聚丙烯粗纤维增强混凝土应用研究进展--阳知乾

径比越大的纤维，减少塑性收缩裂缝面积与裂缝宽
产品特点与应用目的因地制宜地应用。
度的效果越好。
1 PP 粗纤维在水泥基复合材料中 的作用
1.3 对力学性能的影响 1.3.1 抗压与抗折强度
王伯昕 [8] 通过实验得出结论：掺加了 PP 粗
1.1 对新拌混凝土的影响
纤维的混凝土的立方体抗压强度和抗折强度都大大
图 1 典型 PP 粗纤维 （左边三种） 与钢纤维 （右边两种） (从左至右依次为：Synmix55，Enduro, Barchip，Dramix RC-65/35BN，Novotex 0730)
Strux R 90/40 的外形尺寸
ReoShore 45
シムロック的外观
シムロック的截面
图 2 部分 PP 粗纤维的形态
裂缝宽度，即使在较低的体积掺量下，裂缝宽度也
力大、模量高，这与材料的制备方法相关。从产品
能下降 50 %。H Najm [11] 使用了三种纤维来考察
的推荐体积掺量看，范围在 0.1 %~2.2 %，远高于
粗纤维对早期塑性收缩及干缩裂缝的影响，发现长
细纤维的常规掺量 （0.1 %），具体工程中需要根据
提高混凝土的抗弯韧性是粗合成纤维的主要
优势之一。在机场等刚性路面用纤维增强混凝土
中 ， 当 PP 粗 纤 维 的 体 积 掺 量 分 别 为 0.32 % 与 0.48 %时，混凝土平板的载荷比纯混凝土分别提高 了 25 %与 32 % [16]。在增强喷射混凝土韧性方面， 5 kg/m3 的 PP 粗纤维质量掺量能达到钢纤维质量掺 量为 35 kg/m3 时的效果 。 [17]
F Papworth 通过圆板实验结果表明，在低挠度
区域，钢纤维有优势；而在高挠度区，PP 粗纤维
逐渐被认为是更经济且容易接受的钢纤维替代 品 [2]。Lars Malmgren 在圆板测试 （0~25 mm 的挠
度范围） 与柱状体测试 （0~20 mm 的挠度范围）
中，PP 粗纤维与钢纤维增强的喷射混凝土具有相 同的能量吸收能力 [18,19]。在挠度较大时，质量掺量 为 4.6 kg/m3 的 Strux 90/40 能 达 到 质 量 掺 量 为 39 kg/m3 钢纤维的增强效果 。 [20]
王伯昕 [8] 的平面薄板开裂实验结果表明，掺
部分集中在 0.5~1.0 mm 区间；纤维形态主要以波
加了 PP 粗纤维的混凝土早期抗裂能力是纯混凝土
浪形、表面刻痕、“X”形截面或矩形膜状居多， 的 7.5 倍，是钢纤维增强混凝土的 3 倍，使混凝土
均是为了赋予粗纤维非光滑表面，从而增加纤维与
的早期裂缝数量减少、长度减小、宽度细化。
PP 粗纤维将具有更广阔的前景。 何兆益 [22] 认为在增韧路用混凝土中，HPP 粗
纤维的最佳质量掺量为 4 kg/m3，且聚丙烯纤维对
低强度混凝土的增韧效果好于对高强度混凝土。 在深井软岩巷道用喷射混凝土中使用了中纺纤
建的 CTA PP 粗纤维，纤维混凝土的弯曲韧度指数 与纯混凝土比较，最多提高 7.58 倍。随着深井巷 道对混凝土增强增韧要求工程的增加，改性 PP 粗 纤维混凝土的应用也将增加，应用的前景将更加广 泛 。 [12,23] 1.3.3 抗蠕变性能
与其他形式的增强材料如焊接纤维网、钢纤
维相比，PP 粗纤维具有价格优势。除此之外，吸
引澳大利亚采矿工业去使用粗合成纤维的另一个因
素是其应变硬化特点。在澳大利亚西部的
Perseverence 镍矿中，使用了多种纤维增强喷射混
凝土来保持矿井巷道的稳定性，ASTM C 1550 现
场的实验结果见表 2。
表 2 不同 PP 纤维增强喷射混凝土圆板实验结果
悉尼大学 [24] 评价了合成纤维与钢纤维增强混 凝土试件的长期耐久性，发现混凝土中的 Barchip 纤维跨接裂缝而保持载荷的能力赋予了比钢纤维混 凝土更多的优点：长期的耐久性与混凝土结构的一 致性。 1.4.2 抗氯盐腐蚀性
关键词：聚丙烯粗纤维；加工方法；纤维混凝土；混杂
中图分类号：TQ342.62
文献标识码：A
文章编号：1001-7054 （2009） 06-0010-05
合成纤维在水泥基复合材料中的应用已经有 数十年的历史，根据其在水泥基复合材料中的作用 分为两种：阻裂纤维与增韧纤维。其中后者的直径 较 粗 （0.1 ~1.0 mm）， 常 称 为 “ 粗 合 成 纤 维 ” （macro synthetic fibe）r ，有文献 [1] 称之为有机仿钢 丝纤维，也有部分文献 [2] 称之为“结构合成纤维” （structural synthetic fiber）。
0.50~1.50 0.40，0.72
断裂强度/MPa 模量/GPa 推荐质量掺量/kg·m-3
