改性聚丙烯对混凝土性能影响的研究及应用

在建筑材料领域，混凝土作为应用最为广泛的一种建筑材料，其性能的优劣直接影响到建筑的质量与寿命。随着工程技术的快速发展，混凝土的性能也得到了不断的改进和提升。本世纪以来，混凝土技术已经从最初的塑性混凝土，发展到干性混凝土，再到如今的大流动高强度混凝土。混凝土的强度虽然是主要性能指标，但随着研究的深入，人们逐渐意识到高强度并不等同于耐久性，混凝土的耐久性同样重要，有时甚至比强度更为关键。由此，混凝土高性能化的呼声越来越高。 为了改善混凝土的性能，一系列外加剂及掺加料技术应运而生，包括引气剂、塑化剂、减水剂、粉煤灰、矿渣微粒等。此外，通过引入微纤维来提高混凝土的抗裂防水性能也成为了研究的热点，特别是聚丙烯纤维混凝土在建筑工程中的应用。聚丙烯纤维由于其良好的化学稳定性、耐腐蚀性、疏水性等优点而被广泛关注。然而，传统的聚丙烯纤维在混凝土中的粘着力较弱，导致其在实际应用中的效果并不理想。 改性聚丙烯纤维是近年来出现的新型材料，它在纺丝过程中添加了聚丙烯晶系成核剂，从而在拉伸过程中发生晶型转变，产生不稳定的β晶，并最终转变为α晶，过程中产生的体积变化促使纤维表面产生微孔结构。这些微孔使得原本光滑的纤维表面变得粗糙，从而增强了纤维与水泥基体的粘着力，提高了它们的结合力。 在研究中，改性聚丙烯纤维展现了其优越的性能。通过实验室的实验研究发现，掺加改性聚丙烯纤维的混凝土具有减少裂纹、表面光滑、提高抗裂性、抗渗性和抗冻性等显著效果。改性聚丙烯纤维不仅可以在施工过程中均匀分散，形成乱向支撑体系，有效控制水泥基体的收缩和离析裂纹的产生，还能截断微裂纹的发展，防止贯通毛细孔道的形成，提高集料的均匀级配，从而提高混凝土的抗裂防水能力。同时，改性聚丙烯纤维也能显著提高混凝土的韧性，提升其抗冲击强度，并对温度应力等环境因素产生的影响有很好的缓解作用，进而改善混凝土的抗冻性能。 在实际的工程应用中，改性聚丙烯纤维的使用并没有对工程施工提出特别的要求，其施工便利性使得该技术具有很好的应用前景。研究采用的实验方案主要包括混凝土材料力学性能及耐久性试验，实验原材料包括美国希尔兄弟化工公司生产的杜拉纤维（长度分别为12mm、19mm、30mm，掺入量分别为0.9kg/m³、1.2kg/m³），以及唐山滦河牌32.5MPa普通硅酸盐水泥等。 改性聚丙烯纤维的物理性能包括耐酸碱性极高、比重为0.91、熔点为160℃、燃点为580℃、拉伸极限为15%、抗拉强度为276MPa、含湿量＜0.1%、弹性模量为3793MPa、吸水性为无、导热性低、细度为0.048mm以及规格为3/4″（约19mm）的束状单丝。 通过对改性聚丙烯纤维的物理性能和作用原理的分析，研究者设计了湿拌法和干拌法两种不同的掺加工艺进行对比实验。实验结果表明，改性聚丙烯纤维通过不同的搅拌工艺能够有效改善混凝土的抗压强度、抗折强度、轴心抗压强度、抗劈裂强度以及弹性模量。其中，掺加工艺和搅拌时间对混凝土的塌落度和劈裂抗拉强度有显著影响，湿拌法和干拌法在不同掺加工艺下表现出来的相对强度提高百分率有所不同，这些结果为改性聚丙烯纤维在混凝土中的实际应用提供了科学的依据。 改性聚丙烯纤维的引入为混凝土的高性能化提供了新的可能，为解决混凝土裂纹、防水和耐久性等关键问题提供了切实可行的途径，其应用前景值得期待。