1 纖維作用的實(shí)質(zhì) 1.1 杜拉纖維的大面積應(yīng)用推廣證明了合成纖維混凝土獨(dú)特的作用。 經(jīng)過多年的推廣，聚丙烯抗裂纖維----杜拉纖維（Durafiber）已經(jīng)在全國20多個(gè)省、市、自治區(qū)的一千多個(gè)各類工程中得到了成功的大面積應(yīng)用。主要用在道路、橋梁、機(jī)場(chǎng)、地鐵、工業(yè)及民用建筑、水利工程以及預(yù)制構(gòu)件、保溫材料、干粉砂漿等各個(gè)方面。如高速公路收費(fèi)站特殊路段；軟基層路面；大型橋梁、立交橋、高架路的鋪裝層、橋墩；橋梁修護(hù)；公路修補(bǔ)；建筑物的地下室底板、側(cè)墻、擋土墻；露天及室內(nèi)停車場(chǎng)、車道；飛機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪、機(jī)庫；上人屋面、天面；樓板、樓梯板；轉(zhuǎn)換層大梁、超大型梁和柱、直線加速器防輻墻、油庫底座、溢洪道閘墩、石化焦炭塔框架、風(fēng)力發(fā)電風(fēng)塔基座等大體積混凝土；高強(qiáng)混凝土鋼管混凝土柱；薄壁結(jié)構(gòu)；設(shè)備基座；游泳池、儲(chǔ)水池、化污池；排污管道、通信電纜管道；網(wǎng)球場(chǎng)、籃球場(chǎng)；大型垃圾堆放池；核廢料填埋、核廢料儲(chǔ)存容器；住宅小區(qū)道路；工業(yè)及民用建筑的內(nèi)外墻抹灰；室內(nèi)裝修；水渠、泄洪洞等沖磨混凝土；水利堤圍；地鐵、輕軌地下基礎(chǔ)；隧道；涵洞、護(hù)坡；廠房、橋梁加固和修復(fù)等。其中不乏許多重要的大型工程和具有典型意義的工程，如深圳市民中心、深圳會(huì)展中心、深圳地鐵、深圳游泳跳水館、重慶朝天門廣場(chǎng)、重慶渝海地王廣場(chǎng)、重慶世貿(mào)中心、重慶新機(jī)場(chǎng)、重慶渝澳大橋、重慶黃花園大橋、重慶石板坡大橋、廣州新機(jī)場(chǎng)、廣州地鐵、廣州新中國大廈、廣州名匯商城、廣州正佳廣場(chǎng)、京珠高速、湖北出版文化城、北京藍(lán)海洋水上世界、南陽回龍蓄能電站、烏海灌渠等等，積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)。自1999年防水專家將以杜拉纖維為代表的聚丙烯纖維寫入《深圳建筑防水構(gòu)造圖集》之后、廣州、北京等地依據(jù)大量的工程實(shí)踐數(shù)據(jù)和專家論證，在輕板墻體工程、保溫工程方面采納了杜拉纖維規(guī)格、摻量和做法，將聚丙烯纖維的使用納入了地方技術(shù)規(guī)程。之后繼續(xù)擴(kuò)大的工程實(shí)踐，以及其它許多品牌工程用纖維的大量推廣和應(yīng)用，為我國合成纖維混凝土開拓了一個(gè)良好的發(fā)展勢(shì)頭。 在不同類型工程和不同地區(qū)氣候條件下的應(yīng)用實(shí)踐中，杜拉纖維都取得了成功。工程用合成纖維所起作用的本質(zhì)到底是什么？如何看待合成纖維所起的作用？隨著目前呈現(xiàn)了眾多品牌工程用合成纖維的開始激烈競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，對(duì)此問題卻引出了許多疑問。 部分廠商宣傳纖維作用的時(shí)候存在片面性，好像只要在混凝土/砂漿中一摻加纖維，裂縫就不復(fù)存在，違背了纖維發(fā)生作用的機(jī)理和忽視了具體工程的個(gè)性條件。合成纖維解決的主要對(duì)象是混凝土早期的原生裂縫，無限夸大合成纖維對(duì)裂縫的抑制作用是不對(duì)的。事實(shí)上，混凝土/砂漿摻加纖維，也只能是對(duì)非結(jié)構(gòu)性裂縫的阻裂作用，不可能完全消滅裂縫。 1.2 聚丙烯纖維作用的實(shí)質(zhì)及其綜合效應(yīng) 微細(xì)纖維摻加在混凝土/砂漿中，以對(duì)裂縫的阻裂作用為主要表征，實(shí)際上由于低彈模的纖維摻加在相對(duì)高彈模的混凝土中，作用的實(shí)質(zhì)是最大可能地降低了混凝土的脆性，從而解決了由于混凝土先天帶來的某些不足方面的問題---因脆性引起的容易開裂等，對(duì)改善混凝土/砂漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)起到了重要作用。這種作用不同于一般的加筋配筋，而是一種從根本上對(duì)混凝土/砂漿自身缺陷的改善。其中包括有效增加混凝土的韌性；減少裂縫，提高抗?jié)B能力；減少裂縫，延緩鋼筋銹蝕；減少混凝土結(jié)構(gòu)受到的化學(xué)侵蝕；增強(qiáng)抗凍融能力，減少混凝土結(jié)構(gòu)遭受破壞；減少混凝土的泌水，使表面混凝土的質(zhì)量得以改善；減少裂縫，提高耐磨性和抗沖擊能力等等。