公路水泥混凝土纖維材料-聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維.ppt

公路水泥混凝土纖維材料-聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維,一、背景,目前合成纖維水泥混凝土已在我國土木工程行業(yè)廣泛使用。在水泥混凝土中摻入聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維制成纖維混凝土，可以改善水泥混凝土物理力學性能。,合成纖維的主要作用有： 減少混凝土的原始缺陷,降低各種缺陷尺寸； 使混凝土中的粗集料分布更加均勻； 提高混凝土內在品質,改善混凝土抗?jié)B性、降低混凝土表面水分蒸發(fā)速率； 降低混凝土內外部濕度、溫度的差值； 提高混凝土的早期抗裂性能； 提高混凝土的變形能力，增加混凝土的韌性和抗沖擊、抗疲勞性能等。,聚丙烯腈纖維和聚丙烯纖維是當今世界各國普遍采用的水泥混凝土改性材料，它具有抗裂、耐磨、抗沖擊性能強、強度高、與混合料的親合性好、可延長結構使用壽命等優(yōu)點，因此具有廣闊的應用前景。 本標準對聚丙烯腈纖維、聚丙烯纖維的質量進行規(guī)范，以推廣其在公路工程中廣泛應用。,二、纖維混凝土的性能,聚丙烯纖維在混凝土中體積百分比為0.9%時，纖維水泥混凝土的性能試驗部分結果如下。,表2 水泥混凝土沖擊試驗結果,表3 砂漿的阻裂試驗結果,以上實驗數(shù)據(jù)均表明，聚丙稀纖維對混凝土的抗折強度、抗沖擊強度、抗塑性開裂有明顯的改善和提高。,三、目前國內主要纖維的性能指標,目前廣泛使用的聚丙烯纖維有國產(chǎn)纖維、進口纖維，各自的性能指標如下表所示。 1泰安同伴聚丙烯網(wǎng)狀纖維,表 4 泰安同伴聚丙烯網(wǎng)狀纖維的技術指標,2泰安“現(xiàn)代”聚丙烯網(wǎng)狀纖維,泰安“現(xiàn)代”聚丙烯網(wǎng)狀纖維的各項指標分別見表5表8。,表6 網(wǎng)狀纖維厚度及偏差,表5 長度及偏差,表7 外觀質量,表8 物理力學性能,3武漢漢森聚丙烯纖維(包括單絲和網(wǎng)狀纖維),表9 武漢漢森聚丙烯纖維技術指標,4北京中紡聚丙烯纖維單絲,表10 聚丙烯單絲纖維D的技術指標,表11 聚丙烯網(wǎng)狀纖維E的技術指標,5海川工程科技的聚丙烯腈纖維指標,表12 聚丙烯腈纖維指標,纖維產(chǎn)品的質量的好壞直接關系到纖維混凝土產(chǎn)品的質量。要控制纖維混凝土的質量，使纖維混凝土的設計、施工、質量控制標準化，制定纖維產(chǎn)品標準是非常必要的。,本標準在聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維混凝土的推廣應用實踐中，總結提出了水泥混凝土用纖維的性能要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等要求，以便于增強水泥混凝土材料用聚丙烯和聚丙烯腈纖維產(chǎn)品按統(tǒng)一標準來檢驗產(chǎn)品性能、生產(chǎn)質量，使得纖維混凝土的應用有了全面而可靠的技術保障。,四、編制過程,交通行業(yè)標準JT/T 525-2004公路水泥混凝土用纖維材料 聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維是根據(jù)交通部交科教發(fā)2002531號文“關于下達2002年交通標準化補充計劃的通知”中的JT2002-133項的要求制定的。 本標準由交通部公路科學研究所、重慶交通學院、泰安同伴工程塑料有限公司、武漢漢森鋼纖維有限責任公司、北京中紡纖建科技有限公司、北京特希達科技有限公司、深圳市海川實業(yè)股份有限公司、西安博賽特纖維網(wǎng)砼有限公司等負責起草。