杜拉纖維在混凝土工程中及應(yīng)用問題

1、杜拉纖維在混凝土工程中的應(yīng)用問題近年來國內(nèi)在不少混凝土工程中使用一種名為“杜拉”的合成纖維，對提高混凝土的澆灌質(zhì)量，尤其是對混凝土的防裂抗?jié)B、抗凍融很有成效。筆者經(jīng)常接到有些設(shè)計(jì)、施工單位的傳真與信件，咨詢有關(guān)杜拉纖維的技術(shù)問題，現(xiàn)就大家普遍關(guān)心的問題，現(xiàn)就大家普遍關(guān)心的問題加以解答，以供參考。1、問：什么是“杜拉纖維”？其材質(zhì)與特性如何？答：杜拉纖維的英文原名：Durafiber,DURA是Durability的縮寫，其意為“耐久”，故可將杜拉纖維理解為耐久的合成纖維。此種纖維是美國所產(chǎn)混凝土專用纖維的一個品牌，在北美、澳洲以及亞洲均得到較廣泛的應(yīng)用。有人以為杜拉纖維是纖維的一種類型，是因?yàn)?/p>

2、杜拉纖維進(jìn)入我國工程比較早，而且工程較多，影響較廣，誤傳而已。杜拉纖維是由加有抗老化劑的聚丙烯經(jīng)熱熔、拉絲、表面涂覆與短切等工序制成的。其主要特點(diǎn)是：密度?。?.91）、抗拉強(qiáng)度高（270Mpa）、彈性模量低（3.8GPa）；抗老化性好；耐化學(xué)侵蝕（抗堿與抗酸性均好）；在水中可分散成為單絲，不結(jié)團(tuán)；與水泥漿粘結(jié)性好；保水率低（0.1%）。杜拉纖維的外觀為切成一定長度的白色纖維束，每一束中有幾百根單絲纖維，每根單絲纖維具有很規(guī)則的圓形截面，直徑為48m目前國內(nèi)可提供的杜拉纖維產(chǎn)品有三種長度規(guī)格，長度為4.8與9.5的纖維主要用于素漿或砂漿；長度為19的主要用于砂漿或混凝土。2、問：杜拉纖維摻入混

3、凝土中起什么作用？其作用原理如何？答：杜拉纖維摻入混凝土中可以起到以下四方面的作用；(1)保證混凝土的均質(zhì)性。通?；炷猎跐补嗪髸l(fā)生離析現(xiàn)象，即比重較大的骨料下沉與水泥砂漿有所分離，同時(shí)混凝土表面出現(xiàn)析水，因而降低了混凝土的均勻性，使混凝土上、下部位的性能存在一定的差異，嚴(yán)重時(shí)還會使混凝土出現(xiàn)裂縫（即所謂“沉降裂縫”）。當(dāng)在混凝土中摻加適量杜拉纖維后，均勻分布于混凝土中的纖維可以起到承托作用，阻止上述離析現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證混凝土的均勻性。(2)減少混凝土的收縮裂縫，提高混凝土的抗?jié)B性與耐久性?；炷猎跐补嗟?4h內(nèi)，若其表面暴露于大氣中，因?yàn)闅夂蚋稍锘蚬物L(fēng)等原因會使混凝土表面失水較多，從而

4、發(fā)生塑性收縮并出現(xiàn)裂縫；混凝土在硬化后，如果周圍環(huán)境濕度較低，則會因?yàn)槭鸶稍锸湛s并出現(xiàn)干縮裂縫。在上述兩種情況下混凝土之所以會出現(xiàn)裂縫，主要是由于混凝土內(nèi)部因?yàn)槭湛s而出現(xiàn)局部的拉應(yīng)變，當(dāng)拉應(yīng)變超過其極限應(yīng)變值時(shí)，裂縫就會不可避免地產(chǎn)生。眾所周知，混凝土的極限拉伸率相當(dāng)?shù)?，一般僅為0.01%-0.20%，而杜拉纖維的極限拉伸率則可高達(dá)15%-18%。這樣，當(dāng)有大量的單絲纖維均勻地分布于混凝土當(dāng)中時(shí)，即可承受因混凝土收縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)變，延緩或阻止混凝土出現(xiàn)裂縫。由于杜拉纖維在混凝土內(nèi)分布均勻，產(chǎn)生顯著的阻裂效應(yīng)，所以能提高混凝土的抗?jié)B性、耐蝕性與抗凍性。(3)降低混凝土的脆性。由于杜拉纖維