所起的作用不是某幾個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)能夠體現(xiàn)的，而是多個(gè)指標(biāo)的綜合體現(xiàn)，尤其是混凝土耐久性。合成纖維混凝土成為國內(nèi)理論界熱衷研究的真正意義，也在于如何真正揭示、衡量纖維對(duì)混凝土作用的本質(zhì)。 正是由于我們?cè)谕茝V杜拉纖維過程中，揭示了其作用的實(shí)質(zhì)，杜拉纖維的應(yīng)用才由簡(jiǎn)單的外墻處理，逐漸轉(zhuǎn)向應(yīng)用于技術(shù)難度較高，抗裂、抗?jié)B、耐磨、抗沖擊、抗震要求高的許多結(jié)構(gòu)性重要部位。較有代表性的有：埋深23m的廣州地鐵公園前車站主體結(jié)構(gòu)C50砼剛性自防水結(jié)構(gòu)；深圳市民中心地下室底板、外墻C30S8近3萬m3大規(guī)模泵送砼施工；深圳擎天華庭地上48層，總高度168m，應(yīng)用于在箱式轉(zhuǎn)換層的KTL托梁和環(huán)梁C50砼抗裂；深圳寶安體育館工程混凝土總量3.5萬m3，摻加杜拉纖維混凝土總量為1.7萬m3，用于地下室底板、梁板、預(yù)應(yīng)力梁板、擋土墻、消防水池、后澆帶等，分別為C30、C35和C40砼，抗?jié)B能力提高60-80%，取得良好的工程效果；深圳TCL工業(yè)研究大廈工程，為配合預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，在懸挑梁采用添加杜拉纖維抗裂的C60混凝土，比普通C40砼提高抗拉強(qiáng)度50%左右；深圳少年宮少年山后花園轉(zhuǎn)換層采用鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，梁柱節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，含鋼量大，混凝土澆搗困難，摻加杜拉纖維保證混凝土質(zhì)量。廣州新中國大廈C70、C80鋼管混凝土柱以及600mm厚、8000m2的地下室厚筏板抗裂。河南鄭州、新鄉(xiāng)和武漢等多所醫(yī)院直線加速器防輻墻抗裂。重慶、深圳、北京、武漢等地多處游泳、跳水池的抗裂、抗?jié)B。京珠高速、廣州新機(jī)場(chǎng)高速等大量的公路收費(fèi)站耐磨、抗沖擊路段。廣州、深圳地鐵的地下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的抗裂、抗?jié)B工程。廣州、深圳、武漢等地多處超大面積地下室復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗裂、抗?jié)B。重慶、甘肅、江蘇、黑龍江、吉林、廣東、河南、江西、湖北等地的大量橋面鋪裝層和橋梁應(yīng)力柱、箱梁應(yīng)用工程。各地大量的轉(zhuǎn)換層大體積混凝土抗裂工程。湖南、新疆、江蘇等地多處石化焦炭塔大體積框架抗裂工程等。內(nèi)蒙、河南、湖南多處水利工程大體積混凝土和抗沖磨、抗?jié)B混凝土的應(yīng)用。成功應(yīng)用的實(shí)例數(shù)不勝數(shù)，驗(yàn)證了合成纖維在混凝土中的作用，作為一種混凝土抗裂不可缺少的添加材料受到了工程界的歡迎。 混凝土是工程中用量最多的材料，也是最主要的結(jié)構(gòu)材料，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已成為世界上應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。我國目前正進(jìn)行著舉世空前的大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)，但是有許多混凝土結(jié)構(gòu)，包括橋梁、道路、隧道、港口、大壩、建筑物等，在建期間或建成時(shí)間不長(zhǎng)后出現(xiàn)可見裂縫，影響外觀，影響在侵蝕環(huán)境中運(yùn)行結(jié)構(gòu)的耐久性，還使一些結(jié)構(gòu)的使用功能受到影響，暴露出較嚴(yán)重的耐久性問題，壽命低于設(shè)計(jì)壽命標(biāo)準(zhǔn)。只有認(rèn)真解決各類混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，才能使資源充分得到利用。盡可能延長(zhǎng)各類建筑物的壽命，延緩因時(shí)間推移而帶來的結(jié)構(gòu)安全性方面的威脅，保證其正常使用，才能盡可能節(jié)約重建和修復(fù)費(fèi)用。