550
10
2.0~20.0
620~758
1.8~18.0
3.5
3.0~8.4
5.0~9.0
620
9.5
2 500
600~650
5.0
1.8~12.0
620~758
130~690 3.4~4.8
6.5~11.5
聚丙烯粗纤维在国外已经成功应用于大量工 程 中 。 主 要 产 品 有 Grace 公 司 的 Strux90/40 与 Strux85/40 纤维、日本的 Barchip 系列纤维、Forta 公司的 Forta FERRO 纤维、Propex Concrete Systems 的 ENDURO R 600 纤维等。国内的产品主要有北京 中纺纤建科技有限公司的凯泰 （CTA） 有机仿钢丝
抗压强 度 为 35 ~40 MPa 的 柱 体 ，PP 粗 纤 维 Strux 90/40 的质量掺量为 2.0 kg/m3，而 60 mm 长端 钩型钢纤维的质量掺量为 20 kg/m3 时，两种纤维的 增强复合材料 （FRC） 表现出相似的长期蠕变性 能。由于 Strux 具有较高的模量，其蠕变系数要远 小于低弹性模量的粗纤维，Strux 90/40 粗纤维增强 的 FRC，载荷为剩余弯曲强度的 50 %时，其蠕变 行为与钢纤维 FRC 相似 。 [20] 1.4 对耐久性的影响 1.4.1 自然老化
专题综述
Comprehensive Review
聚丙烯粗纤维增强混凝土应用研究进展
阳知乾 （江苏博特新材料有限公司，江苏 南京 210008）
摘 要：聚丙烯粗纤维是一种新型的混凝土增强材料。主要综述了它的特点、加工方法、主要产品种
类，并对它在混凝土中的作用，主要的应用方式及具体工程进行了概述，最后展望了其应用前景。
南京派尼尔科技实业有限公司
12，50
波形增强纤维
泰安现代塑料有限公司
19，40，50
注：a 为矩形截面，b 为截面积 （mm）2 。
直径/mm
0.90 0.70 a 0.11×1.40 1.10 0.69 0.69 0.50-1.00 0.68 b 0.75 0.80，0.89
0.80~1.00 0.91
30，40，50
ENDURO R 600
Propex Concrete Systems
50
STRUX R 90/40
Grace Construction Products
40
Durus
Anglo-Danish
50
TUF-STRAND SFTM
The Euclid Chemical Company
51
收稿日期：2008-12-17 修回日期：2009-02-16 作者简介：阳知乾 (1981~)，男，工程师，研究方向为砂浆与混凝土 用工程纤维的开发及应用。
10 合成纤维 S FC 2009 No.6
纤维与宁波大成新材料股份有限公司的 DC 增韧纤 维。图 1、2 为部分产品的形态。表 1 列举了国内 外主要的聚丙烯粗纤维产品及其性能。
Dramix RC65/35 （钢纤维） 35
52
0.62 522 623
从表 2 可见，PP 粗纤维在圆板试验中，变形
小 （40 mm） 时吸收的能量与钢纤维相当 （Barchip Xtreme 的能量吸收值较高）；当变形达到 100 mm 时，吸收的能量要远大于钢纤维。作者 [21] 有理由
相信，如果纤维增强技术以目前的速度不断进步，
ReoShore45 R 、58 R
ReoCo Performance Fibres
45，58
MAC100
BASF
38
Sika Fiber MS 10
Sika Corporation
38，54
CTA 帛强纤维
北京中纺纤建科技有限公司
24，38
大成 （DC） 粗纤维
宁波大成新材料股份有限公司
RimixTM
水泥复合材料基质的接触面积，是改善纤维与基材
Byung Hwan Oh [9] 已经证实在多种粗合成纤维中，
界面性能的物理改性方法。由于粗合成纤维增强水
波浪形的粗纤维能最有效地提高混凝土的早期抗开
泥基复合材料的破坏模式以纤维拔出为主 [6]，粗糙
裂性。Thomas Voigt [10] 等人系统考察了不同纤维
Ruredil X Fiber 54
RUREDIL S.P.A.
54
Rocstay CXO 50/40 SS
Betafence South Africa (Pty) Ltd
40
シムロック
宇部日东化成株式会社
40
MEYCO R FIB SP 530/540/550 BASF Construction Chemicals (India) 30，40，50
纤维品种牌号
吸收能量/J 长度/ 质量掺 体积掺
变形 变形 mm 量/ kg·m-3 量/%