5、的彈性模量低于混凝土，也即其極限拉伸率高于混凝土，故在動荷載與沖擊荷載作用下可吸收能量，從而提高了混凝土的變形能力，并相應(yīng)地降低了混凝土的脆性。這從摻有杜拉纖維的混凝土在受彎時(shí)韌性的提高可以得到佐證?；炷恋拇嘈允瞧渑c生俱來的弱點(diǎn)，降低混凝土脆性具有十分重要的工程價(jià)值。由于摻入杜拉纖維降低了混凝土的脆性，混凝結(jié)構(gòu)的耐久性也相應(yīng)得到提高。(4)提高混凝土的耐火性。高強(qiáng)混凝土具有相當(dāng)?shù)拿軐?shí)度，在火焰中因混凝土內(nèi)部的自由水與分解的化學(xué)水所形成的水汽難于逸出，而常導(dǎo)致混凝土構(gòu)件的爆裂。當(dāng)混凝土內(nèi)含有大量均勻分布的杜拉纖維單絲時(shí)，在火焰中因纖維的熔化（其熔點(diǎn)165）而形成的水汽可由混凝土內(nèi)部逸出的通道，

6、防止構(gòu)件在火災(zāi)中發(fā)生爆裂。3、問：杜拉纖維在混凝土中的適宜摻量是多少？答：杜拉纖維能夠在混凝土中發(fā)揮其作用，很大程度上取決于纖維單絲在混凝土中的數(shù)量及其均勻分布。由于杜拉纖維的表面覆有專門的膜層，可使數(shù)以千萬計(jì)的單絲纖維在混凝土中非常均勻地分布。為此，在一般情況下，杜拉纖維在混凝土中的摻量不必太高，1m3中摻加0.6-1.2即可。設(shè)取杜拉纖維的摻量為1m3混凝土加入0.9，則1m3混凝土中單絲纖維（長度規(guī)格為19）的數(shù)量即可達(dá)到將近3000萬根。如果使用長度規(guī)格為10和5的杜拉纖維，纖維根數(shù)更可高達(dá)6000萬根甚至12000萬根/ m3。4、問：是否要用專門的攪拌機(jī)來拌制杜拉纖維混凝土？能否在

7、商品混凝土中摻加杜拉纖維？答：不必使用特殊的設(shè)備。以建筑工地上常用的強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)即可制備杜拉纖維混凝土。為了確保纖維在混凝土中攪拌均勻，可以適當(dāng)延長時(shí)間。一種做法是先按常規(guī)拌制成混凝土，然后在不停機(jī)的情況下，將已稱量好的杜拉纖維加入混凝土中，繼續(xù)攪拌4-5min即可，使杜拉纖維成為一根根的單絲均勻分布于混凝土拌合料中。在實(shí)際工程中更多采用的方法，是直接將杜拉纖維與砂石物料一起投入攪拌機(jī)中攪拌，效果更好。在混凝土攪拌站內(nèi)可制備摻有杜拉纖維的商品混凝土。可以從攪拌設(shè)備加料平臺上的加料口處以人工方式直接投入稱量好的杜拉纖維。雖然杜拉纖維的密度只有0.91，但實(shí)際操作中表明，在投料時(shí)不會產(chǎn)生飛揚(yáng)

