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【摘要】研究成果和工程经验证明，聚丙烯纤维能减少和防止混凝土在塑性和初期硬化阶段的收缩裂缝产生，从而提高防渗、抗冻、抗冲磨等性能。本文介绍聚丙烯腈纤维混凝土的性能和它在高层钢结构工程中广泛的应用前景。
【关键词】聚丙烯腈纤维;纤维短丝;纤维混凝土;收缩裂缝;混凝土韧性
室内试验和工程实践证明，在混凝土中加入较低掺量水平的聚丙烯腈纤维，即可减少或防止混凝土在浇筑后早期硬化阶段，因泌水和水分散失而引起塑性收缩和微裂纹；也可以减少和防止混凝土硬化后期产生干缩裂缝及温度变化引起的微裂纹，从而改善混凝土的防渗、抗冻、抗冲磨等性能。同时由于大量纤维随机分布于混凝土中，使混凝土结构的变形能力、初裂后残余强度、韧性都有一定提高。
１．聚丙烯腈纤维混凝土的性能
聚丙烯腈纤维作为一种次要的混凝土加强系统(即不代替受力钢筋)，对混凝土的性能产生如下影响：
1.1聚丙烯腈纤维抑制了混凝土的塑性收缩微裂纹的产生，提高了建筑物的整体性、耐久性和使用寿命
同济大学混凝土材料研究国家重点试验室的测试表明，聚丙烯纤维含量为0.05% 和0.15 % 的砂浆干缩裂缝加权宽度分别为对照试样的63.5% 和37.3 % 。浙江大学土木工程学院28 d干缩试验表明，掺量为0.1% 的聚丙烯腈纤维可减少混凝土干缩10% 左右。大量的工程实践也都证明，聚丙烯纤维的使用对减少混凝土塑性收缩和防止开裂作用十分明显。
1.2强度和韧性是混凝土的两大主要性能
在浙江大学进行的抗折试验表明，掺量为0.1% 的聚丙烯腈纤维混凝土尽管不提高抗折强度，但在试验过程中表现为开裂之后，仍能维持整体，不继续加载，试样就不破坏，这说明聚丙烯腈纤维混凝土有很好的韧性。表征韧性的另一个性能是抗破碎性。在抗压试验中,素混凝土压裂后马上完全破碎，而聚丙烯腈纤维混凝土在达到最大荷载后仍不碎裂，这对受地震破坏的建筑结构中人员和财产安全有很大意义。此外，由于大量的聚丙烯腈纤维(每立方米大约千万根的量级) 随机分别于混凝土中,使混凝土的变形性能有显著提高。
1.3提高了混凝土的抗渗性
同济大学混凝土材料研究国家重点试验室的试验得出， 聚丙烯腈纤维含量0.8kg/ m3的混凝土抗渗标号从素混凝土的S10 提高到S14 。体积含量0.05 % 的纤维砂浆，抗渗压力提高25% 。聚丙烯腈纤维混凝土抗渗性好对防止和延缓渗水、潮湿气体和氯化物等有害介质对混凝土的侵蚀和对受力钢筋的锈蚀起了良好作用，可延长建筑物的使用寿命。
1.4提高混凝土的抗冻融次数
混凝土的抗冻融性能是耐久性的表征，也是寒冷地区混凝土所必需的性能要求。以往工程上为满足抗冻指标要求，除用引气剂外，往往增加水泥用量以提高混凝土标号，这使混凝土更易开裂，对抗冻不利。南京水科院对C25 混凝土，按快冻法进行试验结果表明，普通混凝土抗冻标号为100，而纤维掺量大于或等于0.9 kg/m3 的抗冻指标都大于或等于200 次。冻融循环试验后，通常混凝土失重较小，而相对动弹性模数下降较多，说明混凝土冻融破坏主要是混凝土内部产生微裂缝造成，而掺入聚丙烯腈纤维有助于抑制和减少微裂缝的产生和发展，从而提高了混凝土的抗冻性，可见聚丙烯腈纤维在提高混凝土的抗冻性上作用十分显著。
