤维束之后，会呈现网状结构，可以有效结合混凝土与水泥砂浆。将材料切割为一定长度，掺入到混凝土和砂浆中，可以起到增韧性和防裂效果。在应用过程中，也可以将材料制作为网片，以此提升水泥浆液的强度。通过相关研究可知，在不断加大膜裂纤维体积率后，混凝土的韧性，抗拉强度与抗弯强度均呈现出上升趋势，然而会降低抗壓强度。

2、聚丙烯纤维增强机理

在增强混凝土研究中，主要包括复合材料机理与纤维阻断机理。混凝土存在明显收缩性，极易产生裂纹，降低建筑性能。将聚丙烯纤维加入到混凝土基体中，混凝土收缩时，纤维可承受大部分应力，避免产生裂纹。在纤维阻断机理中，将混凝土增强纤维假设为棋盘状分布，纤维中心间距为固定值，在拉力作用下，裂纹扩展会接触到纤维，纤维可以控制和约束裂纹，从而避免裂纹扩展。在复合材料机理中，纤维与混凝土之间存在过渡层，基体中存在多界面过渡层。纤维直径比较小，过渡层极薄。该理论认为混凝土体系性能属于多个不同性能的叠加，所以纤维和混凝土可以形成交互作用。当结合之后，混凝土机体与纤维用量会影响复合体强度。

3、聚丙烯纤维对混凝土性能的影响

3.1抗裂性能影响

在加强混凝土抗裂性能时，聚丙烯纤维材料具备重要作用。由于纤维可以避免裂纹扩展，借助牵制与搭接作用形成网状结构，降低混凝土收缩性能。此时就会使混凝土的收缩能量分散到纤维中，纤维在混凝土机体中形成支撑系统，确保水分分布均匀。

3.2抗冻性能影响

混凝土受到温度影响后，内部极易产生温度差和应力差，从而使混凝土内部疏松多孔。在受到压力作用时，会扩大混凝土裂缝，从而损伤结构。应用聚丙烯纤维可以阻断孔隙连通。纤维与水泥浆的结合效果显著，可以避免水分迁移，还可以抑制裂纹扩展。部分学者分析聚丙烯纤维与混凝土抗冻性能的影响关系。在将混凝土冻融200多次之后，仍然具备良好的动弹模量。

3.3抗渗性能的影响

混凝土抗渗性能可以抵抗压力水渗透，避免水分流入到内部。当混凝土具备良好的抗渗透性能时，有助于加强混凝土耐久性。所以混凝土内部水分是降低性能的影响因素。通过相关试验可知，相比于普通水泥材料，聚丙烯纤维可以将混凝土抗渗性能提升30%-40%。

3.4混凝土干缩性与脆性影响

通过相关研究可知，添加聚丙烯纤维后，会明显影响混凝土脆性。在不断提升加入量后，会减小混凝土弹性模量，提升韧性。当纤维含量为0.6kg/m3时，可以降低混凝土脆性，数值约为5%-10%。纤维与混凝土的界面结合效果良好，在混凝土内部呈现网状结构。由于纤维是高分子材料，韧性良好，可以提升混凝土的材料韧性。在混凝土材料中添加聚丙烯纤维，可以抵消内应力，缓解干缩问题。在提升纤维添加量后，还可以分散收缩能量，避免过度收缩。

3.5混凝土强度的影响

在加入聚丙烯纤维后，会降低混凝土抗压强度。当纤维含量为1.2kg/m3时，抗压强度会呈现下降趋势。加入纤维后，有助于加强混凝土抗弯折强度。当纤维含量为0.9kg/m3，会显著提升混凝土抗弯折强度，数值约为44%。由于纤维的延展性良好，具备较强的抗形变能力，可以有效结合混凝土。若混凝土表面产生裂纹，纤维可以阻止裂纹扩展，同时消耗内部应力。混凝土抗弯折性能会直接影响建筑物安全性，当遭受外部作用力影响时，会加快混凝土失效时间，产生强烈的破坏力。然而将纤维添加到混凝土材料中，可以加强作用力抵抗效果，同时可以对作用力进行分散吸收，避免破坏建筑物。

4、结束语

综上所述，混凝土材料是建筑施工常用材料，由于建设施工水平不断提升，传统混凝土无法满足建筑要求。将聚丙烯纤维添加到混凝土中，可以提升混凝土抗冻性能、化学性能、抗渗性能及耐疲劳性能。相比于传统混凝土，添加纤维材料后，可以稳定混凝土的化学性能和物理性能，应用价值比较高，已经成为混凝土复合材料的未来发展趋势。

参考文献：

[1]成张佳宁.纤维品种和掺量对桥面板高性能混凝土耐久性能及微观结构的影响[J].公路工程，2019，44（06）：183-190+233.

[2]陈倩.聚丙烯纤维和粗骨料对超高性能混凝土抗拉强度的影响研究[J].水利与建筑工程学报，2019，17（06）：113-116+199.

[3]刘敬，周利丹，革明海，李北星.嘉鱼大桥主墩承台高性能聚丙烯纤维混凝土配合比设计及抗裂性能研究[J].工程技术研究，2018（09）：152-153+214.

[4]陈建国，吴光军，孙桂山，濮琦.硅灰和聚丙烯纤维净浆界面剂对新老混凝土粘结力学性能的影响研究[J].新型建筑材料，2018，45（04）：52-55.

[5]李建.短切玄武岩纤维对矿渣粉煤灰混凝土力学性能和微观结构的影响[J].硅酸盐通报，2017，36（02）：727-732+737.