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            杜拉纖維的功能及作用機理
            發布時間:2014-08-05
            摘要:各種材料的纖維加入水泥基體中,理論上主要有以下三種作用:(1)提高基體的抗拉強度;(2)阻止基體中原有缺陷(微裂縫)的擴展并延緩新裂縫的出現;(3)提高基體的變形能力并從而改善其韌性與抗沖擊性。 

            關鍵詞:結構加固 杜拉纖維 


              混凝土在硬化形成強度的過程中,初期由于水和水泥反應形成結晶體,這種晶體化合物的體積比原材料的體積要小,因此引起混凝土體積的收縮。在后期又由于混凝土內自由水分的蒸發而引起干縮。這些應力某個時期超出了水泥基體的抗拉強度,于是在混凝土內部引起微裂縫,這些微裂縫不可不可避免地存在于混凝土內的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內部。 

              在工程實踐中,由于沒有采取有效的抗裂措施,混凝土固有的微裂紋在內外慶力的作用下發展為更大的裂紋,以至最終形成貫通的毛細孔道及裂縫,常常導致防水失敗,也造成結構設計強度遠未能充分發揮,嚴重的甚至威脅到工程的安全及使用。研究表明,多數裂縫同荷載無關,塑性收縮、干縮、溫度變化等開裂因素才是混凝土眾多問題的根源。 

              由于纖維以單位體積內較大的數量均勻分布于混凝土內部,故微裂縫在發展的過程中必然遭遇到纖維的阻擋,消耗了能量,難以進一步發展,從而阻斷裂縫達到了抗裂的作用。纖維的加入猶如在混凝土中摻入世大數量的微細筋,這些纖維筋抑制了混凝土開裂的進程,提高了混凝土的斷裂韌性,而這些單靠加強鋼筋是不能實現。 

              總之,纖維改善混凝土的性能主要通過物理力學作用改善混凝土內部結構,并不改變混凝土中各種材料本身的化學性能,因此也不會影響混凝土的耐久性。 

            杜拉纖維的功能及作用機理 

            1、 有效提高混凝土/砂漿的抗裂能力 

              在建筑實踐中,杜拉纖維已成為一種非常有效的提高砂漿及混凝土抗裂能力的卓越手段。杜拉纖維經特殊的生產工藝進行表面處理,同水泥基料有極強的粘結力。美國曾利用電子顯微鏡對幾種主要的混凝土增強塑料纖維絲進行研究,與其它幾種纖維比較,杜拉纖維可握裹更多的集料,同水泥基體有更緊密的結合力,因此可在混凝土中發揮更為有效的抗裂作用。由于杜拉纖維可以迅速而輕易地與混凝土材料混合,分布極其均勻、徹底,每立方厘米水泥漿內近二十條纖維絲,故能在混凝土(砂漿)內部構成一種均勻的亂向支撐體系,從而產生一種有效的二級加強效果。 

              有關機構的研究表明,在混凝土中,杜拉纖維的亂向分布形式大有助于消弱混凝土塑性收縮及凍融時的應力,收縮的能量被分散到每立方米上千萬條具有高抗拉強度而彈性模量相對較低的纖維單絲上,從而極為有效地增強了混凝土(砂漿)的韌性,抑制了微細裂縫的產生和發展。眾多的實踐都表明,在混凝土(砂漿)中加入杜拉纖維,是控制混凝土塑性收縮、干縮等非結構性裂縫的卓越手段;同時,無數的纖維單絲在混凝土內部形成的亂向撐托體系可以有效阻礙骨料的離析,保證混凝土早期均勻的泌水性,從而阻礙了沉降裂紋的形成。實驗表明,同普通混凝土相比,體積摻量0.05%(約0.5公斤/m3)的杜拉纖維混凝土抗裂能力提高近70%。 

              現代工業與民用建筑大體積混凝土用量愈來愈大,結構形式也日趨復雜,水泥水化熱、收縮等因素引起的開裂問題已越來越受到人們的重視。國內一些高層建筑的地下室底板、側墻、轉換層大梁、超大型混凝土柱等大體積混凝土采用杜拉纖維的實例已成功證明了杜拉纖維混凝土優越的抗裂性能。 

