解决混凝土塑性裂缝的长坚纤维技术优点

解决混凝土塑性裂缝的长坚纤维

技术优点

长坚纤维加入各种混凝土及其制品中，具有以下优点：

1.塑性阶段

a)防止塑性收缩和沉缩裂缝

加入长坚纤维，可增加混凝土在塑性阶段的延性，从而提高混凝土的强度。减少了拌合物泌水现象，考虑到合理的水化作用，可降低水灰比，从而有效地防止了收缩和沉缩裂缝。

2.硬化阶段

a)增加抗冲击韧性

大部分混凝土是脆性破坏的，但加入了长坚纤维后，可提高混凝土的延性。因为混凝土开裂时，将纤维从混凝土中拉出需耗费较多的能量。

b）增加耐磨性

长坚纤维在混凝土搅拌过程中可控制水的迁移，减少了水泥浆和细骨料分离的可能性。它增强了水泥的水化作用，改善了与骨料的粘合强度，从而可以形成更致密、更耐久的使用表面。

c）增加防火性能

用于水泥基材料中的长坚纤维的熔点大约在154℃，在高温情况下，纤维熔解后混凝土中会形成无数的空穴，使易于水蒸汽疏导，这将明显地减少混凝土爆裂现象。实际上，目前的实验结果表明，纤维的加入，已经消除了高温状态下水泥石的爆裂。

d）改善对水和化学介质的抗渗性

混凝土中的孔隙减少，渗透性降低。这将会使混凝土表面对水、化学物质和其他物质的吸收速度减慢。

e) 提高抗冻性

加入了长坚纤维改善了混凝土的抗冻性，相当于提高了其耐久性，其机理与加气混凝土相似。

f）附加预应力

长坚纤维是控制裂缝用钢筋网片的经济替代品，那些钢筋网片通常放置在承重楼板上部以控制裂缝。但它不能替代任何结构上的钢筋。当混凝土收缩，控制裂缝的钢筋网片会产生反力，增加了混凝土的拉应力。钢筋网片在混凝土出现裂缝后才开始承受拉力，然而长坚纤维可以防止混凝土裂缝的产生。

长坚纤维是惰性的，它对混凝土材料组份都没有副作用。

长坚纤维混凝土技术介绍

简介

在参考了至今为止积累的大量测试数据的基础上，本文介绍了长坚纤维的功能和优点。全部引用的实验数据都是独立进行并且独立核实的。在英国，British Board of Agrément 监督了大多数的测试，并给予官方认可。这种认可正在被拥有技术授权组织的其他国家（特别是那些参与UEAtc和EOTA的组织）接受。

所摘录的其它数据，包括原始的研究和实验的其它数据，摘自正式被美国混凝土学会收录的文章。

纤维的功能

长坚纤维的主要功能是从本质上改善了混凝土性能，有以下几个因素：

? 改善了水泥浆的流变性从而减少了离析，泌水和沉缩等。

甚至在微观层次上，防止前期的裂缝产生。

长坚纤维在下列状态下进行测试，显现出它的优点：

? 浇捣完毕后，初凝前。

? 初凝后硬化前，例如，塑性阶段。

? 在硬化后，混凝土完全成型阶段。

在理想状态下，长坚纤维可最大程度发挥它的优点，同时最大程度降低负面的影响。它的一个主要应用就是用来替代底板中抗裂钢筋网片。其细节问题在下面章节将详细讨论，同时通过对比实验来证实长坚纤维在此方面具备的优势。

长坚纤维

长坚纤维是解决水泥制品上述缺陷的最先进可行的方法，在后章节将详细介绍。该纤维的生产技术已经在欧洲和美国申请了专利。

长坚纤维已在世界各地广泛使用，采用的商标名称有：“Crackstop”、“Fibrin23”、“Fibrin Fiberflex”、“Fiberflex”、“Polymassa”、”Polycret”,“Grace”等等。

