導語：如何才能寫好一篇聚丙烯纖維，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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混凝土，簡稱為“砼”，是指由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復合材料的統(tǒng)稱。聚丙烯纖維是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烴類纖維。聚丙烯纖維與水泥集料有極強的結(jié)合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時由于細微，故比表面積大，0.9kg聚丙烯纖維分布在1m3的混凝土中，則可使每立方米混凝土中就有2000～3000萬根纖維不定向分布在其中，故能在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系。當微裂縫在細裂縫發(fā)展的過程中，必然碰到多條不同向的微纖維，由于遭到纖維的阻擋，消耗了能量，難以進一步發(fā)展。聚丙烯纖維可以有效地防止或減少裂縫、改善長期工作性能、提高變形能力因而在軍事、交通、房建、機場、水利等類工程上得到了廣泛的應用。

二、聚丙烯纖維混凝土性能特點

1.提高混凝土抗裂性能。混凝土裂縫主要發(fā)生在混凝土硬化前，此階段由于水分的蒸發(fā)轉(zhuǎn)移，因而引起混凝土內(nèi)部塑性裂縫的產(chǎn)生。摻入聚丙烯工程纖維后，在混凝土內(nèi)部形成一種均勻三維不定向分布的支撐體系，延緩和阻止早期混凝土塑性裂縫的發(fā)生和發(fā)展，因此起到更為有效的。

2.提高混凝土的抗?jié)B性能?；炷翐饺肷倭坷w維后，抑制了早期干縮裂縫及離析裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。使混凝土孔隙率大大降低，從而使混凝土抗?jié)B能力大幅度提高，因此可用于抗?jié)B要求高的混凝土工程，如大壩、混凝土防滲面板、引水隧洞、工民建的地下室、貯水池、屋面防水等工程。

3.提高混凝土抗沖擊性能。纖維與水泥基料有極強的結(jié)合力，纖維能迅速和混凝土均勻混合，形成三維不定向支撐體系，當混凝土承受拉力和沖擊時，均勻分布且數(shù)量眾多的纖維起到了吸收能量和分擔應力的加強筋作用。這一特性對易受到疲勞沖擊的混凝土結(jié)構(gòu)，如道路、橋梁、機場跑道等工程非常有用。

4.提高混凝土耐磨性能?；炷翐饺肷倭坷w維后，可以控制塑性沉降和塑性收縮龜裂，表面形成質(zhì)地均勻的泌漿膠膜，同時三維不定向體系纖維能較多地吸收能量，增強混凝土耐磨性能。

5.提高了混凝土抗凍和耐溫差能力。摻入纖維的混凝土因纖維具有大分子結(jié)構(gòu)，當外界溫度為40℃時，它具有收縮性，當外界溫度為-40℃時，玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)大分子具有抗收縮性，這種性能彌補了混凝土熱脹冷縮的特性，緩解溫度變化而引起的混凝土內(nèi)部應力作用，阻止溫度裂縫的擴展。可廣泛應用于寒冷地區(qū)混凝土工程。

三、聚丙烯纖維混凝土工程應用

在威海市某標志性工程項目的混凝土施工過程中，聚丙烯纖維作為混凝土的一種填料，加入混凝土中進行生產(chǎn)。該工程被市委市政府定為市重點工程，由主樓和裙樓組成，建筑總高度45米。澆筑部位——基礎(chǔ)筏板，混凝土厚度達1.2m，采用了強度等級C40P6的混凝土，工程量約15000 m3，屬于大體積混凝土施工，分五次進行澆筑。在控制大體積混凝土溫差裂縫的同時，還要考慮混凝土的抗裂、抗?jié)B及抗沖刷等性能。

（1）原料進廠。按批次抽樣檢驗后，各種原材料方可入廠。聚丙烯纖維作為聚丙烯纖維混凝土的一種重要原材料之一，應注意以下幾點：a.通過廠家提供的產(chǎn)品合格證及檢驗報告，判斷該種纖維是否滿足該種混凝土的要求。b.要求生產(chǎn)廠家將聚丙烯纖維按一定重量分袋包裝（0.6kg/袋～0.9kg/袋），方便計量、投放。c.不易暴曬，應堆放在干燥、陰涼處，以免材料老化變性。

（2）上料計量。

（3）泵送。泵送澆注混凝土應注意的幾點要求：a.開始泵送時，混凝土處于慢速、勻速并隨時可反泵的狀態(tài)。泵送速度，先慢后快，逐步加速。同時，觀察混凝土泵的壓力和各系統(tǒng)的工作情況，待各系統(tǒng)運轉(zhuǎn)順利后，方可以正常速度進行泵送。b.泵送前，應先用適量的與混凝土內(nèi)成分相同的水泥砂漿輸送管內(nèi)壁。預計泵送間歇時間超過45min或混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象時，應立即用壓力水或其他方法沖洗管內(nèi)殘留的混凝土。c.將高強混凝土倒入料斗時，應注意下料的高度和方向，以免高強混凝土離析或骨料過于集中在一個缸內(nèi)。

（4）澆筑、養(yǎng)護。a.混凝土入模后，處于松散狀態(tài)，不僅不能很好填滿模具，而且其強度和對鋼筋的握裹力都不能達到設(shè)計和使用要求。澆筑聚丙烯纖維混凝土采用高頻振搗器。分層與布點合理，避免欠振與過振。b.使用插入式振動器進行搗實。振動頻率和時間以能使拌合物中的所含空氣成分逸出為準，達到表面平整，從而使強度等各種性能符合設(shè)計要求。振動器震動間距控制在30～40cm，插入深度約50mm，板面使用二次振搗工藝，20～30min后進行復振。c.澆筑完畢后應根據(jù)季節(jié)不同及時做好相應的養(yǎng)護工作。保證聚丙烯纖維混凝土表面處于溫潤狀態(tài)，保證早期強度的增加。

（5）安全措施。a.聚丙烯纖維屬于易燃物品，使用及堆放時需遠離電氣焊及其它火源。嚴格執(zhí)行現(xiàn)場用火制度，接受相關(guān)部門的檢查。b.對投放聚丙烯纖維的操作人員及時發(fā)放安全技術(shù)交底，并對其進行培訓后方可上崗。不要讓纖維進入眼睛，施工中不宜從高空拋灑，一旦進入眼睛，千萬不能揉眼，要翻開眼瞼用大量清水沖洗后就醫(yī)。c.設(shè)專人對廠區(qū)定期進行安全檢查，并建立檢查記錄，時期有可追溯性。d.倉庫、料場應配備足夠的消防器材，對易燃材料要集中管理，并設(shè)有明顯標志。

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關(guān)鍵詞：材料纖維混凝土 防裂防滲

中圖分類號：F406文獻標識碼： A 文章編號：

一、聚丙烯纖維材料介紹

聚丙烯纖維于1960年由意大利蒙特卡蒂尼公司首先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，80年代中期，聚丙烯纖維年產(chǎn)量已超過1Mt，有40多個國家生產(chǎn)。聚丙烯纖維是一種乳白色、無味、無毒的熱塑性塑料，化學性質(zhì)穩(wěn)定。主要通過改變混凝土的物理力學性能來達到改變混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的效果。聚丙烯纖維本身與混凝土骨料、水泥、外加劑不會發(fā)生任何沖突，與混凝土有良好的親和性，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，而且它在混凝土中的分布極其均勻，在電子顯微鏡下觀察，每立方厘米混凝土內(nèi)的纖維絲可達到上億根。由于聚丙烯纖維同水泥基體有緊密的結(jié)合力，能在混凝土中形成一種均勻的亂向支持體系，所以它摻入混凝土能產(chǎn)生有效的三維加強效果，就像在混凝土中加入了大量的微小細筋，同時它的效果又遠遠比加強鋼筋的效果明顯。聚丙烯纖維在混凝土中的亂向分布有助于減弱混凝土的塑性收縮，它使收縮能量被分散到混凝土中具有高強度低彈性模量的纖維上，使纖維吸收部分能量，從而極大地提高了混凝土的韌性，抑制了微細裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。同時，由無數(shù)根纖維在混凝土內(nèi)部形成的支撐體系，可以有效地防止混凝土骨料的離析，保證混凝土早期泌水性的均勻，從而防止了沉降裂紋的形成。工程實踐也表明，加入聚丙烯纖維，是控制混凝土塑性收縮、干裂等非結(jié)構(gòu)性裂縫的有效手段。