8、現(xiàn)象。杜拉纖維加入于混凝土的坍落度略有下降，不過并不影響混凝土的工作性，也不影響混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)變化（混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)變化主要取決于所用的減水劑）。5、問：在混凝土中摻加膨脹劑與摻加杜拉纖維均可達(dá)到防裂抗?jié)B之目的，二者之作用效果有何不同？答：在混凝土中摻加膨脹劑與摻加杜拉纖維可達(dá)到防裂抗?jié)B之目的。但是二者因作用機(jī)制不同，所以在使用效果上也有一定的差異。在混凝土中摻入中適量膨脹劑，主要通過化學(xué)反應(yīng)生成鈣礬石（C3A3CaSO432H2O）晶體或氫氧化鈣（Ca(OH)2）晶體，使混凝土發(fā)生膨脹以補(bǔ)償其收縮，從而減少或阻止混凝土裂縫之產(chǎn)生。但是摻有膨脹劑的混凝土只有在潮濕環(huán)境中才能獲得較好的防裂

9、抗?jié)B效果，若處于干燥環(huán)境中則可能不見效甚至適得其反，此外，如果混凝土中摻有硫鋁酸鹽類膨脹劑，若溫度（包括水化熱和其他原因）超過70時(shí)，更會因?yàn)橛锌赡苌啥吴}礬石（滯后鈣礬石）而導(dǎo)致混凝土的開裂，在混凝土中摻加少量杜拉纖維，籍助于物理與力學(xué)作用以減少或阻止混凝土裂縫的產(chǎn)生，不論在潮濕或干燥環(huán)境中均能獲得很好的防裂抗?jié)B效果，即使當(dāng)溫度超過70時(shí)也不會產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，摻加杜拉纖維還有助于降低混凝土的脆性，提高高強(qiáng)度混凝土的耐火性，而膨脹劑在混凝土中通常不會有這樣的效果。6、問：在混凝土中摻加杜拉纖維的同時(shí)，能否適當(dāng)減少混凝土的單方水泥用量？答：在混凝土中摻加體積率為0.05%-0.20%（相當(dāng)

10、于1m3混凝土中的摻量為0.46-1.8）的杜拉纖維無助于提高混凝土的抗壓、抗拉與抗彎強(qiáng)度。這主要是由于杜拉纖維的彈性模量較低，且體積率太小之故，為此，決不能減少混凝土的單方水泥用量，否則將降低混凝土的強(qiáng)度。7、問：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中摻加杜拉纖維，是否有可能適當(dāng)降低鋼筋的配筋率？答：杜拉纖維在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中只起次要筋材的作用，即主要用以減少結(jié)構(gòu)或構(gòu)件之裂縫，并降低它們的脆性，決不能因?yàn)閾郊佣爬w維而降低結(jié)構(gòu)鋼筋的配筋率，否則將會給工程帶來嚴(yán)重的后果。至于溫度筋則另當(dāng)別論。8、問：在有些混凝土工程（如路面工程）中能否用杜位纖維代替非承力的焊接鋼筋網(wǎng)片？二者的使用效果有何不同？答：有

11、些混凝土工程（以路面工程居多），為減少或防止非構(gòu)件性裂縫的產(chǎn)生，往往在混凝土中加有焊接鋼筋網(wǎng)片（簡稱“鋼網(wǎng)”）。但是在實(shí)際工程操作中很難保證鋼筋網(wǎng)片的正確定位，通常只能放置在混凝土結(jié)構(gòu)的底部，所以無助于減少與防止非結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，只是在混凝土發(fā)生龜裂后起到一定的拉緊作用。實(shí)踐表明，在施工工程中配置鋼網(wǎng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、也不夠安全。近年來根據(jù)國外的經(jīng)驗(yàn)，大量原先使用鋼網(wǎng)的混凝土工程均已由杜位纖維取而代之，其施工的方便性和最終表現(xiàn)的阻裂效果均顯著優(yōu)于鋼網(wǎng)。從理論上解釋，這主要是因?yàn)榇罅康膯谓z纖維均勻分布于混凝土的各個部位中，可以充分發(fā)揮其阻裂效應(yīng)，而呈二維排列的鋼網(wǎng)只能在局部發(fā)揮有限的作用。9、問：同樣