强盛有限公司（香港）（FULLY STRONG LIMITED）已同FITESA S.A.公司（巴西）和ADFIL-Anglo-Danish纤维工业有限公司 - 原Fibrin(Humberside) 有限公司 - 签署了有关合同，获得了独家代理长坚纤维的许可。

这种用于增强混凝土性能的纤维具有以下特征：

? 采用优质纤维，形成特效纤维表面。

? 采用纤维束和浸润剂，具有良好的分散效果。

? 采用聚丙烯原料，保证了纤维的韧性、耐久性和化学惰性。

塑性状态性质

长坚纤维影响了混凝土的流变性从而降低了沉缩、泌水和离析。下面的对比实验结果证实了混凝土中应用这种纤维的作用。

混凝土坍落度

掺有长坚纤维的混凝土的坍落度将降低10%。这并不意味着混凝土的和易性降低了，因为坍落度指标并不能全面表征和易性。坍落度降低的原因是这种纤维引起了一种特殊的触变效果，这影响了一些静态测试结果，如坍落度试验。长坚纤维混凝土的坍落度设计应该取用掺入纤维前的指标。否则应考虑掺入纤维导致的10%的降低值。

泌水性

在长坚纤维混凝土泌水性能测试中，泌水程度降低4.87%~5.8%，这个实验也证实了混凝土沉缩值的降低。水泥浆硬化过程中，混凝土中存在水化和固化作用，此时混凝土特别容易发生裂缝。化学反应导致混凝土体积产生较大的收缩，这时体积的减小值远超过混凝土在随后时间内发生的收缩。

正如先前所进行的测试，塑性收缩测试也是在BBA的监督下采用修改后的Kraii测试方法。Kraii法主要流程包括混凝土板浇注及表面通风干燥。Kraii测试方法已经出现多种修订版，用来测试不同的混凝土在易于开裂的早龄期裂缝出现的相对趋势。本测试方法及其修订版，已经被广泛的应用。它采用混凝土板替代与实际应用差异较大的混凝土环进行测试，其结果非常可靠。

在BBA测试中，每次测试用三个600平方毫米,厚度为50毫米的预制板。混凝土通过空气流干燥（温度为28°C，RH40%），通过表面的空气流速度为每秒7米，理论上水份蒸发速度至少为1.5公斤/平方米/小时。在测试中，这样的干燥条件保持了24个小时。

在这些测试中，为了使其更容易产生裂缝，增加了混凝土中胶凝材料含量，并且加入了硅灰和PFA。

测试的结果表明即使在易于产生裂缝的配合比和苛刻的干燥条件下，仅加入0.6公斤/m3的长坚纤维，就完全消除了裂缝。（所有可见的裂缝, 即使宽度小于0.1mm都被记录下来）.

硬化混凝土

如前面所讨论的，将长坚纤维加入到混凝土基础底板比采用钢筋网控制裂缝的更加有效。混凝土底板是根据混凝土强度而设计的，加入长坚纤维极大地改善了基础材料的可靠性，而不是仅仅降低失败后的负面影响。

由于改善混凝土的特性，从而提高了混凝土底板整体的耐久性。这些由BBA监督的测试表明混凝土的耐久性在下面几个方面得到改善。

降低渗透性

表面初始吸水性测试

表面初始吸水性测试(ISAT)是一个比较完善的测试，正如它的名称所表明的，其目的是测试混凝土的表面吸水性。这对混凝土的耐久性相当重要。

这个测试的结果概要如下：

表面吸水性对比

Covercrete 测试

长坚纤维的一大优点是它避免了钢筋混凝土中控制裂缝的钢纤维具有的腐蚀问题，这种腐蚀经常导致混凝土过早破坏。

长坚纤维还可以通过包裹和保护钢筋，来提高混凝土的耐久性能。一个专门用于测试混凝土吸水性对保护钢筋的影响的方法就是Covercrete吸水性试验，由Dundee大学发明，该方法详细描述见1987年12月的杂志《水泥研究》（Concrete Research）