二、 聚丙烯纖維的物理性能

聚丙烯纖維的物理性能如下：

三、聚丙烯纖維摻入混凝土中的作用效果

隨著我國城市建設(shè)的高速發(fā)展，建筑技術(shù)的不斷革新，現(xiàn)代高新混凝土工程中，向著高強度、大流動度方向發(fā)展。隨著混凝土強度的提高，水泥的用量不斷增加，由此帶來的副作用是水化熱加劇，混凝土的凝固收縮量加大，收縮應力增大，裂縫數(shù)量增多。污水處理工程屬于形狀復雜、大體積、大面積、靠自身防水的混凝土工程，混凝土內(nèi)的應力大而復雜，因裂縫裂縫的出現(xiàn)造成水池滲漏亦較以往更高。因此，從混凝土防水要求的角度看，除了注重混凝土抗?jié)B性外，更應重視由于混凝土抗裂性不足而引起的滲漏，特別是高標號的混凝土。摻入聚丙烯纖維的混凝土有以下幾種改觀：

1、提高混凝土抗裂性能當混凝土到初凝時間時，混凝土會產(chǎn)生體積收縮，這時混凝土本身沒有足夠的強度以抵抗收縮應力，因而引起混凝土內(nèi)部塑性裂縫的產(chǎn)生。在混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維，促使聚丙烯纖維與水泥集料有極強的結(jié)合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時由于細微，故比表面積大，0.9kg聚丙烯纖維分布在1m3的混凝土中，則可使每立方米混凝土中就有上億根纖維不定向分布在其中，故能在混凝土內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系。當微裂縫在細裂縫發(fā)展的過程中，必然碰到多條不同向的微纖維，由于遭到纖維的阻擋，受到了極大的限制，難以進一步發(fā)展。因此，聚丙烯纖維可以有效地抑制混凝土早期干縮微裂的產(chǎn)生和發(fā)展，極大地減少了混凝土收縮裂縫。從宏觀上解釋，就是微纖維分散了混凝土的定向拉應力，從而達到抗裂的效果；另一種認識是聚丙烯纖維的變形模量雖然較低，但卻與混凝土在早期硬化階段時的變形模量相當，因而可以有效地抑制開裂。對板式結(jié)構(gòu)防止裂縫過去一般是采用鋼筋網(wǎng)，聚丙烯纖維的廣泛應用已在一定程度上替代了這種傳統(tǒng)作法。圣荷西大學的一項對比試驗表明，采用聚丙烯纖維含量為0.68 kg/m3 的混凝土比素混凝土減少裂縫71.5 %， 而設(shè)置鋼筋網(wǎng)的混凝土僅減少6.5 % ；美國Pardon 與Zollo 等人分析了混凝土塑性收縮的性質(zhì)，用模擬體積變化的平面試樣代替ASTM 沿用的只能反映線收縮的試樣來做試驗。加入體積含量0.1 % 聚丙烯纖維的混凝土，比對照試樣裂縫減少82 %。大量的工程實踐也都證明，聚丙烯纖維的使用對減少混凝土塑性收縮和防止開裂作用十分明顯。因此聚丙烯纖維可以大大增強混凝土的抗裂能力，作為混凝土剛體自防水的效果顯著，可以有效地解決混凝土滲裂問題的困擾。

2、提高混凝土的抗?jié)B性。摻入聚丙烯纖維的混凝土可大幅度提高混凝土的抗?jié)B性，這主要是由于聚丙烯纖維在混凝土中呈現(xiàn)三維亂向分布, 抑制了早期干縮裂縫及離析裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，且彼此相粘連的大量纖維起了“ 承托”骨料的作用, 阻斷了混凝土中的毛細管, 使水分遷移困難, 減少了混凝土表面析水與集料離析, 從而使混凝土中的孔隙率降低, 大大提高了抗?jié)B能力。從而顯著減少了初始裂縫的數(shù)量，有效地抑制了裂縫的寬度和長度，從而大大降低了生成連通裂縫的可能性。圣荷西大學的試驗表明含量0.5 kg/m3 的聚丙烯纖維混凝土滲水性減少33 %～44 %， 而含量1 kg/ m3 的聚丙烯纖維混凝土則可減少79 %。

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與普通混凝土相比，超韌性纖維混凝土由于其內(nèi)部纖維充當次要鋼筋的作用，避免了塑性開裂，減少了干縮，使用過程中裂紋極少且裂紋寬度小。同時，該材料變形能力強，不易斷板，無露骨，行車舒適度較好，克服了傳統(tǒng)混凝土路面的常見病害，進一步提高了其路用性能，提高了路面使用壽命，降低了維護成本。耐磨性能是纖維增強復合材料研究的一個重要方面，主要集中于抗磨性能與復合材料參數(shù)之間的關(guān)系以及磨損機理的研究，但對于纖維增強水泥基復合材料，這方面的研究還涉及不多。在高速公路、機場和橋梁路面等工程的材料應用中，耐磨損往往是一個很重要的性能指標。，本文對聚丙烯纖維混凝土路面的耐磨性能進行了研究。

1試驗概況

基本配合比及力學強度見表1

混凝土磨耗試驗采用150mm×150mm×150mm立方體標準試件，每組三個試件。試件的成型和養(yǎng)護按規(guī)范T-0551的規(guī)定進行。

試件養(yǎng)護至27d齡期從養(yǎng)護地點取出，擦干表面水分放在室內(nèi)空氣中自然干燥12h，再放入60℃±5℃烘箱中，烘12h至恒重。

試件烘干處理后放至室溫，刷凈表面浮塵。將試件放至磨耗試驗機的水平轉(zhuǎn)盤上，磨削面應與成型時的頂面垂直，用夾具將其輕輕緊固。在200N負荷下磨30轉(zhuǎn)，后取下試件刷凈表面浮塵稱重記下相應質(zhì)量 ，該質(zhì)量作為試件的初始質(zhì)量。然后在200N負荷下磨60轉(zhuǎn)然后取下試件刷凈表面粉塵稱重，并記錄剩余質(zhì)量 。 整個磨損過程應將吸塵器對準試件磨損面，使磨下的粉塵被及時吸走。

單位面積的磨耗量 按照

以3塊試件磨耗量的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果結(jié)果計算精確至0.001kg/m2。當其中一塊磨損量超過平均值15%時，應予以剔除，取余下兩塊試件的平均值作為試驗結(jié)果，如兩塊磨損量超過平均值15%時，應重新試驗。

2 試驗結(jié)果與分析

從表2可以看出，沒有加入聚丙烯纖維的JZ砂漿的耐磨性能，總體低于傳統(tǒng)的GD混凝土，摻入聚丙烯纖維后的砂漿的耐磨性能明顯提高，且28d及60d的耐磨性能均高于傳統(tǒng)的GD混凝土，而含膠凝材料少，砂膠比大的S1的砂漿的耐磨性能最好，60d質(zhì)量損失率已經(jīng)下降到2%?？梢?，聚丙烯纖維的摻入對混凝土的耐磨性有了相當大的改善，分析其原因主要由于有以下幾個方面：

首先，聚丙烯纖維與混凝土基體之間有較強的粘結(jié)作用，纖維在混凝土基材中形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成了混凝土的“筋骨”。纖維的搭接作用一方面阻礙了裂縫的繼續(xù)發(fā)展，另一方面纖維也能承受部分荷載，材料韌性增大，從而延緩了復合材料的破壞過程，減輕了被破壞的程度。

其次，在磨損過程中纖維對混凝土中水泥、砂、石等材料有牽制作用。磨損過程中基準試件部分水泥塊砂粒、小石等從整塊試樣中分離，然而聚丙烯纖維混凝土由于纖維的牽制作用能使其繼續(xù)停留在試樣表面，承擔磨損荷載。即使它們從纖維束縛中剝落，纖維仍能停留在孔洞中承受荷載。磨損過程中纖維與混凝土基體共同承擔磨損試驗荷載。

再次，聚丙烯纖維從混凝土中剝落時消耗了大量摩擦功。聚丙烯纖維在混凝土中所處的空間結(jié)構(gòu)，使磨損纖維過程中必須克服纖維與混凝土基材之間的摩擦阻力。

3 結(jié)論

在磨損過程中纖維對混凝土中水泥、砂、石等材料有牽制作用，聚丙烯纖維從混凝土中剝落時消耗了大量摩擦功。從而提升了混凝土的耐磨性能。

參考文獻

[1] 劉家彬.聚丙烯纖維對混凝土動力學特性影響研究.混凝土，碩士論文，2010.

[2] 馬華堂.纖維混凝土的力學性能及其在路面工程中的應用.大連理工大學碩士論文，2012.

