摘要：聚丙烯腈纖維是指由聚丙烯腈紡制的纖維或丙烯腈含量占85%以上的共聚物紡制而成的纖維。聚丙烯腈纖維又稱腈綸纖維，和聚丙烯纖維比具有更高的彈性模量，抗拉強(qiáng)度和抗紫外線性能和耐高溫和嚴(yán)寒性能。作為水泥混凝土和瀝青混凝土的主要加強(qiáng)筋可明顯提高混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗疲勞強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度，顯著改善混凝土早期的抗裂性能。用于瀝青中的顯著改善瀝青的粘結(jié)性、高溫穩(wěn)定性、疲勞耐久性并且具有低溫防裂和防止反射裂縫的產(chