第１期（总２２０期） 山西交通科技 ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ｏｆ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ． ２０１３年２月 聚丙烯腈纤维在混凝土中的应用 范晓云 （山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中０３０６００） 摘要：内蒙古自治区气候干燥、风大，在本地区施工混凝土工程，受气候影响比较大，混凝 土表面因气候情况有大量的细裂缝。为有效地抑制该裂缝的产生，特在混凝土中掺入聚丙烯腈 纤维，掺量为０．９ ｋｇ／ｍ３，起到了一定的作用。就聚丙烯腈纤维的特性、工艺原理、工艺过程及功 效作了阐述。 关键词：聚丙烯腈；纤维；混凝土；工艺；应用 中图分类号：Ｕ４４５．５７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—３５２８（２０１３）０１－００３２－０２ 表１聚丙烯腈纤维性能指标 １工程概况 序号 ｌ 检测项目 长度／ｍｍ 实测值 １２ 规定值 ６－８ 国道２０７线宝昌至三号地（蒙冀界）高速公路是 内蒙古自治区“三横九纵、十二出口”（锡林浩一宝 昌一三号地）的南段。本工程位于内蒙古自治区锡林 郭勒盟太仆寺旗境内，终点与河北张家口市相接。 属于温带半干旱、干旱大陆性季风气候，四季分 明；春季气温回升迅速、风多风大、雨量少；夏季凉爽 多雨，雨量变率较大；秋季凉爽多晴朗天气，风力不 大，气温稳定；冬季漫长严寒。 内蒙宝三高速公路桥面铺装、梁顶调平层、伸缩 缝混凝土所掺加的各种聚酯或聚丙烯类纤维统一为 聚丙烯腈纤维，其基本要求符合交通部标准《公路水 泥混凝土纤维材料聚丙烯和聚丙烯腈纤维》（ＪＴ厂ｒ ５２５－－２００４）的有关规定，其单丝抗拉强度应不低于 ９００ ＭＰａ，长度１８ ｍｍ左右，长度偏差小于等于 ±１０ ｍｍ，具体的要求按照规范５．３．２条表６的规定 选用，且结合图纸中加强型、防裂型、辅助型功能选 用；钢纤维混凝土内所用钢纤维，其单根抗拉强度不 低于８５０ ＭＰａ，单丝长度３．０—３．５ ｃｍ。 ２聚丙烯腈纤维介绍 ２ 直径／Ｉｘｍ １３．７２ １３＋１０ ３ ４ ５ 抗拉强度／ＭＰａ 断裂伸长率 弹性模量／ＭＰａ ９６０ ２１．９ １７ ６００ ９１Ｏ 大于ｌ５ 大于等于ｌ７ １００ ６ ７ 结论 熔点 抗腐性 ２３５ 强 合格 大于等于２２０ 强 ３聚丙烯腈纤维混凝土工艺原理 混凝土内部因水化放热，使混凝土内部水和水 泥反应形成晶体化合物，此化合物的体积小，引起混 凝土体积收缩，再加上混凝土外部温度变化的温度 应力使混凝土干缩，若这些温度应力超出了水泥混 凝土的抗拉强度，则混凝土内部就产生了裂缝。 在混凝土中掺入聚丙烯腈纤维，由于其与水泥 的黏结性好，对骨料起到承托作用，同时由于纤维掺 量为每１ Ｉｎ。混凝土中掺加０．９ ｋｇ的聚丙烯腈纤维， 纤维材料与水泥机体的吸附黏结力提高，纤维可以 抵消部分应力，加入混凝土中经搅拌后的纤维在混 凝土内部构成一种均匀的三维乱向支撑体系，能有 效地阻止裂缝的进一步发展，从而可以有效地抑制 昆凝土早期微裂缝的产生和发展。 聚丙烯腈纤维具有高抗拉强度、高吸收性、耐高 温不溶胀、吸附性强、化学性质稳定等特点。聚丙烯 腈纤维的性能检测依据是ＪＴ仃Ｉ ５２５－－２００４ｔｑ，检测结 果如表１。 聚丙烯腈纤维具有较高的抗拉强度，受到荷载 作用时，纤维具有一定的传递荷载的作用，承担一部 分开裂应力，可增加混凝土的抗裂能力，由于抗渗的 前提是抗裂，聚丙烯腈纤维可以有效提高混凝土的 收稿日期：２０１２—０４—１３；修回日期：２０１２—１１－１８ 作者简介：范晓云（１９７９一 ），男，山西襄垣人，工程师，２００７年毕业于中央广播电视大学公路与城市道路工程专业。 ２０１３年第１期 范晓云：聚丙烯腈纤维在混凝土中的应用 ・３３・ 抗裂性能，因而可作为提高混凝土抗渗性的选择。 聚丙烯腈纤维对抗压强度有一定增强作用，通 ４聚丙烯腈纤维混凝土施工工艺 过实验证明，当纤维体积掺率为０．