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關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維；混凝土；碼頭面層；塑性裂縫

中圖分類號：U654

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)14-0194-02

一、概述

碼頭面層混凝土龜裂成因較為復雜，它不僅與混凝土的收縮有關(guān)，而且與底層混凝土的約束有關(guān)。因此，要防止面層混凝土龜裂。首先必須改善混凝土本身的性能；其次，必須同時采用正確、合理的混凝土施工工藝，如在不同氣候環(huán)境下的混凝土的配合比、混凝土的下灰、振搗及抹面壓光、養(yǎng)護等工藝。以往施工中采用機械抹面、真空吸水、摻加混凝土微膨脹劑、噴灑養(yǎng)護液和覆蓋土工布養(yǎng)護等措施來控制碼頭面層的龜裂，確實收到了一定的效果；但由于碼頭面層混凝土方量大、體表面積大、露天作業(yè)等特點和軌道、泄水孔等構(gòu)件的影響，以上措施不能完全到位，所以碼頭面層混凝土龜裂現(xiàn)象一直存在；隨著泵送混凝土在碼頭上的使用增多。碼頭面層混凝土龜裂控制難度更大。近幾年，天津港滾裝碼頭工程、天津港北港池集裝箱三期等工程相繼在碼頭面層混凝土施工時在混凝土中摻入聚丙烯纖維，較好地解決了碼頭面層混凝土的龜裂。

二、聚丙烯纖維的材料特性

(一)纖維的結(jié)構(gòu)形式

聚丙烯纖維在各類工程中已有較多應用。目前市場上的幾種聚丙烯纖維產(chǎn)品按規(guī)格可分為兩類：一類是以呈束狀網(wǎng)形式供應的聚丙烯纖維；另一類是以單絲形式供應的聚丙烯纖維。網(wǎng)狀纖維經(jīng)與混凝土攪拌后大部分以叉枝纖維、小部分以網(wǎng)片狀與混凝土相結(jié)合，這些叉枝網(wǎng)片狀纖維以三維方式與混凝土固結(jié)；單絲形式的纖維在攪拌時能均勻地與混凝土相結(jié)合。

(二)纖維的物理參數(shù)

1.塑性裂縫總是從混凝土表面的原生微裂縫處開始擴展。當微裂縫的長度大于纖維的間距時，纖維將跨越裂縫起到傳遞荷載的橋梁作用，使混凝土的應力場更加連續(xù)和均勻，使微裂縫尖端的應力集中得以鈍化，裂縫的進一步擴展受到約束。

2.長度小于纖維間距的原生裂縫擴展遇到纖維時，纖維將迫使其改變延伸方向或跨越纖維生成更細微的裂縫場，顯著增大了微裂縫擴展的能量消耗。

上述分析可見，單就纖維的阻裂效應而言，在單位混凝土體積內(nèi)纖維的根數(shù)越多，纖維的間距越小，纖維的阻裂效果越好，或者說單位體積混凝土內(nèi)纖維分散后的表面積越大，阻隔裂效果越好。由于纖維的表面積隨纖維細度的增大而增大(目前生產(chǎn)的纖維直徑已達到18-20μm，1～1.5億根絲／kg)；在相同的體積摻量下，隨纖維細度的增大，纖維的間距明顯減小，對裂縫的約束能力也顯著增強。

三、聚丙烯纖維混凝土在碼頭面層施工中的應用

近幾年先后在天津港集裝箱碼頭三期工程、天津港北港池滾裝碼頭工程等重要工程項目的面層施工中使用了聚丙烯纖維混凝土。通過完工1～3個月后的觀察檢查，未發(fā)現(xiàn)碼頭面層混凝土有明顯的龜裂出現(xiàn)。收到較好的效果，經(jīng)初步總結(jié)，概括起來纖維混凝土的施工應注意做好以下幾方面的工作：

1.根據(jù)不同的環(huán)境條件和混凝土特點，通過試驗確定纖維的結(jié)構(gòu)形式、長度和用量。由于目前市場上聚丙烯纖維有網(wǎng)狀和單絲狀兩種，應根據(jù)混凝土的不同用途進行選定；在面層混凝土施工中，網(wǎng)狀纖維在操作過程中要求相對較高，攪拌時間延長，振搗及抹面時間要掌握適當，否則容易引起纖維纏繞和表面起翹；而單絲狀纖維操作相對要簡單得多，且一般不會引起表面起翹。根據(jù)試驗室對C30普通混凝土和C30聚丙烯纖維混凝土的對比試驗，混凝土中摻入直徑18-20um，長度19mm單絲狀聚丙烯纖維后，抗裂能力明顯提高，不同的摻量0.8kg／m3、0.9kg/m3，1.0kg／m3的聚丙烯纖維混凝土比普通混凝土的裂縫分別降低為50.1％、77.5％、100％。摻量在0.9kg／m3以上的聚丙烯纖維混凝土，其限裂等級可達二級以上標準。

2.選擇合理的配合比，減小混凝土自身收縮。水泥用量增加，直接導致水泥水化熱的提高。增加了早期混凝土的熱脹，從而增加混凝土溫度下降后的冷縮；骨料對混凝土的質(zhì)量影響也較大，細骨料過多，減弱了混凝土之間的連接能力，增大裂縫產(chǎn)生的機會；水灰比過大會造成混凝土在硬化過程中由于水分蒸發(fā)和膠凝體失水后引起干縮量加大。采用外摻高效減水劑、粉煤灰，以降低水泥用量，改善混凝土的和易性、可泵性，減少混凝土下灰、振搗后的泌水。根據(jù)現(xiàn)場所用原材料和攪拌、輸送等施工工藝及現(xiàn)場條件，合理選用面層混凝土的配合比是十分關(guān)鍵的。

3.聚丙烯纖維。混凝土開罐前預先將聚丙烯纖維按照摻量分別裝入塑料袋中，混凝土攪拌時有專人在砂石料進入料斗時放入砂石料料斗內(nèi)，適當延長攪拌時間，使聚丙烯纖維能夠比較均勻地分布于混凝土中。

4.加強面層混凝土的下灰整平、抹面壓光等工藝的控制?；炷料禄液蠹皶r整平、振搗，用3m長鋁合金刮尺檢查，局部凹陷處及時用聚丙烯纖維混凝土補灰(嚴禁用浮漿補灰)，如果混凝土振搗后局部布面出現(xiàn)游離水，應用海綿及時吸除，采用抹面機抹面后人工收面2～3次，然后用抹面機壓光。施工完的面層混凝土應及時進行養(yǎng)護(用塑料薄膜、土工布覆蓋或噴灑養(yǎng)護膜等)。

四、結(jié)論

1.使用方便、操作簡單、易控制。纖維的作用完全是物理作用，并不影響水泥的化學作用，纖維與混凝土的各種元素及添加劑能混拌，因此，使用中不需改變混凝土配合比設(shè)計方法。

2.聚丙烯纖維作為一種次要加強筋，無需像金屬網(wǎng)一樣擔心其保護層厚度而可以防銹蝕、防堿，聚丙烯纖維會對混凝土在塑性及硬化階段提供最有效的自動保護。

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【關(guān)鍵詞】改性聚丙烯纖維；發(fā)泡水泥；性能；影響

近年來，全球環(huán)境危機日益加劇，“低碳?環(huán)?！崩砟畛蔀楦鲊?jīng)濟發(fā)展過程中競相追隨的主題，這對現(xiàn)代化建筑的保溫材料形成了更嚴峻挑戰(zhàn)。發(fā)泡水泥是將充分發(fā)泡的發(fā)泡劑泡沫均勻摻入水泥漿后再經(jīng)過現(xiàn)澆施工、自然養(yǎng)護而形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)保溫材料[1]。它具有防火阻燃、保溫隔熱、質(zhì)輕抗震、吸音隔音等優(yōu)良特性，并且生產(chǎn)中可用煤灰、礦渣、鋸末等工業(yè)廢料作填充材料，因而具有較好的節(jié)能性和施工性，是目前極為理想的綠色建材。但在實際應用和制備過程中，發(fā)泡水泥存在韌性差、易開裂、泌水、易離析等缺點，需要加入適當?shù)墓I(yè)纖維方可解決。文章采用以丙烯酸為功能單體的化學接枝法對普通聚丙烯纖維表面進行改性，以改善聚丙烯纖維表面的粘結(jié)性、親水性等，從而促進其與發(fā)泡水泥更充分混合。

1.材料和方法

1.1實驗材料

本次所選實驗材料主要有聚丙烯纖維（橫截面的長度在16-20mm之間，型號為Y型）、過氧化苯甲酰（BPO）、二甲苯、丙酮、丙烯酸（使用前，需進行蒸餾，將阻聚劑除去）、分析純、中國聯(lián)合水泥公司生產(chǎn)的42.5快硬硫酸鋁酸鹽水泥以及自制的穩(wěn)泡劑以及化學發(fā)泡劑。