2.聚丙烯纤维混凝土的经济性
目前质量好的进口聚丙烯腈纤维网和聚丙烯腈纤维丝每千克价格在百元以上，国产高质量的改性聚丙烯腈纤维丝为50～65元，按每立方米混凝土加入0.9 kg 聚丙烯腈纤维丝计，每立方米混凝土单价增加50元左右，这比钢纤维混凝土的价格低得多。许多国内外文献都指出聚丙烯腈纤维混凝土与钢纤维、钢筋网比较的经济性。
3.聚丙烯腈纤维混凝土的施工方法
在混凝土中掺入聚丙烯腈纤维极为方便，无须改变原设计混凝土的配比，也不取代原设计的受力钢筋。一般情况下每立方米现浇混凝土掺入量为0.9kg左右，纤维长度为15～19mm 。聚丙烯腈纤维在加入干料(砂石、水泥等) 之后、加水之前投入。搅拌时间视搅拌方法、搅拌机种类而异，可以与不加聚丙烯腈纤维搅拌时间稍稍延长。此外，聚丙烯腈纤维总表面积很大，它的表面要吸附水，因此聚丙烯腈纤维的加入会增加拌合料的粘稠度，降低塌落度。如果发现施工浇注有困难时，一般不宜增加用水量，而应采用塑化剂或减水剂。由于聚丙烯腈纤维能保持水分，泌水速度减缓，因此收面工序宜适当推后，应比普通混凝土更接近终凝时再进行。此外，由于聚丙烯腈纤维混凝土具有较大的粘稠性，比普通混凝土更适合于滑模施工。对于预制混凝土制品施工时， 聚丙烯纤维混凝土也可减少搬运时的损坏。
4.聚丙烯纤维混凝土在高层钢结构工程中的应用探讨
根据聚丙烯纤维混凝土的特性，它在高层钢结构工程中主要可以用于下列结构部位。
4.1地下室部分
在高层钢结构工程地下室中，普通混凝土通常因微裂纹或开裂而降低了防渗能力，使地下室十分潮湿，影响机电设备正常运行。而聚丙烯腈纤维混凝土因其抗渗能力强，目前在上海等地高层建筑的地下室有大量成功应用经验。国外已经在许多诸如水池及海岸工程等对抗裂防渗有较高要求的混凝土构筑物中，采用了聚丙烯腈纤维混凝土，既抑制了混凝土的塑性龟裂，又提高了抗渗性能，对薄壁结构尤为适宜。
4.2板式混凝土结构
聚丙烯腈纤维混凝土目前得到最广泛应用的场合主要是楼板结构，楼板厚度大多较小，混凝土浇筑后因钢框架约束，容易发生裂缝。聚丙烯腈纤维混凝土因其干缩量小，初凝时的塑性收缩微裂纹得到抑制， 因此可以减轻这类楼板混凝土开裂问题。在常规设计中，为了防止表面收缩裂缝，往往设置了表层分布钢筋网。由于钢筋网中间距一般为15～20cm, 因各种原因，有时实际起不到防止混凝土表面裂缝的目的。采用一定掺量的聚丙烯腈纤维混凝土来替代钢筋网可能是一个经济有效的措施，也大大简化了施工,加快了进度，很值得进行试验研究。
4.3工地路面
国内外在公路工程中采用聚丙烯纤维混凝土已有大量成功实例，工程建设实践证明聚丙烯纤维混凝土有良好的抗磨损和抗冲击疲劳特点，在高速公路上应用比普通混凝土路面使用寿命增加5～10 年。普通混凝土路面耐久性差，而钢纤维混凝土路面造价甚高，而且还有磨损轮胎问题。用聚丙烯腈纤维混凝土铺设路面，可以满足大型工程在施工期的施工运输要求。■
【参考文献】
［１］中华人民共和国国家标准．混凝土结构工程施工质量验收规范（GB 50204-2002）．北京:中国建筑工业出版社，2002.
［２］〔日〕小池迪夫等编著．王庆修等译．最新建筑防水设计施工手册．北京:地震出版社，1992.
