五大工程材料之一:【聚丙烯纖維】混凝土
自 1824 年波特蘭水泥發(fā)明以來,混凝土以其低廉的成本耗能、 遍布全球的原材料市場、高承載力的力學(xué)性能、優(yōu)良的抗震性能和耐久性等優(yōu)點(diǎn),已成為當(dāng)代五大工程材料中(其余四個(gè)為:鋼材、砌體、木材、合成材料),用量最大、適用領(lǐng)域最廣泛的建筑材料,其應(yīng)用前景不可限量。 經(jīng)多年發(fā)展,隨著人類開發(fā)領(lǐng)域向海洋、高空、地下拓展,現(xiàn)代土木工程正日益趨向于大跨度、高層、重載結(jié)構(gòu),苛刻的使用環(huán)境對(duì)材料的性能要求越來越高。而普通混凝土屬于脆性材料,因其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于抗拉強(qiáng)度,導(dǎo)致兩者應(yīng)變無法同步,一旦毫無征兆地?cái)嗔丫蜁?huì)發(fā)生嚴(yán)重事故。尤其是在大型道路路面等工程應(yīng)用中表現(xiàn)出來的耐久性差、韌性差、硬度低、易產(chǎn)生裂縫等諸多缺點(diǎn),是掣肘混凝土在城鎮(zhèn)多樣化建設(shè)實(shí)際工程中應(yīng)用的主要原因。
針對(duì)這些缺點(diǎn)和不足之處, 20 世紀(jì)各國相繼提出了高性能混凝土( High Performance Concrete,簡稱 HPC)、自密實(shí)混凝土(Self-Compacting Concrete,簡稱 SCC)、纖維混凝土(Fiber Reinforced concrete,簡稱 FRC)、活性微粉混凝土(Reactive Powder Concrete,簡稱 RPC)、綠色高性能混凝土(Green HPC)、智能混凝土(Smart HPC)等。新型混凝土。HPC 兼具良好的工作性、強(qiáng)度和耐久性,但仍存在韌性低、抗沖擊性差等問題,且拌合時(shí)大部分使用機(jī)械振搗的方式,能耗噪聲較大、影響施工環(huán)境,因此伴隨著高效減水劑(super plasticizer,簡稱 SP)的發(fā)明,可自流平無需振搗的 SCC 應(yīng)運(yùn)而生。SCC多用于鋼筋稠密、結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以振搗的部位,且滿足節(jié)能、環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)四大原則,又稱四 E 原則(Energy source、Environment、Efficiency、 Economy)。為進(jìn)一步解決SCC 延性和抗拉性能差的缺陷,F(xiàn)RC 成為時(shí)下研究的熱點(diǎn)。往混凝土中摻入少量纖維,是提高混凝土質(zhì)量的重要途徑。因?yàn)樵诹Ⅲw空間相互搭接形成的錯(cuò)雜纖維網(wǎng)通過改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)、減少原生裂隙尺寸,從而提高混凝土整體性能。而 RPC 作為一種超高強(qiáng)混凝土,用于細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)較好,但其造價(jià)昂貴僅低于鋼材。Green HPC 以耐久性為主要技術(shù)指標(biāo),最大限度地使用綠色建材降低能源消耗,也是混凝土發(fā)展的一個(gè)方向?;诃h(huán)境設(shè)計(jì)的 Smart HPC 處于初步發(fā)展階段,本文不予贅述。
綜上所述,纖維自密實(shí)混凝土即在自密實(shí)混凝土中摻入聚丙烯纖維,可結(jié)合 SCC 和 FRC的優(yōu)點(diǎn),使混凝土不僅能夠滿足 SCC 優(yōu)異工作性的要求,還能具有良好的抗拉性、耐久性、高延性、高韌性、高體積穩(wěn)定性能等,同時(shí)符合節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的戰(zhàn)略要求,應(yīng)用前景十分廣闊。
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