1.2聚丙烯纖維表面的改性

按一定配比將聚丙烯纖維、BPO以及二甲苯混合攪拌后裝入有冷凝管以及N2導入管的四口燒瓶，并在氮氣的環(huán)境下進行機械攪拌，直至溫度上升到50℃為止；恒溫下溶脹45min后溫度升高到90℃，再在恒溫下反應約30min，去除二甲苯以及殘余的溶劑，并將丙烯酸溶液加入到四口燒瓶中，在75℃的恒溫下反應約1h，將最終得到的產(chǎn)物進行冷卻、水洗以及丙酮抽提，最后在60℃的恒溫下進行烘干，并恒重提取聚丙烯纖維。

1.3改性聚丙烯纖維增強發(fā)泡水泥的試樣制備

配比發(fā)泡水泥的材料主要有空白的發(fā)泡水泥S0、改性聚丙烯纖維增強發(fā)泡水泥S1-S6以及未改性聚丙烯纖維增強發(fā)泡水泥S7，試樣的制備方法：將改性聚丙烯纖維、未改性聚丙烯纖維以及穩(wěn)泡劑加入到水中混勻后，加入水泥進行攪拌，約1.5min后加入化學發(fā)泡劑，約1min后將料漿導入到模具中。

1.4實驗的方法

1.4.1塑性收縮開裂

將S0-S6的配比料注入到914×610×19mm的木模中，注入的料漿需符合發(fā)泡后料漿表面高出木模1-2mm。結(jié)束發(fā)泡1h后，開啟木模上方約1.5m位置500W的碘鎢燈；同時，開啟電風扇，并保持風速在1m/s左右；開啟碘鎢燈以及風扇4h后關(guān)閉，并將試樣的表面塑性收縮裂縫的寬度進行分級，衡量試樣塑性收縮開裂的程度[2]。

1.4.2測試力學性能

將S0-S6的配比料分別注入到一個40×40×160mm的三聯(lián)模具中，注入的料漿需符合發(fā)泡后料漿表面高出木模邊沿的6-8mm。注入4h后，切除超出模具邊沿的表面后脫模，并將脫模后的試樣放入養(yǎng)護箱中養(yǎng)護三日，并在恒溫40℃下烘到絕干，在抗壓、抗折一體化儀器上測試其抗折、抗壓的強度。

1.4.3分析紅外光譜及微觀形貌

采用掃描電鏡（SEM）觀察未改性和摻加改性后聚丙烯纖維發(fā)泡水泥試樣斷面的形貌，采用光學顯微鏡觀察空白和以及摻加改性后聚丙烯纖維發(fā)泡水泥試樣斷面泡孔結(jié)構(gòu)，采用傅里葉變換紅外光譜儀（IR）觀察和分析改性前后聚丙烯纖維。

2.結(jié)果

2.1改性聚丙烯纖維能夠影響發(fā)泡水泥的塑性收縮開裂

纖維的摻量在0.7%以下時，伴隨纖維摻量增加，塑性收縮開裂的分數(shù)急劇下降；但當纖維的摻量超過0.7%時，伴隨纖維摻量增加，塑性收縮開裂的分數(shù)下降較為緩慢，見圖1。

圖一 改性聚丙烯纖維能夠影響發(fā)泡水泥的塑性收縮開裂

2.2改性聚丙烯纖維影響發(fā)泡水泥的力學性能

纖維的摻量在0.7%以下時，伴隨纖維摻量增加，試樣抗折、抗壓的強度明顯增加；但當纖維的摻量超過0.7%時，伴隨纖維摻量增加，試樣抗折、抗壓的強度增加較為緩慢，見圖二。

圖二 改性聚丙烯纖維影響發(fā)泡水泥的力學性能

3.結(jié)論

聚丙烯纖維和丙烯酸化學接枝改性以后，能夠增強水泥基體機械嚙合力、化學鍵合力，進而提升兩者界面間的結(jié)合；改性聚丙烯纖維能夠?qū)Πl(fā)泡水泥新生裂紋進行抑制，而且還能制約原生裂紋擴展和延生，進而降低發(fā)泡水泥塑性收縮開裂；改性聚丙烯纖維能夠提升發(fā)泡水泥炮孔結(jié)構(gòu)及其力學的性能，進而增加其彎曲的韌性。

【參考文獻】

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關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維；混凝土；強度

中圖分類號：TU528.572

文獻標識碼：

文章編號：1008 0422(2007)07―0073―02

1前言

聚丙烯纖維對混凝土具有阻裂效果，對混凝土的強度也產(chǎn)生一定的影響，本文將研究聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土強度的影響效果，主要研究聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土抗壓強度和抗折強度的影響規(guī)律。

2試驗介紹

2．1原材料

水泥：湖南湘鄉(xiāng)水泥廠生產(chǎn)的“韶峰”牌P42.5級水泥；

砂：湖南湘江河砂，中砂，細度模數(shù)為2.7，區(qū)級配合格；

石：湖南湘江河卵石，粒徑5～25mm；

水：使用自來水。

高效減水劑：采用上?；ㄍ趸瘜W有限公司生產(chǎn)的邁地100。萘系高效減水劑。

聚丙烯纖維：主要使用了江蘇丹陽合成纖維廠生產(chǎn)的“丹強絲”(PPF3)。

2．2配合比

3聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土強度的影響

3．1聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土立方體抗壓強度的影響

可以看出，當混凝土處于較低強度等級(＜35MPa)，或者混凝土處于早期階段(強度較低)時，在基準混凝土中摻入聚丙烯纖維可以提高混凝土立方體抗壓強度：當混凝土處于較高強度等級(＞35MPa)，或者混凝土處于后期階段(強度較高)時，摻入聚丙烯纖維會使混凝土立方體抗壓強度略微降低。

3．2聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土抗折強度的影響。

試驗結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，當混凝抗折強度較低(＜45MPa)，或者混凝土處于早期階段(強度較低)時，摻入聚丙烯纖維可以提高混凝土抗折強度；當混凝土處于較高強度等級(＞5.5MPa)，或者混凝土處于后期階段(強度較高)時，摻入聚丙烯纖維會使混凝土抗折強度降低約10％。

4聚丙烯纖維對不同強度等級混凝土強度影響的機理分析

4．1聚丙烯纖維對混凝土立方體抗壓強度的影響分析

聚丙烯纖維是一種低彈性模量的纖維，其彈性模量通常在3000～4000MPa左右，約為混凝土的彈性模量的1/10。根據(jù)復合材料力學理論，由于聚丙烯纖維的彈性模量低于混凝土的彈性模量，所以，摻聚丙烯纖維的混凝土立方體抗壓強度較基準混凝土的會有所下降，但是，由于試驗中聚丙烯纖維的摻量屬于低摻量(0.1％左右)，這個影響并不大。

另一方面，聚丙烯纖維在混凝土的體積摻量雖然不大，但是由于其直徑細(10～100m)，在體積率0.1％的情況下，每立方米混凝土中有幾百萬、上千萬甚至上億根纖維，在混凝土基體的水泥砂漿中布滿了橫豎交叉的立體纖維網(wǎng)，這種立體纖維網(wǎng)與水泥漿之間存在較大的粘結(jié)應力。這個粘結(jié)應力會阻止混凝土被“拉裂”。

混凝土中摻人聚丙烯纖維后，一方面，由于聚丙烯纖維彈性模量較低，摻入到混凝土中后，會降低混凝土的立方體抗壓強度；另一方面，由于聚丙烯纖維在混凝土中會分散成為立體纖維網(wǎng)，限制混凝土的橫向變形，使混凝土立方體抗壓強度提高。當混凝土強度較低時，由于混凝土的彈性模量小一些，聚丙烯纖維網(wǎng)的增強作用明顯一些，所以摻入聚丙烯纖維后，混凝土的強度會提高：當混凝土強度較高時，由于混凝土的彈性模量大一些，聚丙烯纖維降低混凝土強度的作用明顯一些，所以摻人聚丙烯纖維后，混凝土的強度會降低。但總的來說，由于纖維摻量不是很大，摻入聚丙烯纖維后，混凝土的抗壓強度變化不大。

4．2聚丙烯纖維對混凝土抗折強度的影響分析

混凝土是低抗拉強度和低抗拉應變的復合材料。在混凝土硬化過程中，伴隨著各種干縮的增大，導致混凝土產(chǎn)生許多微裂紋?；炷潦芾瓡r，微裂紋附近產(chǎn)生較大的應力集中，使得混凝土的抗拉強度較低，并且“一裂就壞”。

