改性聚丙烯纖維混凝土的工程性能研究.pdf

1、本論文首先闡述了在混凝土工程中應(yīng)用纖維以及開發(fā)研制新型合成纖維的必要性，總結(jié)了聚丙烯（PP）纖維混凝土的相關(guān)基礎(chǔ)研究以及添加聚丙烯纖維的作用和優(yōu)點(diǎn)，介紹了改性聚丙烯纖維在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用情況及其發(fā)展趨勢，以及合成纖維工程應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r和市場預(yù)測，簡述了目前國內(nèi)外改性纖維混凝土工程應(yīng)用的最新進(jìn)展以及纖維混凝土增強(qiáng)理論，為研制和開發(fā)改性纖維及其工程應(yīng)用功能，解釋改性纖維在混凝土工程應(yīng)用中性能改善的機(jī)理提供參考依據(jù)。
　　 論文通過在P

2、P切片中加入添加劑，結(jié)合異型紡絲技術(shù)，研制出兩種聚丙烯纖維即改性聚丙烯纖維和剛性聚丙烯纖維;描述了纖維在混凝土中所起到的關(guān)鍵作用和選用原則，并對改性聚丙烯纖維及纖維水泥進(jìn)行了老化試驗(yàn)研究。論文探討了纖維單絲拔出的力學(xué)模型，進(jìn)行了改性PP纖維從混凝土基體中拔出試驗(yàn)，并分別研究了埋入長度、水灰比、齡期等因素對拔出強(qiáng)度的影響;分析探討了纖維拔出理論依據(jù)及其破壞細(xì)觀機(jī)理。
　　 針對路面混凝土的性能要求，論文重點(diǎn)對改性聚丙烯纖維混凝土進(jìn)

3、行了耐磨損及抗沖擊試驗(yàn)，討論了摻入改性聚丙烯纖維對混凝土抗沖擊、耐磨損性能的影響;分析了改性聚丙烯纖維混凝土抗沖擊性能，研究了齡期和纖維摻量對纖維混凝土材料耐磨性能的影響，探討了纖維混凝土耐磨損機(jī)理;進(jìn)行了纖維混凝土磨損表面的形態(tài)學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)改性聚丙烯纖維混凝土具有優(yōu)良的抗沖擊、耐磨損性能，為聚丙烯纖維混凝土性能研究提供了參考依據(jù)。
　　 論文介紹了對改性聚丙烯纖維混凝土水工特性進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)研究情況，分析了其抗沖刷、抗?jié)B透、抗

4、凍融性能的細(xì)觀機(jī)理。工程實(shí)踐表明:改性聚丙烯纖維混凝土具有良好的抗沖耐磨能力、抗裂防滲及抗凍融破壞性能，采用改性聚丙烯纖維混凝土施工技術(shù)能夠充分發(fā)揮纖維的工程效益。論文對改性聚丙烯纖維混凝土材料改性機(jī)理方面的研究和探索，對于纖維混凝土技術(shù)的推廣和發(fā)展，提高混凝土的耐久性，解決凍土地區(qū)公路水泥路面的抗凍性和水害等問題具有實(shí)際應(yīng)用價值。
　　 論文介紹了國外學(xué)術(shù)界混凝土韌性測試的幾種標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法，并說明了各種標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn);對剛性聚丙

5、烯纖維混凝土的彎曲韌性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了纖維的摻入對混凝土強(qiáng)度和韌性的影響，研究了剛性聚丙烯纖維對混凝土彎曲韌性的改善，以及纖維體積摻量、形狀、彈性模量等對混凝土彎曲韌性的影響，并與改性聚丙烯纖維混凝土進(jìn)行了對比試驗(yàn)研究，可供纖維混凝土韌性試驗(yàn)研究及推廣應(yīng)用剛性聚丙烯纖維混凝土的相關(guān)工程設(shè)計(jì)借鑒。
　　 論文提出了采用剛性聚丙烯纖維來提高、改善透水混凝土的強(qiáng)度和耐久性，這既解決了鋼纖維容易銹蝕而導(dǎo)致強(qiáng)度下降的缺點(diǎn)，又克服了柔

6、性聚丙烯纖維使多孔混凝土透水功能減弱、對混凝土收縮變形限制不利的問題，還增強(qiáng)了透水混凝土抗壓、抗彎強(qiáng)度，且有利于混凝土基體透水功能的提高。本文著重研究了不同纖維、添加物硅粉和聚合物、不同配合比設(shè)計(jì)等因素以及施工方法和攪拌工藝，對剛性聚丙烯纖維增強(qiáng)透水混凝土主要性能的影響，在此研究的基礎(chǔ)上提出了對垂直立體綠化混凝土技術(shù)的應(yīng)用研究探討，并全面分析了透水混凝土技術(shù)體系的研究與應(yīng)用前景，為今后的深入研究與應(yīng)用提供了參考。
　　 論文通過

7、混凝土快速凍融循環(huán)試驗(yàn)，研究了凍融循環(huán)對纖維混凝土材料損傷特性的影響規(guī)律，分析了纖維混凝土凍融損傷破壞的細(xì)觀機(jī)理，結(jié)合細(xì)觀損傷力學(xué)的方法建立了纖維混凝土凍融損傷本構(gòu)模型。利用超聲波法對混凝土試件進(jìn)行損傷參量的測試。研究分析和測試計(jì)算顯示:纖維混凝土凍融損傷模型計(jì)算值與實(shí)測值基本吻合，本構(gòu)模型預(yù)測的混凝土損傷特性符合試件實(shí)際凍融破壞情況，超聲損傷參量的變化能夠較好地反映纖維混凝土凍融損傷規(guī)律。聚丙烯纖維能夠有效抑制混凝土的凍融損傷劣化程度