12、是纖維，杜位纖維與玻璃纖維在混凝土工程中的性能對比如何？答：因?yàn)樗鄩A性強(qiáng)烈，很多纖維都無法抵抗。以玻璃纖維為例，硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物對中堿與無堿玻璃纖維有強(qiáng)烈的侵蝕，主要是水泥石液相中的氫氧化鈣Ca(OH)2會使玻璃纖維的硅氧鍵發(fā)生斷裂，SiO2與Ca(OH)2結(jié)合，反應(yīng)生成低鈣的水化硅酸鈣。這種反應(yīng)可以進(jìn)行到全部SiO2被消耗殆盡而終止，因而玻璃纖維的抗拉強(qiáng)度隨之大幅度下降，直至失去增強(qiáng)作用。非但如此，在在玻璃纖維束內(nèi)生成的Ca(OH)2結(jié)晶好會損傷纖維使其逐漸失去韌性而變脆。即使是成分中含有一定時(shí)ZrO2(氧化鋯)的抗堿玻璃纖維在硅酸鹽水泥基材中仍會受到水泥水化物的侵蝕，只是其侵蝕速率有

13、所減緩，如果使用低堿水泥，則不僅成本高，而且對結(jié)構(gòu)中的鋼筋也有不利影響。與玻璃纖維相比，杜拉纖維在PH值等于2和PH值等于14的溶液中均無變化，足見其化學(xué)性能的穩(wěn)定，這種穩(wěn)定性決定了杜拉纖維的優(yōu)勢地位。在施工攪拌過程中玻璃纖維容易結(jié)團(tuán)，操作不當(dāng)還會造成一定的人身危害，杜拉纖維則沒有這樣的問題。此外，玻璃纖維直徑較大，兼之其容重大約相當(dāng)于杜拉纖維的2.5倍，在同等重量的條件下杜拉纖維的根數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過玻璃纖維，因而可以更好的發(fā)揮阻裂、防滲、抗凍融的作用。10、問：在混凝土工程中能否將杜拉纖維與其它添加劑或者復(fù)合材料共同使用？答：高性能新材料的出現(xiàn)和復(fù)合化的發(fā)展趨勢是技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志。復(fù)合化是各種材料發(fā)

14、展的主要途徑，混凝土當(dāng)然也不例外。近代的各種增強(qiáng)混凝土，摻加混合材料和各種外加劑，都是用多種材料復(fù)合來改善性能，以達(dá)到增強(qiáng)、耐久、經(jīng)濟(jì)的目的。復(fù)合化帶來的超疊效應(yīng)，更是高性能混凝土獲得高性能的主要原因。杜拉纖維具有很強(qiáng)的抗老化能力，其化學(xué)穩(wěn)定性使其能夠在混凝土中長期保持良好的工作性能，并且不會與任何其它材料發(fā)生功能性沖突?？梢钥隙ǖ卣f，將杜拉纖維與其它材料共同使用不會發(fā)生矛盾，其理由在于：杜拉纖維在混凝土當(dāng)中的作用是以物理方式而不是以化學(xué)方式表現(xiàn)的。11、問：杜拉纖維噴射混凝土有何特點(diǎn)？如何配比？答：在噴射混凝土中摻入杜拉纖維，除具備噴射混凝土抗壓、抗拉、抗剪、抗彎、粘結(jié)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)外，還具有

15、以下特點(diǎn)：較好的抗裂、阻裂性能；較好的抗沖擊性能；較好的耐磨、耐腐蝕性能；較好的抗?jié)B、耐腐蝕性能；較好的抗疲勞和抗碎裂性能；在施工過程中，由于杜拉纖維能夠提高混凝土材料的粘聚性，因此可以大大降低回彈率。由于以上優(yōu)良性能，所以能夠廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用建筑的樓地面、公路路面、預(yù)制構(gòu)件、水利工程、邊坡防護(hù)、蓄水池、機(jī)場跑道和停機(jī)坪、人防工程、隧道以及各種構(gòu)筑物的加固補(bǔ)強(qiáng)和保護(hù)。材料選用：水泥：不低于425#硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥砂：應(yīng)選用中砂，細(xì)度模數(shù)大于2.5石子：卵石或碎石均可，以卵石為好，最大粒徑不宜大于20mm，且不得含有活性二氧化硅材料杜拉纖維：3/4”（19mm）材料配合比可以采用：