在混凝土中摻人微纖維后，根據(jù)“纖維間距理論”，裂紋附近由于應力集中而產(chǎn)生的應力會大大變小，因此混凝土的抗折強度會增加，并且會比較明顯：并且聚丙烯纖維對混凝土存在“增韌”效應和所謂“剩余彎曲強度”，即混凝土在初裂后，混凝土還不會馬上破壞，還能繼續(xù)承受荷載，從而提高混凝土的抗折強度。

當纖維混凝土受拉和受彎時，受拉區(qū)基體開裂后，纖維將起到承擔拉力并保持基體裂縫緩慢擴展的作用，從而基體縫間也保持著一定的殘余應力。隨著裂縫開展，基體縫間殘余應力將逐步減小，而纖維具有較大變形能力可繼續(xù)承擔截面上的拉力，直到纖維被拉斷或從基體中撥出，而且這個過程是逐步發(fā)生的，這樣纖維就起到了明顯的增韌效果。

但對于高強混凝土而言，摻入纖維后，混凝土的抗折強度為什么會下降呢?作者認為，主要以下兩方面的原因①混凝土本身的抗拉強度比較高，微纖維在混凝土中起得作用已經(jīng)不明顯了，加之微纖維的彈性模量又較低，會降低混凝土的抗拉強度；②高強度的混凝土拌合物比較粘稠，容易造成微纖維分布不均勻，并且難以密實，從而降低混凝土的抗折強度。在本次試驗過程中，為了便于比較，混凝土的攪拌時間和振動成型時間都是按GB/T50081―2002規(guī)定的時間進行的，實際上，有試驗表明，適當延長纖維混凝土振動時間，可以提高混凝土的抗折強度。

篇7

【關(guān)鍵詞】價值工程 聚丙烯纖維 現(xiàn)澆混凝土樓板 效益

【中圖分類號】TB3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-9646(2008)09(a)-0158-02

1 價值工程

價值工程,簡稱VE。它是一門新的管理技術(shù),是一種以提高產(chǎn)品價值為目標的定量分析方法[1]。

從建筑工程管理的角度考慮,價值工程是在滿足工程所需性能、可靠性和維修性的前提下,使總費用達到最小的一種系統(tǒng)方法。在這里,價值是作為一種“尺度”提出來的,即“評價事物(產(chǎn)品或作業(yè))有益程度”的尺度。

價值可以表示為:

一項工程技術(shù)的應用應考慮它的經(jīng)濟效益和社會效益,根據(jù)許多室內(nèi)的試驗和實際工程的應用實例[2],在混凝土中摻入聚丙烯纖維可以提高樓板的抗裂性、抗?jié)B性,改善樓板的防水能力,延長使用壽命,降低維修費用,其功能可以顯著提高。由公式(1)可知,通過研究纖維混凝土成本的大小,就可以確定其價值的高低。以下就分別討論它們的材料成本和全壽命期綜合成本。

2材料成本分析

2.1 現(xiàn)澆混凝土樓板不同抗裂防滲措施的成本分析

現(xiàn)以100mm厚的現(xiàn)澆混凝土樓板內(nèi)分別摻入聚丙烯纖維、鋼纖維、設(shè)樓面上層鋼筋網(wǎng)等措施來提高樓板的抗裂防滲性能為例進行成本分析比較,見下表1。

摻鋼纖維、設(shè)鋼筋網(wǎng)、摻聚丙烯纖維的100mm厚現(xiàn)澆混凝土樓板,每平方米需增加外加材料費分別為53.04元、44.00元、3.6元,如果再計安裝和運輸過程中的費用差額及施工中的工藝費用差額,則摻鋼纖維和設(shè)鋼筋網(wǎng)的費用較摻聚丙烯纖維的還要高。

2.2素混凝土樓板與相同厚度的纖維混凝土樓板建造成本分析

根據(jù)材料成本分析,素混凝土樓板與相同厚度的聚丙烯纖維混凝土樓板建造成本,由于多摻入了聚丙烯纖維,建造費用隨纖維摻量的增加而略有增加,每平方米的成本比較見下表2。

材料單價按2008年2月南寧市市場參考價

從上述計算來看,聚丙烯纖維現(xiàn)澆混凝土樓板和普通現(xiàn)澆混凝土樓板的每平方米造價相差不大(價差約3.6元),但以上計算過程未考慮因為摻加纖維而可減少樓板中的構(gòu)造鋼筋(如板角的放射鋼筋),而且目前我們的樓板設(shè)計也是比較保守,為了防裂而加大了樓板的配筋量約15％左右,這就使得樓板工程的材料成本大約增加了4-6元/平方米。綜合以上因素,使用聚丙烯纖維現(xiàn)澆樓板是可以降低初始投資成本的,甚至可比普通現(xiàn)澆樓板更低。

3 全壽命期綜合成本分析

樓板的全壽命期綜合成本包括材料費用、施工管理費用及養(yǎng)護維修費用等,是使用年限內(nèi)所有費用的總和。纖維混凝土樓板與素混凝士樓板相比較,其材料費用和施工管理費用相應增加,但由于纖維混凝土具有更為優(yōu)良的性能,它們的設(shè)計使用年限比素混凝土的要長,并且在設(shè)計壽命期內(nèi),維修管理費用會明顯下降。

濟南東興商住樓是一座大底盤雙塔樓建筑,總建筑面積88755m2,高99.9m(最高處111.7m),地下3層,地上30層。地上1至4層為商業(yè)用房,地上5至30層為住宅,雙塔樓剪力墻結(jié)構(gòu),第4層為轉(zhuǎn)換層,轉(zhuǎn)換層大梁截面尺寸有950mm×2500mm、1000mm×2500mm、1150mm×2800mm三種,轉(zhuǎn)換層現(xiàn)澆樓板厚150mm,轉(zhuǎn)換層為C50高強混凝土,高強混凝土存在受壓時高度脆性及大體積高強混凝土的大面積開裂等缺陷,使得高強混凝土的優(yōu)越性得不到充分發(fā)揮,有關(guān)部門通過對轉(zhuǎn)換層現(xiàn)澆樓板的全壽命期綜合成本模擬分析和對各種抗裂方案進行比較選擇,最終決定在轉(zhuǎn)換層混凝土中摻入濟南產(chǎn)改性聚丙烯纖維(0.9kg/m3)及NF-2高效減水劑。該工程轉(zhuǎn)換層混凝土經(jīng)檢測質(zhì)量優(yōu)良,未發(fā)現(xiàn)可見裂縫,28d抗壓強度即達到56.7MPa。由此表明混凝土裂縫控制和降低其全壽命期綜合成本方面,在混凝土材料中適量摻入聚丙烯纖維是一種行之有效的途徑。因此,雖然纖維混凝土比普通混凝土的建設(shè)成本高,但是全壽命期綜合成本一般比素混凝土要低。

4 經(jīng)濟效益與社會效益分析

4.1 經(jīng)濟效益分析

聚丙烯纖維由于能積極有效地改善混凝土的耐久性,使混凝土高性能化,適用性廣泛,使用效果顯著,在工程界已受到越來越多的關(guān)注。纖維混凝土應用于現(xiàn)澆混凝土樓板具有良好的經(jīng)濟效益,主要表現(xiàn)在:

(1)減薄樓板厚度,減少樓板中因為防裂而設(shè)置的構(gòu)造鋼筋,縮短施工工期,從而能節(jié)省應此而可節(jié)約的一切費用。(2)樓板質(zhì)量好、使用壽命長、減少維修費用等因此而節(jié)省的費用。(3)纖維混凝土具有良好的保水性,可節(jié)省養(yǎng)護的時間和費用及相關(guān)成本。

由以上分析可以看出,聚丙烯纖維混凝土的經(jīng)濟性是顯而易見的。

4.2 社會效益分析

近年來,我國建筑業(yè)得到了空前的發(fā)展,但在快速發(fā)展的同時,有關(guān)建筑地下室墻板、現(xiàn)澆混凝土樓屋面的開裂、滲漏等問題成為建筑質(zhì)量投訴的熱點之一。如有一開發(fā)商就南寧市的某二十多萬平方米的住宅小區(qū),賠償和檢測及維修費用,就付出400多萬元。

纖維混凝土用于現(xiàn)澆混凝土樓板而帶來的社會效益主要表現(xiàn)在:(1)由于纖維混凝土對成本的節(jié)省,節(jié)省了國家資源。(2)由于現(xiàn)澆混凝土樓板使用壽命增加,大大降低了維護成本。(3)纖維混凝土優(yōu)越的抗裂防滲能力使得現(xiàn)澆混凝土樓板經(jīng)久耐用,給業(yè)主創(chuàng)造了一個安全、舒適的環(huán)境條件,并增加了居住的安全性。(4)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)建設(shè),有利于展現(xiàn)中國日益增長的經(jīng)濟實力,有利于增強黨和政府部門在人民群眾中的威信。綜上所述,纖維混凝土使用的社會效益是難以直接核算的,但它的效益是非常顯著的。

5 小結(jié)

通過運用價值工程原理來分析和評價纖維混凝土的經(jīng)濟效益和社會效益,可以看出采用聚丙烯纖維纖維應用到現(xiàn)澆混凝土樓板中節(jié)省了成本,可以獲得較大的經(jīng)濟效益。同時,由于纖維混凝土優(yōu)越的性能和品質(zhì),也會帶來一定的社會效益。這進一步證明了纖維混凝土應用到實際工程中的實用性和優(yōu)越性。

參考文獻

[1] 黃定顯,杜曉玲,曾銘.建筑經(jīng)濟與企業(yè)管理[M].南昌:江西高校出版社,1996.

