1.合成纖維混凝土是近年來發展較快的工程復合材料,工程中目前常用的纖維品種有聚丙烯腈(腈綸)纖維、聚丙烯(丙綸)纖維、改性聚脂(滌綸)纖維、聚酰胺(尼龍)纖維。其中聚酯纖維由于耐堿性差,需要經過耐堿改性處理確認在混凝土中強度不降低才可使用。用于混凝土的合成纖維分兩類:粗纖維(d=0.1~1.0mm)和細纖維(d=0.01~0.1mm),鑒于國內粗纖維還沒有生產和應用,規程僅對有關細纖維的應用作了規定。纖維混凝土采用的合成纖維應為不含再生鏈烯烴的純聚合物;纖維及其表面處理層對人體的健康和環境無不利影響;纖維在混凝土拌合物中和硬化的混凝土中應具有化學穩定性,保持纖維強度不降低。纖維應在混凝土拌合物中易于分散,并且與硬化混凝土間具有良好的粘結性能。用于防止混凝土或砂漿早期收縮裂縫的合成纖維,其抗拉強度不宜低于,用于結構增強、增韌的合成纖維宜選用彈性模量和強度較高的纖維。
根據纖維混凝土應用的環境和工作條件,結合纖維的幾何參數、物理力學特征,綜合考慮確定采用的合成纖維的品種和型號。合成纖維的各種參數宜通過試驗確定,作為參考,規程給出了四種纖維的主要物理力學參數(表5)。
單絲合成纖維的幾何特征和主要物理力學指標參考值表5
主要參數和性能 | 聚丙烯腈纖維 | 聚丙烯纖維 | 聚酰胺纖維 | 改性聚脂纖維 |
直徑(μm) | 13 | 18~65 | 23 | 2~15 |
長度(mm) | 6~20 | 4.8~19 | 19 | 6~20 |
截面形狀 | 啞鈴形 | 圓形 | 圓形 | 三角形 |
密度(g/cm3) | 1.18 | 0.91 | 1.16 | 0.9~1.35 |
抗拉強度(N/mm2) | 500~910 | 276~650 | 600~970 | 400~1100 |
彈性模量(103N/mm2) | 17.1 | 3.79 | 4~6 | 14~18 |
極限伸長率(%) | 8~20 | 15~18 | 15~20 | 16~35 |
安全性 | 無毒材料 | 無毒材料 | 無毒材料 | 無毒材料 |
熔點(oC) | 240 | 176 | 220 | 250 |
吸水性 | <2% | <0.1% | <4% | <0.4% |
2合成纖維主要用于防止混凝土或砂漿早期收縮裂縫,有時也用于提高砂漿或混凝土的抗滲性、抗磨性和抗沖擊、抗疲勞性能。其常用體積率為0.04%~0.3%。摻有合成纖維的混凝土與基體混凝土相比,其抗壓強度、彈性模量、泊松比和線膨脹系數變化很小,故可按有關混凝土結構設計規范的規定采用。當纖維含量較大(超過0.15%)時,有關參數的選取應通過試驗確定。當合成纖維用于限制混凝土早期收縮裂縫時,合成纖維混凝土的強度等級可采用結構設計所需要的素混凝土的強度等級。合成纖維用于結構性增強、增韌和提高結構的抗沖磨性時,影響纖維作用的不僅取決于合成纖維的彈性模量和強度,而且取決于混凝土或砂漿抗拉強度以及與纖維之間粘結性能。因此根據合成纖維混凝土的功能建議了強度等級最低限制:對于僅有限裂要求的,纖維混凝土的強度等級不應低于CF20,對于有增韌、抗滲或耐磨要求的其強度等級不應低于CF40。
根據試驗和工程經驗,在條文說明中給出了常用的合成纖維混凝土與同強度等級素混凝土(C20~C40)主要性能參數的比較,可供設計施工時參考(表6)。應當注意,由于合成纖維的品質特性差別較大,即使是同一品種,相同直徑和相同長度,不同廠家生產的也有差別,應用時必須通過配合比和混凝土性能試驗,表6僅供初選時參考。
常用纖維混凝土主要性能參數與同強度等級素混凝土的比較表表6
目 | 摻量及變化 | 聚丙烯腈纖維混凝土 | 聚丙烯纖維混凝土 | 聚酰胺纖維混凝土 |
收縮裂縫 | 降低比例(%) | 58~73 | 55 | 57 |
纖維摻量(kg/m3) | 0.5~1.0 | 0.9 | 0.9 | |
28d收縮率 | 降低比例(%) | 11~14 | 10 | 12 |
纖維摻量(kg/m3) | 0.5~1.0 | 0.9 | 0.9 | |
抗滲性 | 提高比例(%) | 44~56 | 29~43 | 30~41 |
纖維摻量(kg/m3) | 0.5~1.0 | 0.9 | 0.9 | |
50次凍融循環強度損失 | 損失比例(%) | 0.2~0.4 | 0.6 | 0.5~0.7 |
纖維摻量(kg/m3) | 0.5~1.0 | 0.9 | 0.9 | |
沖擊耗能 | 提高比例(%) | 42~62 | 70 | 80 |
纖維摻量(kg/m3) | 1.0~2.0 | 1.0~2.0 | 1.0~2.0 | |
彎曲疲勞強度 | 提高比例(%) | 9~12 | 6~8 | – |
纖維摻量(kg/m3) | 1.0 | 1.0 | – |
在常用摻量下,合成纖維混凝土的坍落度有一定程度的降低,在配合比設計時應適當增加用水量或減水劑。
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