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1、公路水泥混凝土纤维材料-聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维,一、背景,目前合成纤维水泥混凝土已在我国土木工程行业广泛使用。在水泥混凝土中掺入聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维制成纤维混凝土，可以改善水泥混凝土物理力学性能。,合成纤维的主要作用有： 减少混凝土的原始缺陷,降低各种缺陷尺寸； 使混凝土中的粗集料分布更加均匀； 提高混凝土内在品质,改善混凝土抗渗性、降低混凝土表面水分蒸发速率； 降低混凝土内外部湿度、温度的差值； 提高混凝土的早期抗裂性能； 提高混凝土的变形能力，增加混凝土的韧性和抗冲击、抗疲劳性能等。,聚丙烯腈纤维和聚丙烯纤维是当今世界各国普遍采用的水泥混凝土改性材料，它具有抗裂、耐磨、抗冲击性能强、
2、强度高、与混合料的亲合性好、可延长结构使用寿命等优点，因此具有广阔的应用前景。 本标准对聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维的质量进行规范，以推广其在公路工程中广泛应用。,二、纤维混凝土的性能,聚丙烯纤维在混凝土中体积百分比为0.9%时，纤维水泥混凝土的性能试验部分结果如下。,表3 砂浆的阻裂试验结果,以上实验数据均表明，聚丙稀纤维对混凝土的抗折强度、抗冲击强度、抗塑性开裂有明显的改善和提高。,三、目前国内主要纤维的性能指标,目前广泛使用的聚丙烯纤维有国产纤维、进口纤维，各自的性能指标如下表所示。1泰安同伴聚丙烯网状纤维,表 4 泰安同伴聚丙烯网状纤维的技术指标,2泰安“现代”聚丙烯网状纤维,泰安“现代”
3、聚丙烯网状纤维的各项指标分别见表5表8。,表6 网状纤维厚度及偏差,表5 长度及偏差,表7 外观质量,表8 物理力学性能,3武汉汉森聚丙烯纤维(包括单丝和网状纤维),表9 武汉汉森聚丙烯纤维技术指标,4北京中纺聚丙烯纤维单丝,表10 聚丙烯单丝纤维D的技术指标,表11 聚丙烯网状纤维E的技术指标,5海川工程科技的聚丙烯腈纤维指标,表12 聚丙烯腈纤维指标,纤维产品的质量的好坏直接关系到纤维混凝土产品的质量。要控制纤维混凝土的质量，使纤维混凝土的设计、施工、质量控制标准化，制定纤维产品标准是非常必要的。,本标准在聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维混凝土的推广应用实践中，总结提出了水泥混凝土用纤维的性能要求
4、、试验方法、检验规则等要求，以便于增强水泥混凝土材料用聚丙烯和聚丙烯腈纤维产品按统一标准来检验产品性能、生产质量，使得纤维混凝土的应用有了全面而可靠的技术保障。,四、编制过程,交通行业标准JT/T 525-2004公路水泥混凝土用纤维材料 聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维是根据交通部交科教发2002531号文“关于下达2002年交通标准化补充计划的通知”中的JT2002-133项的要求制定的。 本标准由交通部公路科学研究所、重庆交通学院、泰安同伴工程塑料有限公司、武汉汉森钢纤维有限责任公司、北京中纺纤建科技有限公司、北京特希达科技有限公司、深圳市海川实业股份有限公司、西安博赛特纤维网砼有限公司等负责起
5、草。,2002年8月成立标准编写组，制定了工作计划，开展了收集资料及调研，先后收集分析整理了全国多家聚丙烯纤维生产厂家的企业标准和众多的聚丙烯混凝土（砂浆）的工程设计、施工和运营情况资料。 2003年2月编写组召集各有关材料的生产厂家，对编写组提出的标准编制大纲进行讨论和学术交流，交通部科教司主管领导到会指导。2003年4月完成标准讨论稿，2003年6月完成标准征求意见稿及编制说明。2003年9月15日16日在北京召开了专家论证会。2003年11月又在北京召开了专家论证会。根据专家意见、标准编写最后完成了审批稿。,五、有关标准条文的编制说明,5.1产品分类 根据聚丙烯纤维的结构形式，可分为聚丙
6、烯单丝纤维和聚丙烯网状纤维两种类型。这两种类型在国内的生产和使用都非常的普遍。 聚丙烯腈纤维目前只有单丝纤维这一种类型。,一般认为网状聚丙烯在混凝土中不易结团，便于在混凝土中分散，但是网状聚丙烯纤维在混凝土中的最终状态应是单丝，即网状纤维经过搅拌撕裂为单丝。另外单丝纤维和网状纤维的生产工艺也不同。,另外，按聚合物纤维产品的功能分，聚合物纤维可分为多功能性纤维（Mu）、加强型纤维（Re）、防裂型纤维(PC)和辅助型纤维(Au)四种类型。 多功能型纤维，其不仅具有较高的加强作用，还具有良好的防裂、抗折、抗劈裂、抗冻融、抗疲劳等多种功能。加强型纤维对基体起加强作用；防裂型纤维用于抵御基体混凝土自身的