[2] 盛黎明.鄧運清混凝土聚丙烯纖維的發(fā)展與應用[J]橋梁.2002.6.

[3] 中國民用航空總局,中華人民共和國行業(yè)標準.民用航空運輸機場水泥混凝土道面設(shè)計規(guī)范,1995.

篇8

主要完成人：陳彥模、朱美芳、張瑜、陳龍、張志明、吳文華

項目背景

自20世紀90年代以來，納米材料與納米技術(shù)的發(fā)展形成了基礎(chǔ)研究與應用研究并行發(fā)展的格局。納米材料的研發(fā)涉及到有機、無機、高分子等各個方面，納米材料結(jié)構(gòu)功能的復合化已成為其應用研究極具生命力的方向之一；同時，與人們生活息息相關(guān)的化學纖維，從原料、技術(shù)、產(chǎn)品到應用都在迅速發(fā)展，傳統(tǒng)功能材料已難以滿足細旦化功能性化學纖維開發(fā)的技術(shù)要求，聚丙烯纖維的可染化、功能化、細旦化技術(shù)成為聚丙烯纖維新產(chǎn)品開發(fā)的主導方向。

然而，功能材料的納米化，又為其在高粘度、復雜流場(溫度場、剪切力場和速度場)作用下的高聚物熔體中的應用帶來了新的難題，納米功能材料在熱塑性高聚物基體中的納米尺度分散成為功能細旦化學纖維開發(fā)的核心問題。其具體難點表現(xiàn)在：(1)無機納米粉體制備使用過程中的易團聚與難分散：(2)纖維成形過程中納米結(jié)構(gòu)有機分散相的形成機理與結(jié)構(gòu)控制；(3)納米復合材料功能纖維工業(yè)化推廣的技術(shù)可行性與成本控制。針對目前可染聚丙烯及功能聚丙烯纖維材料研究開發(fā)和生產(chǎn)應用過程中存在的問題，該項目將前沿納米技術(shù)與新型雜化技術(shù)、功能組裝技術(shù)以及纖維加工技術(shù)有機結(jié)合，深入系統(tǒng)研究有機分散相原位納米尺度生成、有機一無機雜化材料制備及成纖用納米功能材料制備、修飾及纖維生產(chǎn)加工等一系列關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)出了新型可染細旦聚丙烯和納米復合功能聚丙烯纖維及制品。

主要創(chuàng)新點

1、通過調(diào)控改性聚烯烴(MPO)與基體(PP)兩組分配比和特性(粘度比、相容性等)配伍，控制纖維成形過程中的動力學參數(shù)(時間、壓力等)和熱力學參數(shù)(溫度)，自主開發(fā)了聚丙烯成纖過程中有機納米分散相原位生成技術(shù)，首次研制出具有納米級染座的常壓可染細旦(纖維直徑小于10 μm)聚丙烯纖維。

2、采用有機一無機及有機一有機雜化技術(shù)在聚丙烯基體中引入有機和無機納米相，通過對聚丙烯基雜化材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首次研制出鮮艷度明顯提高的可染細旦聚丙烯纖維。

3、首次建立了聚丙烯基納米復合材料紡絲動力學模型，揭示了無機納米功能材料與聚丙烯基體在外場作用下的相互作用機理，開發(fā)了高壓和高剪切紡絲成形工藝，解決了功能纖維細旦化難、可加工性差和納米材料的“二次團聚”等系列關(guān)鍵問題，為生產(chǎn)推廣中成纖過程工藝參數(shù)的制定提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

4、研制出色牢度4～5級的可染至中偏深色的細旦聚丙烯纖維以及負氧離子發(fā)生率＞5000個/cm3的系列負離子細旦聚丙烯纖維和遠紅外發(fā)射率＞87％的系列遠紅外細旦聚丙烯纖維和抑菌率＞99％的系列抗菌細旦聚丙烯纖維。

推廣應用

該成果首次實現(xiàn)了通用纖維功能性、舒適性與可加工性的有效統(tǒng)一。產(chǎn)業(yè)化效果顯著，聚丙烯纖維在可染基礎(chǔ)上鮮艷度明顯提高，功能組分加入量減少50％以上，可紡性好，生產(chǎn)過程無任何氣固液廢物排放，不會增加能源消耗，產(chǎn)品的加工成本低。

該成果擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，在10多家企業(yè)得到應用，已開發(fā)2大類6個系列產(chǎn)品。2005年至2007年新增產(chǎn)值4.56億元，新增利稅1.18億元，創(chuàng)收外匯2388.13萬元。申請國家發(fā)明專利7項，其中已授權(quán)6項，在新材料制備成形加工理論方面有新的發(fā)現(xiàn)。近五年發(fā)表期刊論文17篇，并多次應邀作大會邀請報告或主旨報告。鑒定結(jié)論及檢索結(jié)果表明，該成果處于“國際領(lǐng)先水平”。

篇9

Abstract： From the perspective of micro mechanics， the contact interface between lightweight aggregate and cement in lightweight aggregate concrete and the strength of lightweight aggregate itself are the main factors to weaken the performance of concrete. And through the hybrid fiber， it can transfer load between cracks， bridging micro cracks at different levels， in different stages， to reduce crack to improve the weak link matrix concrete internal stress concentration， so as to improve the matrix strength， toughness and durability in the macro. In this paper， orthogonal test was used to study the linear regression equation of each influence factor and splitting tensile strength， and the formula of splitting tensile strength of hybrid fiber reinforced lightweight aggregate concrete.

關(guān)鍵詞：輕骨料混凝土；混雜纖維；劈裂抗拉強度

Key words： lightweight aggregate concrete；hybrid fiber；splitting tensile strength

中圖分類號：TU528.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）32-0116-03

0 引言

工程領(lǐng)域困擾輕骨料混凝土運用的技術(shù)難題是輕骨料密度小于水泥砂漿的密度，未摻入纖維輕骨料混凝土在振搗過程中易出現(xiàn)骨料上浮現(xiàn)象，導致較多的骨料集中于上層拌合物，而下層拌合物的骨料含量較少，從而產(chǎn)生離析現(xiàn)象。摻入的鋼纖維與聚丙烯纖維可以形成能夠抑制輕骨料上浮的網(wǎng)架，從而提高輕骨料混凝土的連續(xù)性及均質(zhì)性，使輕骨料混凝土的力學性能得以改善。本文通過試驗研究混雜纖維對輕骨料力學性能改善的程度。

1 原材料與試驗方法

原材料：

水泥：本試驗采用華新水泥（宜昌）有限公司生產(chǎn)的PO42.5普通硅酸鹽水泥；

細骨料：普通中砂

粗骨料：采用宜昌寶珠陶粒開發(fā)有限責任公司生產(chǎn)的高強頁巖陶粒，粒徑5-25mm級配合格，高強頁巖陶粒的性能指標如表1所示。

聚丙烯纖維由上海臣啟化工科技有限公司生產(chǎn)，其性能指標如表2所示。

鋼纖維由河北纖維橡膠制品有限公司生產(chǎn)，其物理力學性能指標如表3所示。

拌合水：普通自來水。

2 試驗配合比及方法

2.1 實驗配合比

參照目前實際工程中對高強混凝土的需求越來越多，所以本試驗所設(shè)計的輕骨料混凝土強度等級為LC30。輕骨料混凝土配合比按照《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》（JGJ51-2002）中的松散體積法進行初步設(shè)計，并以計算所得配合比為基準配合比進行多次試配調(diào)整，最終確定實際采用的配合比如表4所示。