在混凝土結(jié)構(gòu)中大量推廣普及合成纖維混凝土，不僅可以解決當(dāng)前由于建筑物向高、大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜發(fā)展帶來的一些問題，也應(yīng)成為解決結(jié)構(gòu)耐久性的一種重要手段。 2 纖維發(fā)生作用的條件 2.1 纖維發(fā)生作用的外部和內(nèi)部條件 2.1.1 外部條件： 可從纖維在混凝土/砂漿中所處的形態(tài)以及纖維對(duì)集料的關(guān)系兩個(gè)方面來理解。 纖維在混凝土/砂漿中能否亂向均勻分布，是關(guān)系到纖維能否發(fā)生作用的關(guān)鍵。纖維作用的機(jī)理無論怎樣解釋，都必須保證纖維在混凝土/砂漿中呈均勻、亂向分布的狀況下才能發(fā)揮作用。微裂縫在發(fā)展過程中，遭遇到纖維的阻擋，消耗了能量，使其難以進(jìn)一步發(fā)展，從而阻斷應(yīng)力達(dá)到抗裂的作用。由于纖維在生產(chǎn)過程中對(duì)其表面采用不同的活性劑配伍進(jìn)行處理，使纖維遇水均勻分散，再加上外力與混凝土各種集料攪拌進(jìn)一步使纖維與各種集料握裹。杜拉纖維便于分散均勻，是所有使用過該產(chǎn)品的人員所公認(rèn)的。我們一般在透明水杯的清水中放入少量纖維進(jìn)行攪動(dòng)，便可以直觀的發(fā)現(xiàn)杜拉纖維呈立體懸浮狀亂向分散，且長(zhǎng)時(shí)間放置都不會(huì)有太大變化；而某些同類的產(chǎn)品，經(jīng)攪動(dòng)后可能分散，但時(shí)隔不久便會(huì)上浮為一絮狀層。據(jù)反映凡是有后者情況的纖維，在混凝土/砂漿的實(shí)際配制過程中多不易均勻分散。這種觀察辦法和有人提出的“纖維層高穩(wěn)定率”辦法大同小異。由于聚丙烯纖維密度小于水以及纖維表面活性劑的作用，分散在水中的纖維受浮力及表面活化能的影響，會(huì)逐漸呈現(xiàn)較為明顯的分層和離析的狀態(tài)，將不同品牌的短纖維放置在量杯中攪拌后靜置，在不同的時(shí)間段測(cè)量其懸浮狀層高的辦法來比較其穩(wěn)定性的辦法以判斷纖維的分散性。 纖維對(duì)集料的握裹狀況，是能否起作用的另一個(gè)關(guān)鍵。纖維能夠盡可能多的握裹集料，避免在受力時(shí)被拔出。不同的纖維制成標(biāo)準(zhǔn)不同，在電子顯微鏡下可以看到呈現(xiàn)不同的握裹集料的情況。如果加入纖維后的混凝土塌落度沒有損失，這種纖維不是分散不好就是握裹力差，纖維的作用無從談起。 2.1.2 內(nèi)部條件： 纖維能夠起作用，還在于纖維本身的力學(xué)性能。如抗拉強(qiáng)度、拉伸極限、纖維均勻度、抗酸堿腐蝕和紫外光的老化能力等。據(jù)纖維專家解釋，抗拉強(qiáng)度和拉伸極限成一定的反比關(guān)系。這種關(guān)系要適當(dāng)，并非纖維的抗拉強(qiáng)度特別高才能產(chǎn)生高的阻裂效用。纖維在受到拉力的過程中發(fā)生拉伸變形，如果比值不適當(dāng)，則抗拉強(qiáng)度不可能達(dá)到要求。當(dāng)然，由于制成材料的限制，該數(shù)據(jù)只能盡量滿足要求。聚丙烯纖維抗拉強(qiáng)度過大，可能會(huì)導(dǎo)致脆性加大。拉伸極限過大，混凝土/砂漿中的纖維在受力變形過程中又可能無法控制裂紋。據(jù)了解，杜拉纖維的拉伸極限15%左右已經(jīng)接近天然纖維，需要一定的控制技術(shù)才能生產(chǎn)。纖維的改性也表現(xiàn)在這一方面。拉伸極限指標(biāo)也是衡量纖維抗裂能否真正達(dá)到作用的一種指標(biāo)。 2.1.3 材料的復(fù)合效應(yīng)才能使纖維最大可能發(fā)揮作用 要真正認(rèn)識(shí)每一種材料的特性和優(yōu)劣，強(qiáng)調(diào)一種材料排斥另一種材料的做法是行不通的。材料是不斷變革的，要不斷認(rèn)識(shí)和使用新的材料。只有充分發(fā)揮材料的復(fù)合效應(yīng)，才能綜合解決工程中所遇到問題。 比如，具有高彈模的鋼纖維和低彈模的聚丙烯混用，可在混凝土破壞過程中分別起著不同的作用。聚丙烯纖維由于其數(shù)量多及性能特點(diǎn)主要約束混凝土早期原生裂縫及微觀裂縫，在較低拉應(yīng)力情況下起作用；鋼纖維根數(shù)不多但具有明顯的增強(qiáng)，對(duì)宏觀裂縫可以起到顯著的阻裂作用。兩種纖維可以從不同的階段對(duì)混凝土裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展起到約束作用，提高混凝土