杜拉纖維-功能及作用機理

1、杜拉纖維-功能及作用機理            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(xiàn)；(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(jié)構(gòu)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(jié)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(nèi)自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應力某個時期

2、超出了水泥基體的抗拉強度，于是在混凝土內(nèi)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(nèi)的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內(nèi)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(nèi)外慶力的作用下發(fā)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(jié)構(gòu)設計強度遠未能充分發(fā)揮，嚴重的甚至威脅到工程的安全及使用。研究表明，多數(shù)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(nèi)較大的數(shù)量均勻分布于混凝土內(nèi)部，故微裂縫在發(fā)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(fā)展，從而阻斷裂縫達到了抗裂

3、的作用。纖維的加入猶如在混凝土中摻入世大數(shù)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(xiàn)。 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(nèi)部結(jié)構(gòu)，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(jīng)特殊的生產(chǎn)工藝進行表面處理，同水泥基料有極強的粘結(jié)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

4、泥基體有更緊密的結(jié)合力，因此可在混凝土中發(fā)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(nèi)近二十條纖維絲，故能在混凝土（砂漿）內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系，從而產(chǎn)生一種有效的二級加強效果。 有關機構(gòu)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(chǎn)生和發(fā)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(jié)構(gòu)性裂縫的卓越手段；同

5、時，無數(shù)的纖維單絲在混凝土內(nèi)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(xiàn)代工業(yè)與民用建筑大體積混凝土用量愈來愈大，結(jié)構(gòu)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(nèi)一些高層建筑的地下室底板、側(cè)墻、轉(zhuǎn)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(yōu)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，

6、不能作為一種結(jié)構(gòu)性增強材料。 2、 大大提高混凝土/砂漿的抗?jié)B防水性能 杜拉纖維可以大大增強混凝土或砂漿防水抗?jié)B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(chǎn)生及發(fā)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(chǎn)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?jié)B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?jié)B能力提高60-70%?；炷粮亍⒌叵率夜こ?、屋面、貯水池、外墻抹灰批蕩等，采用杜拉纖

7、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(zhì)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(zhì)磚、空心砌塊等幾乎都有易裂、抗?jié)B不足的嚴重缺陷，以致嚴重損害了它們的優(yōu)越性，影響了材料的推廣和使用。當外墻/內(nèi)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?jié)B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(zhì)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(lián)成為致密的、亂向分布的網(wǎng)狀增強系統(tǒng)，有利于防止并控制微裂的產(chǎn)生和發(fā)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(yǎng)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(jié)合在一起，極大地保持了混凝土的整體強度，混凝土受到?jīng)_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