［３］雷洪．混凝土性能及新型混凝土技术．大连:大连理工大学出版社,2005.
【关键词】聚丙烯腈纤维;纤维短丝;纤维混凝土;收缩裂缝;混凝土韧性
室内试验和工程实践证明，在混凝土中加入较低掺量水平的聚丙烯腈纤维，即可减少或防止混凝土在浇筑后早期硬化阶段，因泌水和水分散失而引起塑性收缩和微裂纹；也可以减少和防止混凝土硬化后期产生干缩裂缝及温度变化引起的微裂纹，从而改善混凝土的防渗、抗冻、抗冲磨等性能。同时由于大量纤维随机分布于混凝土中，使混凝土结构的变形能力、初裂后残余强度、韧性都有一定提高。
１．聚丙烯腈纤维混凝土的性能
聚丙烯腈纤维作为一种次要的混凝土加强系统(即不代替受力钢筋)，对混凝土的性能产生如下影响：
1.1聚丙烯腈纤维抑制了混凝土的塑性收缩微裂纹的产生，提高了建筑物的整体性、耐久性和使用寿命
同济大学混凝土材料研究国家重点试验室的测试表明，聚丙烯纤维含量为0.05% 和0.15 % 的砂浆干缩裂缝加权宽度分别为对照试样的63.5% 和37.3 % 。浙江大学土木工程学院28 d干缩试验表明，掺量为0.1% 的聚丙烯腈纤维可减少混凝土干缩10% 左右。大量的工程实践也都证明，聚丙烯纤维的使用对减少混凝土塑性收缩和防止开裂作用十分明显。
1.2强度和韧性是混凝土的两大主要性能
在浙江大学进行的抗折试验表明，掺量为0.1% 的聚丙烯腈纤维混凝土尽管不提高抗折强度，但在试验过程中表现为开裂之后，仍能维持整体，不继续加载，试样就不破坏，这说明聚丙烯腈纤维混凝土有很好的韧性。表征韧性的另一个性能是抗破碎性。在抗压试验中,素混凝土压裂后马上完全破碎，而聚丙烯腈纤维混凝土在达到最大荷载后仍不碎裂，这对受地震破坏的建筑结构中人员和财产安全有很大意义。此外，由于大量的聚丙烯腈纤维(每立方米大约千万根的量级) 随机分别于混凝土中,使混凝土的变形性能有显著提高。
1.3提高了混凝土的抗渗性
同济大学混凝土材料研究国家重点试验室的试验得出， 聚丙烯腈纤维含量0.8kg/ m3的混凝土抗渗标号从素混凝土的S10 提高到S14 。体积含量0.05 % 的纤维砂浆，抗渗压力提高25% 。聚丙烯腈纤维混凝土抗渗性好对防止和延缓渗水、潮湿气体和氯化物等有害介质对混凝土的侵蚀和对受力钢筋的锈蚀起了良好作用，可延长建筑物的使用寿命。
1.4提高混凝土的抗冻融次数
混凝土的抗冻融性能是耐久性的表征，也是寒冷地区混凝土所必需的性能要求。以往工程上为满足抗冻指标要求，除用引气剂外，往往增加水泥用量以提高混凝土标号，这使混凝土更易开裂，对抗冻不利。南京水科院对C25 混凝土，按快冻法进行试验结果表明，普通混凝土抗冻标号为100，而纤维掺量大于或等于0.9 kg/m3 的抗冻指标都大于或等于200 次。冻融循环试验后，通常混凝土失重较小，而相对动弹性模数下降较多，说明混凝土冻融破坏主要是混凝土内部产生微裂缝造成，而掺入聚丙烯腈纤维有助于抑制和减少微裂缝的产生和发展，从而提高了混凝土的抗冻性，可见聚丙烯腈纤维在提高混凝土的抗冻性上作用十分显著。
2.聚丙烯纤维混凝土的经济性