              需要指出的是,由于杜拉纖維為一種低彈模纖維,摻量很少,故對混凝土的抗壓強度、抗折強度、抗拉強度影響甚微,不能作為一種結構性增強材料。 

            2、 大大提高混凝土/砂漿的抗滲防水性能 

              杜拉纖維可以大大增強混凝土或砂漿防水抗滲的能力。摻加大量微細纖維可以有效地抑制混凝土早期干縮微裂及離析裂紋的產生及發展,極大減少了混凝土的收縮裂縫,尤其是有效抑制了連通裂縫的產生;均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量纖維起了“承托”骨料的作用,降低了混凝土表面的析水與集料的離析,從而使混凝土中直徑為50-100納米和>100納米的孔隙的含量大大降低,可以極大地提高抗滲能力。測試表明,0.05%體積摻量的杜拉纖維混凝土比普通混凝土抗滲能力提高60-70%;炷粮、地下室工程、屋面、貯水池、外墻抹灰批蕩等,采用杜拉纖維為剛性自防水材料的效果尤為顯著,可以有效解決滲裂問題的困擾。 

              目前,我國大量推廣新型輕質墻體材料以取替實心粘土磚勢在必行,但如加氣混凝土、輕質磚、空心砌塊等幾乎都有易裂、抗滲不足的嚴重缺陷,以致嚴重損害了它們的優越性,影響了材料的推廣和使用。當外墻/內墻抹灰時,在砂漿中加入適量的杜拉纖維則可以有效阻止開裂并達到良好的抗滲效果,從而彌補這些材料的不足。實踐證明,加入纖維后,施工簡單,抹灰效率高,灰漿跌落少,對于保證工程質量,提高工作效率,降低成本有重要的意義。 

            3、 增強抗沖擊及抗震能力 

              混凝土中加入纖維凝固后,握裹水泥的高強纖維絲相粘聯成為致密的、亂向分布的網狀增強系統,有利于防止并控制微裂的產生和發展,增強混凝土的韌性。同時由于有效改善了泌水性,對于早期養護大有助益。實踐證明,水泥固化早期,纖維混凝土比普通混凝土可保持更多的水分,水泥的水化反應更徹底,骨料離析減少,級配更加均勻,其表面強度較之普通混凝土更強。纖維獨特的表面處理工藝使得纖維可以和水泥基料緊密地結合在一起,極大地保持了混凝土的整體強度,混凝土受到沖擊時纖維吸收了大量能量,從而有效減少了集中應力的作用,阻礙了混凝土中裂縫的迅速擴展,增強了混凝土的抗沖擊及抗震能力。這一特性對于受到沖擊疲勞作用的一些混凝土結構(如道路、人行道、停車場、停機坪、車庫地面、國防設施等)是非常有用的。 

            4、 增強抗凍能力 

              在混凝土中加入杜拉纖維,可以緩解溫度變化而引起的混凝土內部應力的作用,阻止微裂縫的擴展;同時,混凝土抗滲能力的提高也有利于其抗凍能力的提高。在美國北部及加拿大等寒冷地區,街道、停車場、超薄板區域、人行道使用杜拉纖維混凝土后,都有效地減少了凍裂的問題。實踐及研究都表明,杜拉纖維可以做為一種有效的混凝土溫差補償性抗裂手段。

            5、 確;炷令A制件的質量 

              杜拉纖維可以迅速而徹底地在混凝土/砂漿中均勻分散,同水泥基料產生很強的結合力,混凝土的韌性顯著增強。實踐中發現,在制作預制件時加入杜拉纖維可以較早拆模而保持較高的濕強度,有利于提高生產效率。較之普通混凝土,杜拉纖維混凝土抗裂能力顯著提高,抗滲能力提高60%以上,良好的抗滲性有效地保護了構件內的鋼筋,免除銹蝕危害。用杜拉纖維混凝土制作的預制件比普通混凝土制作的預制件外觀更好,更為強固、耐久。而且,由于杜拉纖維能夠均勻分布,又可以為預制件的邊、角提供有效的保護,抑制表面裂縫,抗沖擊能力提高,從而明顯減少了制品的破損率,提高了混凝土預制件的質量。 