8、，在一定強(qiáng)度范圍內(nèi)，改性聚丙烯纖維摻量為0.9kg/m3時混凝土抗凍性最佳。
　　 通過實(shí)驗(yàn)研究和理論分析以及工程實(shí)踐，在改性聚丙烯纖維和纖維混凝土的工程應(yīng)用性能及其理論機(jī)理方面得到以下結(jié)論:
　　 1.關(guān)于聚丙烯纖維的研究:（a）多微孔改性PP纖維的摻入到混凝土中可有效地改善混凝土的早期收縮性能和提高混凝土抗壓、抗彎強(qiáng)度，改性纖維可用于增強(qiáng)道路混凝土和水工混凝土。(b)成功地研制成適用于混凝土增韌的剛性聚丙烯纖維，可用

9、于增強(qiáng)透水混凝土和需要增韌的混凝土。
　　 2.關(guān)于聚丙烯纖維的拔出強(qiáng)度:（a）纖維的拔出強(qiáng)度隨埋入長度的增加而增大，纖維的優(yōu)選長度宜在9-13mm之間。(b)混凝土基體水灰比在0.28-0.44之間變化時，纖維的拔出強(qiáng)度基本保持不變。(c)纖維經(jīng)過改性處理后可以提高纖維的拔出強(qiáng)度，這是由于經(jīng)表面處理后，纖維表面粗糙程度的增大，有利于與混凝土基體間的界面粘結(jié)，故纖維拔出強(qiáng)度得到提高。(d)纖維的拔出強(qiáng)度隨齡期的增加而增大，這是因

10、為混凝土基體的強(qiáng)度隨齡期的增加而增加，而且隨著水泥水化的不斷進(jìn)行，界面處產(chǎn)生的水泥水化產(chǎn)物有助于纖維與基體的粘結(jié)，因此纖維的拔出強(qiáng)度顯著提高。
　　 3.關(guān)于聚丙烯纖維混凝土的抗沖擊耐磨損性能:混凝土的強(qiáng)度是決定其耐磨性的主要因素，從聚丙烯纖維混凝土不同齡期所表現(xiàn)出不同強(qiáng)度的耐磨狀況可以看出，本研究所用表面改性的Ⅱ型聚丙烯纖維性能較好，它與水泥基體有較強(qiáng)粘結(jié)力，磨損過程中纖維從水泥基體中脫離需要消耗足夠的能量，從而提高混凝土材料

11、的耐磨損性能及抗沖擊性能。總之，聚丙烯纖維的摻入使混凝土取得顯著的增韌和阻裂效應(yīng)，纖維不僅抑制了混凝土裂縫的引發(fā)和擴(kuò)展，而且保證了混凝土基體內(nèi)部的連續(xù)性和整體性，使得聚丙烯纖維混凝土即能抗沖擊破壞又具有良好的耐磨損性能。
　　 4.關(guān)于聚丙烯纖維混凝土的水工特性:以聚丙烯纖維混凝土作為水工混凝土工程材料，能夠達(dá)到抗裂防滲、抗高速水流沖刷、抵抗凍融剝蝕破壞的目的，該項(xiàng)研究為水工混凝土建筑物的修補(bǔ)和防護(hù)工程提供可借鑒的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和參考

12、資料。因此，聚丙烯纖維混凝土可應(yīng)用于有抗凍融以及抗沖刷、抗?jié)B透要求的工程中，使混凝土建筑物充分發(fā)揮工程效益。
　　 5.關(guān)于聚丙烯纖維混凝土的彎曲韌性:剛性聚丙烯纖維混凝土具有更加良好的韌性，纖維摻入混凝土中可使其彎曲韌性明顯提高，纖維體積摻量的增大，混凝土的韌性和延性隨之增加，而且混凝土應(yīng)變范圍較大，對抗壓強(qiáng)度影響不大。與普通混凝土相比，剛性聚丙烯纖維混凝土的彎曲韌性提高96％，抗彎強(qiáng)度提高38％。這種彈性模量的剛性纖維即可作

13、為非結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)材料來控制塑性收縮裂縫，也可在設(shè)計(jì)時考慮其作為結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)材料改善構(gòu)件延性和承載力。在工程應(yīng)用方面剛性聚丙烯纖維價格低廉，與基體的粘結(jié)力強(qiáng)，將其應(yīng)用于噴射混凝土工程中，纖維分散均勻，混凝土回彈率降低，可使混凝土的力學(xué)性能及施工性能得到很大的改善。
　　 6.關(guān)于纖維增強(qiáng)透水混凝土技術(shù):采用剛性聚丙烯纖維來提高透水混凝土材料的強(qiáng)度和耐久性，既解決了鋼纖維容易銹蝕而導(dǎo)致的強(qiáng)度下降的缺點(diǎn)，又克服了柔性聚丙烯纖維彈性模量較低

14、使多孔混凝土透水功能減弱、對混凝土于縮變形限制不利的問題，還增強(qiáng)了透水混凝土的抗壓、抗彎強(qiáng)度，且有利于混凝土基體透水功能的提高，其研究成果有利于推動透水混凝土技術(shù)的發(fā)展，尤其是以這種透水基體為研究基礎(chǔ)的垂直立體綠化混凝土技術(shù)體系的試驗(yàn)研究具有實(shí)用價值。
　　 7.關(guān)于聚丙烯纖維混凝土的凍融損傷模型:所建立的纖維混凝土凍融損傷模型計(jì)算值與實(shí)測值基本吻合，應(yīng)用該模型預(yù)測的混凝土損傷特性與測試試件凍融破壞情況相符，可以用超聲法來直接檢