目前质量好的进口聚丙烯腈纤维网和聚丙烯腈纤维丝每千克价格在百元以上，国产高质量的改性聚丙烯腈纤维丝为50～65元，按每立方米混凝土加入0.9 kg 聚丙烯腈纤维丝计，每立方米混凝土单价增加50元左右，这比钢纤维混凝土的价格低得多。许多国内外文献都指出聚丙烯腈纤维混凝土与钢纤维、钢筋网比较的经济性。
3.聚丙烯腈纤维混凝土的施工方法
在混凝土中掺入聚丙烯腈纤维极为方便，无须改变原设计混凝土的配比，也不取代原设计的受力钢筋。一般情况下每立方米现浇混凝土掺入量为0.9kg左右，纤维长度为15～19mm 。聚丙烯腈纤维在加入干料(砂石、水泥等) 之后、加水之前投入。搅拌时间视搅拌方法、搅拌机种类而异，可以与不加聚丙烯腈纤维搅拌时间稍稍延长。此外，聚丙烯腈纤维总表面积很大，它的表面要吸附水，因此聚丙烯腈纤维的加入会增加拌合料的粘稠度，降低塌落度。如果发现施工浇注有困难时，一般不宜增加用水量，而应采用塑化剂或减水剂。由于聚丙烯腈纤维能保持水分，泌水速度减缓，因此收面工序宜适当推后，应比普通混凝土更接近终凝时再进行。此外，由于聚丙烯腈纤维混凝土具有较大的粘稠性，比普通混凝土更适合于滑模施工。对于预制混凝土制品施工时， 聚丙烯纤维混凝土也可减少搬运时的损坏。
4.聚丙烯纤维混凝土在高层钢结构工程中的应用探讨
根据聚丙烯纤维混凝土的特性，它在高层钢结构工程中主要可以用于下列结构部位。
4.1地下室部分
在高层钢结构工程地下室中，普通混凝土通常因微裂纹或开裂而降低了防渗能力，使地下室十分潮湿，影响机电设备正常运行。而聚丙烯腈纤维混凝土因其抗渗能力强，目前在上海等地高层建筑的地下室有大量成功应用经验。国外已经在许多诸如水池及海岸工程等对抗裂防渗有较高要求的混凝土构筑物中，采用了聚丙烯腈纤维混凝土，既抑制了混凝土的塑性龟裂，又提高了抗渗性能，对薄壁结构尤为适宜。
4.2板式混凝土结构
聚丙烯腈纤维混凝土目前得到最广泛应用的场合主要是楼板结构，楼板厚度大多较小，混凝土浇筑后因钢框架约束，容易发生裂缝。聚丙烯腈纤维混凝土因其干缩量小，初凝时的塑性收缩微裂纹得到抑制， 因此可以减轻这类楼板混凝土开裂问题。在常规设计中，为了防止表面收缩裂缝，往往设置了表层分布钢筋网。由于钢筋网中间距一般为15～20cm, 因各种原因，有时实际起不到防止混凝土表面裂缝的目的。采用一定掺量的聚丙烯腈纤维混凝土来替代钢筋网可能是一个经济有效的措施，也大大简化了施工,加快了进度，很值得进行试验研究。
4.3工地路面
国内外在公路工程中采用聚丙烯纤维混凝土已有大量成功实例，工程建设实践证明聚丙烯纤维混凝土有良好的抗磨损和抗冲击疲劳特点，在高速公路上应用比普通混凝土路面使用寿命增加5～10 年。普通混凝土路面耐久性差，而钢纤维混凝土路面造价甚高，而且还有磨损轮胎问题。用聚丙烯腈纤维混凝土铺设路面，可以满足大型工程在施工期的施工运输要求。■
【参考文献】
［１］中华人民共和国国家标准．混凝土结构工程施工质量验收规范（GB 50204-2002）．北京:中国建筑工业出版社，2002.
［２］〔日〕小池迪夫等编著．王庆修等译．最新建筑防水设计施工手册．北京:地震出版社，1992.
［３］雷洪．混凝土性能及新型混凝土技术．大连:大连理工大学出版社,2005.