7、裂变应力；辅助型纤维只作为基体混凝土的一种辅料，没有防裂和增强能力。,然而合成纤维在混凝土中的作用往往是多样的很难单一的界定，并且从工程实践和研究结果来看合成纤维对混凝土的加强作用还不明显，目前国内对这种分类方法尚未普遍认可，故在本标准中未列出此分类方法。,聚合物纤维按产品的原材料和结构形式分为三种： 聚丙烯腈单丝纤维，代号为：PAN-S 聚丙烯网状纤维，代号为：PP-M 聚丙烯单丝纤维，代号为：PP-S。,5.2 产品的命名,由采用产品标识符、长度规格、结构形式和功能参数组成。 长度为聚丙烯纤维的基本规格参数。目前国内的许多厂家聚丙烯纤维产品规格都是以长度为划分指标的。,截面形状 纤维的截面
8、形状一般有两种（圆形和矩形），其实质反映纤维的加工工艺，并且两种纤维形状对混凝土改性有一定差异。 一般认为，圆形纤维是采用喷丝工艺加工而成，即溶液喷丝冷成形过程，纤维成单丝状。由于圆形截面丝表面光滑，因此，与基体的亲和性、握裹力都较欠缺。,矩形纤维是采用“拉拔纤伸”工艺制成，即拉拔纤伸纤化切断过程，纤维成网丝片状体，即沿其纵向切有若干平行切缝，使其片状体成为是由若干平行排列的单丝纤维集合体，横向拉开，呈网状结构，用力撕拉，即成为一根根单丝。其单丝截面为不规则矩形，表面粗糙，与混凝土的亲和性、握裹力非常好，换言之，具有非常好的阻裂效果，同时增强了混凝土的抗拉、抗折强度。,另外，深圳市海川实业股份
9、有限公司的聚合物纤维截面形式为花生型，如图1。,图 1 聚丙烯腈纤维,由于纤维截面形状对混凝土力学性能影响比较明显，因此本标准把聚合物纤维的截面形式纳入产品的命名中。,同时，在聚合物纤维的命名中参考了FORTA的命名方式。 美国FORTA工程纤维产品的命名表达式如下： 品牌用途材料功能形状长度功能参数,例如，对于长度为20mm、抗拉强度大于560、断裂延伸率大于35%的聚丙烯纤维网的标记为：PPF-20-M-560/35。,本标准的命名格式： 由采用产品标识符规格长度产品结构型式功能参数组成，如图2所示。,5.3产品规格,从调查到的各聚丙烯纤维产品的企业标准来看，各企业标准对规格的划分都是以长
10、度为指标进行划分的。厂家不同其规格有很大的区别。考虑到各厂家由于生产设备和工艺上的区别，在产品规格上也有很大的区别，而在目前对聚丙烯纤维的长度对混凝土性能的影响还未研究清楚。纤维长度的规格长度目前尚未确定最佳长度。,在本标准中并未把聚丙烯产品的规格规定在某些值上，而是根据目前的现状给定一定的范围，比较符合实际，见表13。 表13 纤维的长度规格及其偏差,5.4技术要求,根据统计和分析我国各聚丙烯纤维生产企业的产品指标，并参考相关工程应用资料，本标准制定的聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维的性能指标如表14、表15和表16所示。,抗拉强度,纤维混凝土是纤维和混凝土两者的复合体。纤维在混凝土中要发挥作用，必
11、须具有比较高的抗拉强度。与水泥基体相比至少高出两个量级。好在水泥基体的抗拉强度很低，容易满足。考虑到聚丙烯和聚丙烯腈的材料特性、生产工艺，并结合纤维混凝土工程实践，本标准对两种纤维的抗拉强度进行了规定。,弹性模量,纤维混凝土中纤维和水泥基体一起受力，纤维与水泥基体的弹性模量相比，其比值越大，则受荷时纤维所分担的应力也越大，纤维的作用也越明显。 密度和熔点 密度和熔点为材料的基本性能，对此进行规定，可以控制纤维的原材料的质量和生产工艺水平。,聚丙烯腈纤维的不同功能要求的基本技术参数,纤维在混凝土中的不同作用与纤维的掺量和纤维的抗拉强度、断裂延伸率、弹性模量有关。聚丙烯腈材料的抗拉强度和弹性模量较
12、高，从而使聚丙烯腈在混凝土中可以起到加强的作用。因此本标准根据纤维混凝土的功能要求和聚丙烯腈的性能特点对此方面的技术参数进行了规定。,而对于聚丙烯纤维由于其弹性模量和抗拉强度较低，不具“高强高模”的特点，其在混凝土中加强作用不明显，其主要作用是提高混凝土的内在品质，减少混凝土的缺陷，进而提高混凝土的抗渗透、抗冻、抗开裂、韧性等能力。,抗碱性能,混凝土环境是碱性环境，聚丙烯在混凝土中能够发挥作用，必须具有一定的抗碱性能才能保证聚丙烯纤维的耐久性能。因此标准要求抗拉强度的保持率不小于99。,原材料要求,混凝土中必须用纯的聚丙烯和聚丙烯腈生产的纤维，这样才可以确保纤维在混凝土中具有良好的抗腐蚀性能。
13、不能用再生的材料生产土木工程用纤维，否则纤维在混凝土中的抗腐蚀性、耐久性难以保障。因此本标准对此进行了规定。,试验方法,外观质量：在自然光线下进行目测及手感检验。 长度：网状纤维按GB/T6673的规定进行；单丝纤维按GB/T14336的规定进行试验。 网状纤维的厚度测定：按GB/T6672的规定进行试验。 单丝纤维的直径和当量直径：按GB/T10685的规定进行试验。 密度：按FZ/T01057.9的规定进行试验。,熔点：按FZ/T01057.7的规定进行试验。 弹性模量：按GB/T3916的规定进行测定。 断裂延伸率的测定：按GB/T3916的规定进行试验。 抗拉强度： 单丝纤维的抗拉强度按GB/T3916的规定进行试验，拉伸速率为100mm/min。 网状纤维的抗拉强度按GB/T13022的规定进行，采用IV型样品，拉伸速率为500mm/min。,耐碱性能：,配制pH=14的NaOH溶液。将一定量的样品放置配制的溶液中，要求容器密封，并在（602）的水浴中保持48h，取出后进行抗拉强度的测定。抗拉强度保持率按式（1）计算。 抗拉强度保持率 （1）,