长坚纤维混凝土的吸水性可降低27%。

更佳的抗冻性

BBA检验表明长坚纤维可以代替加气剂以增加混凝土抗冻性。

以上是对长坚纤维混凝土进行了冻融循环测试所获数据，采用的混凝土对照试样符合英国标准5075 第二部分附录C。该测试包括：制备至少4根混凝土柱子，在-15℃下放置16小时，20℃下放置8小时，按此条件反复进行数次，然后测试样品在长度方向上的变化。长坚纤维混凝土及对照样的结果如上：

可以看出：每立方米混凝土中加入0.6kg长坚纤维就可以显著降低冻融测试中样品径向上的伸长，低于对照混凝土试样的1/10。

更高的抗冲击性能

在混凝土建筑中，冲击破坏，尤其在混凝土板的表面和边缘的破坏是最常见的。BBA采用的抗冲击测试方法是反复落锤冲击，详细资料见ACI委员会544在1988年ACI材料杂志（ACI Materials Journal）上的描述。

该试验中采用的重锤与土击实试验所用的相同，锤头重4.54kg，从18 inch（457mm）高的地方自由落下。可参考ASTM D 1557与英国标准1377：第一部分：1990。

锤反复击打放在混凝土样品上的硬钢球上，记录出现初始裂缝时的冲击次数。

长坚纤维混凝土可以承受100次冲击，而普通混凝土样只能承受17次，抗冲击性能提高了5倍多。

混凝土防裂钢筋网片的替代品：长坚纤维

BBA观察与测试

BBA的检验报告陈述如下：

长坚纤维可以代替钢筋网片来控制混凝土中的裂缝，但是不能代替结构上的增强钢筋，并且应采用常规的养护方法。

这些关于裂缝控制的参考文献很重要，它们显示了一个共识：钢筋网片可以在底板中产生预应力，但此预应力仅能用于控制裂缝。

如下参考取自TR34等：

BBA对Kraii测试方法进行了修改，以比较长坚纤维与钢筋网片的裂缝控制功效。结果表明长坚纤维加入量为0.6kg/m3时，与A142钢筋网片相比，其裂缝降低了92％（A142钢筋相对于普通混凝土其裂缝出现率降低了50％）。

谢菲尔德测试

为了对比钢纤维与长坚纤维的效果，专门设计了一个尺寸模型试验，该试验采用的模型是一块长5.5米，宽3.0米，厚度为175毫米的混凝土板。本试验中实际数据波动较大，因此本试验的目的只是比较不同的破裂方式而不是破裂时的应力。从这个方面来说，应力应变的关系是最重要的，而不是破裂时的应力。要测得像底板这样实际随动态荷载的构件的破坏应力，要测得像底板这样实际承受动态荷载的构件的破坏应力，静态试验是无能为力的。

本试验的结果表明：普通纤维混凝土板显示出在施加荷载数值达到破坏荷载一半以后，应力应变关系会明显地偏离线性关系。而防裂混凝土板在破坏之前始终保持线弹性的应力应变关系。

应力应变关系是非线性的原因通常认为是由于此时混凝土板内的裂缝开始扩大。长坚纤维阻止了前期裂缝的继续扩展，使应力应变继续保持弹性关系。没有裂缝的板的抗疲劳性能要明显优于含有裂缝的板。

更好的耐火性能

测试表明采用长坚纤维可以显著提高混凝土的耐火性能。独立的测试表明我们的纤维在600℃下放置1小时后的抗弯性能高于同类混凝土。应用该纤维可以提高混凝土在高温下的抗爆性能（按BS 476测试）。最近Rail Link Engineering按该标准进行的测试得到了如下的结论：“加入长坚聚丙烯纤维后，在测试的全过程中都显示出了优越的耐火性能，掺加了特定纤维的混凝土没有产生任何爆裂现象。”