2.2 實驗方法

劈拉試驗在液壓壓力試驗機上進行。試驗時，從養(yǎng)護地點取出試件，將其安放在試驗機下壓板的中心，試件的承壓面與成型時的頂面垂直。開動試驗機，當上壓板與試件接近時調(diào)整球座，使接觸均衡。然后以每秒0.5MPa的速度連續(xù)而均勻地加荷，直至試件在中部出現(xiàn)裂隙而斷裂破壞，記錄破壞荷載如表5。

3 實驗結(jié)果分析

為了直觀反映纖維摻入對輕骨料混凝土立方體劈裂抗拉強度的改善程度，表1-5中以未摻纖維的輕骨料混凝土立方體劈裂抗拉強度為基準，計算得出不同纖維摻量輕骨料混凝土的相對強度比值。得到試驗數(shù)據(jù)后通過方差分析對鋼-聚丙烯混雜纖維輕骨料混凝土立方體試塊劈裂抗拉強度試驗中的鋼纖維的外形、鋼纖維的體積率、聚丙烯纖維的體積摻量、聚丙烯纖維的長徑比對試塊劈裂抗拉強度比的影響，試驗結(jié)論如下。

3.1 鋼纖維外形的影響

可以看出鋼纖維與劈裂抗拉強度比的關(guān)系。從表1-5中可知，對于鋼-聚丙烯混雜纖維輕骨料混凝土，摻入波紋型鋼纖維后劈拉強度比平均提高約23%，摻入端鉤型的鋼纖維后平均劈拉強度比提高了約30%。鋼纖維不同體積摻量的強度提高如圖1所示。

3.2 聚丙烯纖維長徑比的影響

圖2給出了聚丙烯纖維長徑比對混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強度的影響直方圖。在本文試驗的聚丙烯纖維的長徑比范圍內(nèi)，混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強度的劈裂抗拉強度比的波動范圍為2%，在試驗誤差范圍內(nèi)。因此，在進行混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強度設(shè)計時，在常見聚丙烯長徑比范圍內(nèi)可基本不考慮長徑比的影響。

3.3 鋼纖維體積率的影響

鋼纖維體積率對混雜纖維輕骨料混凝土劈拉強度的影響。從表5可以看出，隨著鋼纖維體積率的增大，混雜纖維輕骨料混凝土的劈拉強度近似呈線性關(guān)系增長，當鋼纖維體積率從0.5%增大到1.5%時，劈拉強度提高了7%（如圖3所示）。

3.4 聚丙烯纖維體積摻量的影響

聚丙烯纖維體積摻量對混雜纖維輕骨料混凝土劈拉強度的影響試驗結(jié)果表明，輕骨料混凝土中摻入0.9kg/m3的聚丙烯纖維時對劈拉強度的增強效果最好。但隨著聚丙烯纖維體積率的增加，增強效果下降，當聚丙烯纖維體積率從0.9kg/m3增大到1.2kg/m3，混雜纖維高性能混凝土劈拉強度平均下降了5%（如圖4所示）。

3.5 鋼纖維體積率與聚丙烯纖維體積摻量交互作用影響

鋼纖維體積率與聚丙烯纖維體積摻量交互作用對立方體劈裂抗拉強度通過表1-5說明不存在顯著影響，影響范圍在6%附近。

4 混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強度公式

本節(jié)已分析混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強度與鋼纖維的外形、鋼纖維的體積率、聚丙纖維的體積摻量、聚丙烯纖維的長徑比之間如何影響。通過實驗數(shù)據(jù)的分析給出混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉強度的建議公式，如下公式所示：

ft，s-混雜纖維輕骨料混凝土立方體劈裂抗拉強度；ft，k-輕骨料混凝土劈裂抗拉強度；ρs-鋼纖維的體積率；ρf-鋼纖維外形特征值；ρl-聚丙烯纖維的體積摻量

5 結(jié)論

實驗結(jié)果表明影響鋼-聚丙烯混雜纖維輕骨料混凝土劈裂抗拉性能的各個因素中，鋼纖維的外形最為顯著可以達到30%，鋼纖維的體積率及聚丙烯纖維的體積摻量的影響比較有限在7%左右，聚丙烯纖維的長徑比及交互作用的影響在試驗誤差之內(nèi)可認為沒有影響。

參考文獻：

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篇10

關(guān)鍵詞：陽離子聚丙烯酰胺 聚丙烯酰胺 反相微乳液聚合 污泥脫水

1　聚丙烯酰胺概述

聚丙烯酰胺主要用于造紙工業(yè)、三次采油、水處理、固液分離、 污泥脫水和體系增稠，隨著聚合技術(shù)的發(fā)展，聚丙烯酰胺已由最初干粉（膠體）發(fā)展成為現(xiàn)在的干粉、膠乳和微膠乳三種形式。八十年代獲得工業(yè)化生產(chǎn)的聚丙烯酰胺膠乳產(chǎn)品，其發(fā)展速度相當快，在歐美發(fā)達國家，其生產(chǎn)規(guī)模占已聚丙烯酰胺總量的70～80%。九十年展的聚丙烯酰胺微膠乳仍處于試驗階段，許多技術(shù)問題仍有待解決，近幾年的研究極為活躍，可以預計在不久的將來聚丙烯酰胺微膠乳產(chǎn)品將實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

我國為數(shù)眾多的企業(yè)生產(chǎn)聚丙烯酰胺干粉，有些科研單位曾經(jīng)試制過膠乳產(chǎn)品，但產(chǎn)品主要性能指標如固含量和穩(wěn)定性方面與國外先進水平差距較大，難以與干粉產(chǎn)品競爭，而微膠乳產(chǎn)品則處于實驗研究階段。

隨著三次采油、廢水處理和功能性造紙?zhí)砑觿┑刃袠I(yè)的技術(shù)進步，對聚丙烯酰胺的需求量大幅度增加。聚丙烯酰胺干粉產(chǎn)品具有生產(chǎn)技術(shù)簡單且產(chǎn)品分子量高的特點，在使用過程中存在著溶解時間長和易受攪拌剪切降解，需配備專門的干粉溶解裝置等弊端，且在生產(chǎn)和使用過程中易產(chǎn)生粉塵飛揚，危害操作者身體健康和對環(huán)境造成污染。膠乳產(chǎn)品具有溶解速度快和使用方便的特點，受到了用戶的歡迎，但由于膠乳產(chǎn)品系聚丙烯酰胺微小膠粒懸浮在油相中的熱力學不穩(wěn)定物系，長期放置易發(fā)生分層現(xiàn)象。而近十年來發(fā)展起來的聚丙烯酰胺微膠乳是透明或半透明的油水雙連續(xù)相體系，具有高度穩(wěn)定性，但丙烯酰胺反相微乳液的形成條件嚴格，微膠乳產(chǎn)品存在分子量較低和乳化劑含量過高的缺點。

2　陽離子聚丙烯酰胺

陽離子聚丙烯酰胺是近幾年發(fā)展最快的品種，在西方發(fā)達國家其年增長率為5～10%，已占聚丙烯酰胺總產(chǎn)量的60%以上。我國的情況比較特殊，陰離子聚丙烯酰胺占總產(chǎn)量的90%以上，主要用于石油開采，陽離子聚丙烯酰胺產(chǎn)量很小而且生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模也很小，幾乎沒有形成一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置。隨著水處理行業(yè)的飛速發(fā)展，對陽離子聚丙烯酰胺需求高速增長，相信國內(nèi)陽離子聚丙烯酰胺將會在近幾年有一個較大的發(fā)展。

陽離子聚丙烯酰胺主要包括以下三種：低分子量聚胺類、丙烯酰胺與陽離子單體共聚類和非離子聚丙烯酰胺改性類。聚胺類包括聚乙烯亞胺、聚乙烯咪唑啉、胺—表氯醇縮合物及其改進產(chǎn)品，這類產(chǎn)品電荷密度高但分子量低，主要用于功能性造紙?zhí)砑觿?、石油開采和化妝品等行業(yè)，很少用于污泥脫水。丙烯酰胺與陽離子單體共聚類陽離子聚合物產(chǎn)量最大，陽離子單體主要指（甲基）丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）和二甲基二烯丙基氯化胺（DMDAC），其中P（AM—DMC）產(chǎn)品分子量較高，陽離子度0～100%之間可調(diào)，粉狀陽離子聚丙烯酰胺幾乎全部屬于此類結(jié)構(gòu)，我國用于污泥脫水的粉狀陽離子聚丙烯酰胺亦屬于此類，產(chǎn)品分子量400～600萬，陽離子度30～50%，其主要問題在于DMC需要進口，價格昂貴，導致生產(chǎn)成本較高。對于P（AM—DMDAC）而言，由于DMDAC單體空間位阻較大，聚合活性差，很難制備分子量和陽離子度都令人滿意的產(chǎn)品，所以用于污泥脫水的不多，而且DMDAC吸水性極強，該類產(chǎn)品通常為液狀。非離子聚丙烯酰胺的酰胺基可與多種試劑反應，其中與甲醛二甲胺反應可生成叔胺結(jié)構(gòu)聚合物，進一步季胺化生成季胺鹽。由于聚丙烯酰胺水溶液的粘度非常大，通常600～800萬分子量時2%濃度已很粘稠，這就給水溶液反應帶來困難，由于PAM濃度很低，導致陽離子度通常不會超過10%且殘余甲醛濃度較高。對于污泥中有機質(zhì)含量不高的縣級污水處理廠而言，低成本的非離子聚丙烯酰胺Mannich變性產(chǎn)品是適用的。