０８５％～０．１７０％时， ２８ ｄ及９０ ｄ纤维混凝土抗压强度比素混凝土分别 预拌混凝土的施工工艺因设备的不同而有一些 提高１．７％～１２．０％和８．０％一１ １．６％。 差异，但都大同小异。工艺流程为：原料进厂一上料 聚丙烯腈纤维对抗劈裂强度增强效果显著，添 计量及搅拌一运输一浇筑一养护。 加量约为０．５ ｋｇ／ｍ 时抗劈裂能力提高５０％左右，添 聚丙烯腈纤维在混凝土中的作用是通过物理作 加量约为０．８ ｋｇ／ｍ 时抗劈裂能力提高６０％左右，添 用实现的，与混凝土配比中各项原材料没有任何冲 加量约为１ ｋｇ／ｍ。时抗劈裂能力提高７０％左右，说 突，对混凝土搅拌设备、搅拌工艺及施工工艺等均与 明聚丙烯腈纤维具有阻止混凝土开裂的效果，且随 普通混凝土的要求一致，但应适当延长搅拌时间，同 掺量的增加抗裂效果明显。 时对搅拌地点也无特殊要求，无论是搅拌站还是施 实践证明，长纤维比短纤维对混凝土抗弯拉强 工现场搅拌均可，具体工艺如下： 度的增强效果明显，提高幅度约为７％，若在混凝土 根据混凝土的方量确定纤维的投放量，并准确 中掺加长度约２０ ｍｍ的聚丙烯腈纤维，则对混凝土 称量纤维，掺量为０．９ ｋｇ／ｍ ；投入砂石料，加入纤维， 的增强增韧效果显著，纤维的掺量提高１倍时，纤维 干拌３０ ４５ Ｓ，加入水泥和水，混拌３０ Ｓ左右，确保 混凝土抗弯拉强度提高约８％。 纤维分散均匀；拌合完毕后取样，如纤维分散均匀， ５．３大大提高混凝土的抗冻能力有效提高耐久性 混凝土即可投人使用，如有束状单丝，则需延长拌合 因纤维具有大分子结构，所以当外界温度很高 时间２５～３０ Ｓ；加入聚丙烯腈纤维的混凝土与普通 时，其纤维具有收缩性，当外界温度很低时，甚至低 混凝土施工及养护工艺完全相同。 于一４Ｏ ０（＝时，又具有抗收缩性，这样就能够弥补混 特别注意，加人聚丙烯腈纤维的混凝土其黏聚 凝土热胀冷缩的特性，大大提高混凝土的抗冻能力， 性增强，坍落度稍有下降，为解决这一问题，建议改 有效提高耐久性，可在寒冷地区的混凝土工程中推广。 变外加剂的用量，一般不通过加大用水量来实现。 ６结束语 ５聚丙烯腈纤维混凝土的主要功效 通过在内蒙古地区宝三公路部分混凝土工程掺 ５．１提高混凝土的抗开裂性能 人聚丙烯腈纤维能够有效阻止裂缝产生的经验，得 混凝土裂缝主要发生在从混凝土浇筑到硬化 知聚丙烯腈纤维掺入混凝土中可有效提高混凝土抗 前，由于水分蒸发，混凝土内部产生收缩应力，掺人 裂能力，提高混凝土的抗渗性和抗冻性，增加混凝土 聚丙烯腈纤维后，加入的纤维可以抵消内部应力，延 耐久性，可用于寒冷地区、风力资源丰富且干燥地区 缓和阻止早期混凝土塑ｌ生裂缝的产生和发展，实践 混凝土工程。 证明掺人了聚丙烯腈纤维的墙身、顶板等混凝土工 程，细小裂缝明显减少，甚至没有；而没有掺人聚丙 参考文献： 烯腈纤维的墙身、墩柱混凝土其表面裂缝较多，特别 ［１］交通部公路科学研究所，重庆交通学院．ＪＴ，Ｉ＇５２５－－２００４ 是墩柱表面细小裂缝非常之多。 公路水泥混凝土纤维材料聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维 ５．２提高了混凝土的强度 北京：人民交通出版社，２００４． Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｆｉｂｅｒ ｔｏ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ＦＡＮ Ｘｉａｏ－ｙｕｎ （Ｓｈａｎｘｉ Ｊｉｎｚｈｏｎｇ Ｒｏａｄ＆Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｊｉｎｚｈｏｎｇ，Ｓｈａｎｘｉ ０３０６００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉ－ ｔｒｉｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ；ｆｉｂｅｒ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