,2002年8月成立標準編寫組，制定了工作計劃，開展了收集資料及調研，先后收集分析整理了全國多家聚丙烯纖維生產(chǎn)廠家的企業(yè)標準和眾多的聚丙烯混凝土（砂漿）的工程設計、施工和運營情況資料。 2003年2月編寫組召集各有關材料的生產(chǎn)廠家，對編寫組提出的標準編制大綱進行討論和學術交流，交通部科教司主管領導到會指導。2003年4月完成標準討論稿，2003年6月完成標準征求意見稿及編制說明。2003年9月15日16日在北京召開了專家論證會。2003年11月又在北京召開了專家論證會。根據(jù)專家意見、標準編寫最后完成了審批稿。,五、有關標準條文的編制說明,5.1產(chǎn)品分類 根據(jù)聚丙烯纖維的結構形式，可分為聚丙烯單絲纖維和聚丙烯網(wǎng)狀纖維兩種類型。這兩種類型在國內的生產(chǎn)和使用都非常的普遍。 聚丙烯腈纖維目前只有單絲纖維這一種類型。,一般認為網(wǎng)狀聚丙烯在混凝土中不易結團，便于在混凝土中分散，但是網(wǎng)狀聚丙烯纖維在混凝土中的最終狀態(tài)應是單絲，即網(wǎng)狀纖維經(jīng)過攪拌撕裂為單絲。另外單絲纖維和網(wǎng)狀纖維的生產(chǎn)工藝也不同。,另外，按聚合物纖維產(chǎn)品的功能分，聚合物纖維可分為多功能性纖維（Mu）、加強型纖維（Re）、防裂型纖維(PC)和輔助型纖維(Au)四種類型。 多功能型纖維，其不僅具有較高的加強作用，還具有良好的防裂、抗折、抗劈裂、抗凍融、抗疲勞等多種功能。加強型纖維對基體起加強作用；防裂型纖維用于抵御基體混凝土自身的裂變應力；輔助型纖維只作為基體混凝土的一種輔料，沒有防裂和增強能力。,然而合成纖維在混凝土中的作用往往是多樣的很難單一的界定，并且從工程實踐和研究結果來看合成纖維對混凝土的加強作用還不明顯，目前國內對這種分類方法尚未普遍認可，故在本標準中未列出此分類方法。,聚合物纖維按產(chǎn)品的原材料和結構形式分為三種： 聚丙烯腈單絲纖維，代號為：PAN-S 聚丙烯網(wǎng)狀纖維，代號為：PP-M 聚丙烯單絲纖維，代號為：PP-S。,5.2 產(chǎn)品的命名,由采用產(chǎn)品標識符、長度規(guī)格、結構形式和功能參數(shù)組成。 長度為聚丙烯纖維的基本規(guī)格參數(shù)。目前國內的許多廠家聚丙烯纖維產(chǎn)品規(guī)格都是以長度為劃分指標的。,截面形狀 纖維的截面形狀一般有兩種（圓形和矩形），其實質反映纖維的加工工藝，并且兩種纖維形狀對混凝土改性有一定差異。 一般認為，圓形纖維是采用噴絲工藝加工而成，即溶液噴絲冷成形過程，纖維成單絲狀。由于圓形截面絲表面光滑，因此，與基體的親和性、握裹力都較欠缺。,矩形纖維是采用“拉拔纖伸”工藝制成，即拉拔纖伸纖化切斷過程，纖維成網(wǎng)絲片狀體，即沿其縱向切有若干平行切縫，使其片狀體成為是由若干平行排列的單絲纖維集合體，橫向拉開，呈網(wǎng)狀結構，用力撕拉，即成為一根根單絲。其單絲截面為不規(guī)則矩形，表面粗糙，與混凝土的親和性、握裹力非常好，換言之，具有非常好的阻裂效果，同時增強了混凝土的抗拉、抗折強度。,另外，深圳市海川實業(yè)股份有限公司的聚合物纖維截面形式為花生型，如圖1。,圖 1 聚丙烯腈纖維,由于纖維截面形狀對混凝土力學性能影響比較明顯，因此本標準把聚合物纖維的截面形式納入產(chǎn)品的命名中。,同時，在聚合物纖維的命名中參考了FORTA的命名方式。 美國FORTA工程纖維產(chǎn)品的命名表達式如下： 品牌用途材料功能形狀長度功能參數(shù),例如，對于長度為20mm、抗拉強度大于560、斷裂延伸率大于35%的聚丙烯纖維網(wǎng)的標記為：PPF-20-M-560/35。