16、水泥：砂：石子=1：2：2速凝劑摻量：（占水泥比重）3%312、問：杜拉纖維適合用于哪些類型的混凝土工程？從經(jīng)濟(jì)角度考慮，在混凝土工程中推廣使用杜拉纖維是否劃算？答：杜拉纖維是一種具有高科技含量的建筑材料，其推廣應(yīng)用從本質(zhì)上說就是新技術(shù)的擴(kuò)散問題。表面上看，在工程中采用杜拉纖維必定引起成本的增加，但是如果由于它的應(yīng)用所帶來的僅僅是“成本的增加”，那就無法解釋這些新材料何以在發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用的事實(shí)。實(shí)際上，應(yīng)用杜拉纖維不僅可以提高工程質(zhì)量，延長工程部位的使用壽命，降低遠(yuǎn)期的維護(hù)成本，也能在施工過程中減少浪費(fèi)、避免由于返工修補(bǔ)裂縫而帶來的人工以及材料的損失。例如，在噴射混凝土施工中，采用杜拉纖

17、維可以明顯減少由于回彈造成的損失。原則上說，杜拉纖維適用于所有類型的混凝土工程。由于它可以極為有效地控制混凝土（砂漿）塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的微裂紋，提高混凝土的抗?jié)B性能、抗沖擊以及抗振抖能力，因此被大量使用于地下工程防水、工業(yè)民用建筑的結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、屋面、墻體、地坪、水池、道路和橋梁工程中。也許可以這樣說：凡是有混凝土應(yīng)用的地方都可以使用杜拉纖維。值得提起注意的是，各類高層建筑大跨度、大體積的建筑結(jié)構(gòu)對混凝土技術(shù)提出了更高的要求。高強(qiáng)混凝土的作用大大提高了混凝土及鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力，并能減少截面的尺寸，其應(yīng)用已經(jīng)越來越普遍。但高強(qiáng)混凝土受壓時(shí)的高度脆性及大體積高強(qiáng)混凝土的大面積

18、開裂，影響了高強(qiáng)混凝土更廣泛的使用。杜拉纖維能夠有效的改善高強(qiáng)混凝土的性能，提高混凝土的抗裂性及延性，便于高強(qiáng)混凝土更方便、更廣泛地應(yīng)用到工程中去。廣州新中國大廈、重慶世界貿(mào)易中心、積嘉大廈、北京藍(lán)海洋水上世界等工程的成功均說明了這一點(diǎn)。13、問：杜拉纖維在國內(nèi)都做過那些工程？答：杜拉纖維現(xiàn)在已經(jīng)在全國20多個省、市、自治區(qū)的幾百個工程的諸多部位中成功得到了應(yīng)用，并且取得了較好的工程效果。在各類建筑工程的地下室、底板、側(cè)墻、轉(zhuǎn)換梁、天面、樓板、鋼管混凝土柱、超大型柱、超大型梁、防輻射墻、深基坑支護(hù)、內(nèi)外墻抹灰、化污池、儲水池、游泳池、垃圾處理場、地坪、停車場、倉庫、廠房、設(shè)備基座、管道、隧道、水渠、堤防、橋梁及立交橋的的鋪裝層、高速公路收費(fèi)站、碼頭、甚至核廢料處理等需要抗裂、抗?jié)B、抗沖擊、耐磨、抗凍、抗振動的混凝土中都有應(yīng)用。不少工程由于采用了杜拉纖維，解決了工程中的難題，評為優(yōu)質(zhì)工程的比比皆是，受到了廣大客戶的歡迎?？偨Y(jié)工程經(jīng)驗(yàn)的文章也有不少。不少大發(fā)展商、大設(shè)計(jì)院、大施工單位已經(jīng)將杜拉纖維列為必用的混凝土外加材料。14、問