            6、 良好的修整性 

              杜拉纖維是一種微細的聚丙烯單絲纖維,不象其它一些剛性添加材料會露出混凝土構件表面而影響外觀;相反,杜拉纖維的細致結構配合以適當的修整,可令混凝土表面視覺效果更為柔和悅目。 

            7、 利于提高生產效率和經濟效益 

              經濟效益是一個綜合性的指標,需要對長期效益和短期效益、一次投資與維修保養以及材料管理費用、施工難易等多方面因素進行綜合考慮,方能做出合理的經濟評價。杜拉纖維應用的實踐證明:充分認識、利用和發揮其產品特性,結合工程的實際要求,是能夠取得較好的經濟效益的。杜拉纖維在我國的工程中應用推廣具有極大的潛力。 


              河北省建筑科學研究院《噴射合成纖維混凝土物理力學性能的試驗研究》課題,作為國家科委的項目已通過了冶金部、煤炭部、河北省科委和建委等單位的聯合鑒定,在華北制藥廠等工程實踐中證明了在噴射混凝土中加入杜拉纖維后,能夠顯著提高混凝土的抗裂、抗沖擊性能,具有較高的粘結強度和良好的耐久性,可延長建筑物的使用壽命和維修周期;同時,與普通噴射混凝土相比還具有增加一次噴射厚度、顯著降低回彈損失等特點,其社會效益和經濟效益顯著。在地下工程、薄壁結構工程、維修加固工程、巖土工程、防護工程等土木建筑領域推廣應用前景廣闊。在應用杜拉纖維噴射混凝土施工的工程中,如廣州萬景臺深基坑支護、重慶朝天隧道、廣州地鐵等,均反映出以上的特點。 

              纖維砂漿抹灰具有施工操作簡易、抹灰效率高、灰漿跌落少、抗裂能力強的特點,可部分取代鋼絲網,受到施工人員的歡迎,對于提高工作效率、保證工程質量、降低成本都有重要的意義。采用杜拉纖維砂漿內外墻抹灰,在廣東的廣州、深圳、珠海、中山;武漢;鄭州;北京;重慶等地,超過200萬平方米的外墻抹灰工程都使用了杜拉纖維,業主和施工單位對良好的使用效果均感到滿意。杜拉纖維推廣的比較好的地區,這種做法已經為廣大用戶所接受。有些工程由于采用杜拉纖維這種新材料,解決了長期難以解決的外墻滲漏問題,而被評為優質工程。如深圳萬科四季花園等。深圳市住宅局為了徹底防治安居房的外墻滲漏水,提出使用新材料、新工藝、新方法,包括在外墻的抹灰砂漿中摻加杜拉纖維防治裂縫。 

              杜拉纖維的價格適中,在工程總投資中所占的比例較小,卻可以換取較大的工程質量效益。如能夠結合工程實際情況,依據杜拉纖維特性適當設計和施工,成本不但不用增加反而會降低。廣州東環高速公路收費站感應帶路段使用杜拉纖維,不但解決了施工難題,還因省去一層鋼絲網而減少材料及施工成本,通車后運行效果良好。重慶世界貿易中心地處車庫泵送C20混凝土地坪工程摻加了杜拉纖維,不僅取得了良好的效果,而且還簡化了施工工序,縮短了工期,降低了造價。廣州萬景臺工程三層地下室深基坑支護采用噴錨網工藝,基坑臨珠江的一面考慮抗滲要求高,只在此面的噴射混凝土摻加了杜拉纖維。工程完工后,發現臨江一面盡管水壓較高,僅有兩處錨頭有輕微滲水,而其它三面卻發現不同程度的裂縫,多處錨點滲漏嚴重,局部不得不采取植入導管引水的辦法補救。


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