微纤维混凝土是一种通过在普通混凝土中掺加聚丙烯微纤维而制成的新型复合材料,它以其良好的分散性和对混凝土的阻裂作用被广泛应用于各类工程中。
1. 定义与组成
微纤维混凝土主要由水泥、砂、石等普通混凝土材料以及聚丙烯微纤维组成。聚丙烯微纤维是一种乳白色无味、无臭、无毒、质轻的热塑性塑料,具有良好的物理机械性能和耐热性能。
2. 作用机理
聚丙烯微纤维在混凝土中主要起到三个作用:提高基体的抗拉强度,阻止基体中原有缺陷(微裂缝)的扩展并延缓新裂缝的出现,以及提高基体的变形能力,从而改善其韧性和抗冲击性。美国Romualdi提出的“纤维间距机理”指出,当纤维的平均中心间距小于一定值时,纤维混凝土的抗拉或抗弯强度均得以提高。
3. 阻裂作用
混凝土在硬化过程中,由于水和水泥反应形成晶体体积收缩,以及后期自由水分的蒸发引起干缩,这些应力在混凝土内部引起微裂缝。聚丙烯微纤维以单位体积内较大的数量均匀分布于混凝土内部,当裂缝在发展过程中碰到临近的微纤维时立即被阻挡,从而防止了裂缝的扩展,提高了混凝土的断裂韧性和耐久性能。
4. 微观结构特点
微纤维混凝土内部的均匀分布使混凝土内部构成了一种均匀的乱向支撑体系,产生了一种有效的二级加强效果。无数的纤维单丝在混凝土内部形成的乱向网状撑托体系对骨料具有“承托”作用,可以有效阻碍骨料的离析,保证混凝土早期均匀的泌水性,从而阻碍沉降裂缝的形成。
5. 温度适应性
聚丙烯微纤维具有聚合物的大分子结构,当温度较高时具有收缩性,当温度较低时具有抗收缩性。这种性能恰好补偿了混凝土的热胀冷缩特性,使得微纤维混凝土的耐温性能也很好。
6. 施工便利性
微纤维混凝土对搅拌和施工工艺没有特别的要求,只要适当保证搅拌时间即可使用。无论是混凝土搅拌站还是施工现场搅拌,都十分简便。
7. 与钢筋混凝土的比较
与钢筋混凝土相比,聚丙烯微纤维混凝土具有以下特点:纤维均匀分布于混凝土中,能有效减少及防止非结构性裂缝的产生;能有效增强混凝土的抗渗性、耐磨性、抗锈和抗腐蚀性;施工方便,不需为保护钢筋不锈蚀而设置保护层。
8. 与普通喷射混凝土的比较
每立方米掺0.9kg聚丙烯微纤维的混凝土与普通喷射混凝土相比,具有以下优点:能形成更厚的喷射混凝土层;具有更高的粘稠性,能大幅度降低混凝土回弹,从而降低成本;能有效防止收缩龟裂;增大混凝土抗冲击能力,提高弯曲强度。
9. 工程应用
微纤维混凝土已被广泛应用于多个领域,如路面修补、隧道、桥面、转换梁、结构防水、外墙抹灰、机场跑道、预制构件等。其性能稳定、使用便利,对混凝土的施工无特殊要求。
10. 未来发展
随着科技的进步和工程需求的不断提高,微纤维混凝土的研究和应用将会更加深入和广泛。未来,微纤维混凝土有望在更多领域发挥重要作用,为工程建设提供更为可靠和高效的材料选择。
微纤维混凝土以其独特的性能和广泛的应用前景,在工程建设中发挥着越来越重要的作用。随着研究的不断深入和技术的不断进步,微纤维混凝土的性能将会更加优越,应用领域也将会更加广泛。