3　丙烯酰胺微乳液聚合技術(shù)進展

水溶性單體的聚合分為水溶液聚合、反相乳液聚合和反相微乳液聚合，水溶性單體包括（甲基）丙烯酰胺、（甲基）丙烯酸、（甲基）丙烯酸二甲胺基乙酯、（甲基）丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、AMPS、二甲基二烯丙基氯化銨等。我國主要采用水溶液聚合技術(shù)，產(chǎn)品以干粉形式供應。反相乳液聚合是六十年展起來的一種新型乳液聚合技術(shù)，八十年代取得了較大進展，其中聚丙烯酰胺膠乳系列產(chǎn)品已獲得大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。反相微乳液聚合的研究始于八十年代，法國科學家Francoise Candau在該領(lǐng)域進行了卓有成效的研究。我國天津大學哈潤華等也對微乳液聚合的動力學進行了研究，目前微乳液聚合的研究主要集中在微乳液的結(jié)構(gòu)和丙烯酰胺的反相微乳液聚合機理上，業(yè)已取得的成果為：

（1）微乳液的結(jié)構(gòu)和特性

目前對微乳液結(jié)構(gòu)的認識仍然存在著許多不同的觀點，如Candau F的雙連續(xù)相模型、Friberg的增溶膠束模型、Scriven的三維周期性網(wǎng)絡(luò)模型、Lindman 的界面松散態(tài)聚集體模型等，許多模型都能解釋微乳液的某些性質(zhì)，但都存在一定的缺陷。但對以下結(jié)論是認同的，即微乳液是一種各向同性的熱力學穩(wěn)定體系但它是分子異相體系，水相和油相在亞微觀水平上是分離的，并顯示出各自的特性。微乳液的液滴直徑為8～80nm， 因而是透明或半透明的，有利于進行光化學聚合。

正相微乳液只有在較高的表面活性劑／單體比例下在很窄的表面活性劑濃度范圍內(nèi)才能形成并且通常需要使用助乳化劑；而反相微乳液則較易形成，因為極性單體在體系中往往充當助乳化劑，因此丙烯酰胺的反相微乳液聚合更易獲得工業(yè)化生產(chǎn)。

（2）丙烯酰胺的反相微乳液聚合

Candau F首先以甲苯為油相，琥珀酸雙（2-乙基己酯）磺酸鈉為乳化劑制備了丙烯酰胺反相微乳液，并用AIBN和過硫酸鉀兩種不同的引發(fā)劑引發(fā)AAm聚合， 建立了反應動力學模型，其后又將Beerbower-Hill提出的內(nèi)聚能比觀點推廣應用于微乳液體系的乳化劑選擇上，取得了較好效果。

微乳液聚合具有極快的聚合速率，通常在100min內(nèi)轉(zhuǎn)化率可達90％以上，在反應最初的幾分鐘內(nèi)聚合速率就達到一個最大值，隨后，通常在聚合轉(zhuǎn)化率為20～30％時，聚合速率開始下降。在第二階段中，聚合速率下降的趨勢在某一轉(zhuǎn)化率處變緩，而這個轉(zhuǎn)化率的值隨反應溫度的升高而增大。

微乳液聚合的分子量與引發(fā)劑濃度的關(guān)系不大，聚合后體系含有兩類粒子，一類是直徑小于50nm的聚合物乳膠粒，另一種是直徑在3nm左右的AOT膠束，乳膠粒中的聚合物分子數(shù)很少（1～17條），分子量很高（106～107）。

聚丙烯酰胺微膠乳的實用合成技術(shù)要想獲得工業(yè)化生產(chǎn)，必須解決以下幾個問題：一是通常認為反相微膠乳聚合物的分子量不會太高，應研究如何提高微膠乳分子量的問 題，第二是微乳液聚合的乳化劑濃度通常為很高，進一步降低乳化劑濃度有利于降低生產(chǎn)成本，第三是乳化劑的選擇多是經(jīng)驗或半經(jīng)驗的，應研究如何有目的的選擇或合成確切結(jié)構(gòu)的乳化劑的問題。

4　絮凝與污泥調(diào)質(zhì)處理

絮凝是通過有機高分子絮凝劑對懸浮液（或膠體）中細小顆粒的電中和和吸附架橋使其脫穩(wěn)的過程，有機高分子絮凝劑必須具有較高的相對分子量和線性結(jié)構(gòu)以及適度的電荷密度，其分子結(jié)構(gòu)、離子形態(tài)、強度和分布、分子量和分布及支化程度等都會對絮凝效果產(chǎn)生影響，針對給定懸浮液特點合成確切結(jié)構(gòu)的絮凝劑，使絮凝劑產(chǎn)品形成系列化是科研工作者共同的任務。

城市污水處理廠污泥脫水調(diào)質(zhì)處理是有機高分子絮凝劑應用的重要方面，污泥分為生污泥（初沉污泥和剩余污泥）和消化污泥，應根據(jù)污泥的種類和性質(zhì)選擇有機高分子絮凝劑。污泥中VSS/SS（SS中有機物比例）較高時，應盡量選用陽離子度高的絮凝劑，并增加絮凝劑投加量；污泥中SS濃度高時，應選用高分子量的絮凝劑，SS濃度低時，可選用分子量較低的絮凝劑；污泥PH高時（消化污泥），應選用官能團為季銨鹽結(jié)構(gòu)的絮凝劑，pH低時，叔胺和季銨鹽結(jié)構(gòu)的絮凝劑均可使用。

5　我們的工作

作者進十年來一直從事水溶性聚合物的研究工作，先后承擔了多項國家“863” 、國家重點科技攻關(guān)和山東省重點科技攻關(guān)項目，其中超高分子量聚丙烯酰胺干粉產(chǎn)品分子量達到2500萬，水溶時間為30分鐘。近年來我們對丙烯酰胺類水溶性單體反相乳液聚合和微乳液聚合進行了深入研究，提出了水溶性單體反相準微乳液聚合新工藝，該工藝具有乳液聚合的特點，即產(chǎn)品分子量高和乳化劑含量低，同時兼有微乳液聚合的特點，即聚合速度快和產(chǎn)品高度穩(wěn)定。并且在國際上首次實現(xiàn)聚丙烯酰胺微膠乳工業(yè)化生產(chǎn)，由于采用了先進獨體的聚合技術(shù)，微膠乳產(chǎn)品具有很高的分子量和極窄的分子量分布、極快的溶解速度和無不溶物的特點。聚丙烯酰胺微膠乳產(chǎn)品主要技術(shù)指標如下：

產(chǎn)品外觀：透明或半透明微膠乳 固含量≥30％ 分子量：800～1500萬

水溶時間：3分鐘 乳化劑含量≤12％（以丙烯酰胺計）。

該產(chǎn)品用于鋼廠轉(zhuǎn)爐廢水、造紙白水、泥沙水等廢水處理時，其效果優(yōu)于進口高分子量聚丙烯酰胺干粉，在應用于鋁、錳、鈦、銅等金屬的濕法冶煉過程中的漿液分離時，其效果明顯優(yōu)于干粉產(chǎn)品，可提高清液的澄清度，最終提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

聚丙烯酰胺微膠乳可進行類似溶液中的化學反應，可以方便的進行Mannich 反應、磺甲基化反應和疏水化改性等，我們合成了一種陽離子官能團化試劑，對聚丙烯酰胺微膠乳進行后功化反應制備了一種高性能陽離子聚丙烯酰胺微膠乳，其生產(chǎn)成本不到現(xiàn)行陽離子聚丙烯酰胺干粉產(chǎn)品的一半，產(chǎn)品主要性能指標如下：

產(chǎn)品外觀：透明微膠乳 固含量：35～45％ 分子量：800～1500萬