,本標準的命名格式： 由采用產(chǎn)品標識符規(guī)格長度產(chǎn)品結構型式功能參數(shù)組成，如圖2所示。,5.3產(chǎn)品規(guī)格,從調查到的各聚丙烯纖維產(chǎn)品的企業(yè)標準來看，各企業(yè)標準對規(guī)格的劃分都是以長度為指標進行劃分的。廠家不同其規(guī)格有很大的區(qū)別?？紤]到各廠家由于生產(chǎn)設備和工藝上的區(qū)別，在產(chǎn)品規(guī)格上也有很大的區(qū)別，而在目前對聚丙烯纖維的長度對混凝土性能的影響還未研究清楚。纖維長度的規(guī)格長度目前尚未確定最佳長度。,在本標準中并未把聚丙烯產(chǎn)品的規(guī)格規(guī)定在某些值上，而是根據(jù)目前的現(xiàn)狀給定一定的范圍，比較符合實際，見表13。 表13 纖維的長度規(guī)格及其偏差,5.4技術要求,根據(jù)統(tǒng)計和分析我國各聚丙烯纖維生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品指標，并參考相關工程應用資料，本標準制定的聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維的性能指標如表14、表15和表16所示。,抗拉強度,纖維混凝土是纖維和混凝土兩者的復合體。纖維在混凝土中要發(fā)揮作用，必須具有比較高的抗拉強度。與水泥基體相比至少高出兩個量級。好在水泥基體的抗拉強度很低，容易滿足?？紤]到聚丙烯和聚丙烯腈的材料特性、生產(chǎn)工藝，并結合纖維混凝土工程實踐，本標準對兩種纖維的抗拉強度進行了規(guī)定。,彈性模量,纖維混凝土中纖維和水泥基體一起受力，纖維與水泥基體的彈性模量相比，其比值越大，則受荷時纖維所分擔的應力也越大，纖維的作用也越明顯。 密度和熔點 密度和熔點為材料的基本性能，對此進行規(guī)定，可以控制纖維的原材料的質量和生產(chǎn)工藝水平。,聚丙烯腈纖維的不同功能要求的基本技術參數(shù),纖維在混凝土中的不同作用與纖維的摻量和纖維的抗拉強度、斷裂延伸率、 彈性模量有關。聚丙烯腈材料的抗拉強度和彈性模量較高，從而使聚丙烯腈在混凝土中可以起到加強的作用。因此本標準根據(jù)纖維混凝土的功能要求和聚丙烯腈的性能特點對此方面的技術參數(shù)進行了規(guī)定。,而對于聚丙烯纖維由于其彈性模量和抗拉強度較低，不具“高強高?！钡奶攸c，其在混凝土中加強作用不明顯，其主要作用是提高混凝土的內在品質，減少混凝土的缺陷，進而提高混凝土的抗?jié)B透、抗凍、抗開裂、韌性等能力。,抗堿性能,混凝土環(huán)境是堿性環(huán)境，聚丙烯在混凝土中能夠發(fā)揮作用，必須具有一定的抗堿性能才能保證聚丙烯纖維的耐久性能。因此標準要求抗拉強度的保持率不小于99。,原材料要求,混凝土中必須用純的聚丙烯和聚丙烯腈生產(chǎn)的纖維，這樣才可以確保纖維在混凝土中具有良好的抗腐蝕性能。不能用再生的材料生產(chǎn)土木工程用纖維，否則纖維在混凝土中的抗腐蝕性、耐久性難以保障。因此本標準對此進行了規(guī)定。,試驗方法,外觀質量：在自然光線下進行目測及手感檢驗。 長度：網(wǎng)狀纖維按GB/T6673的規(guī)定進行；單絲纖維按GB/T14336的規(guī)定進行試驗。 網(wǎng)狀纖維的厚度測定：按GB/T6672的規(guī)定進行試驗。 單絲纖維的直徑和當量直徑：按GB/T10685的規(guī)定進行試驗。 密度：按FZ/T01057.9的規(guī)定進行試驗。,熔點：按FZ/T01057.7的規(guī)定進行試驗。 彈性模量：按GB/T3916的規(guī)定進行測定。 斷裂延伸率的測定：按GB/T3916的規(guī)定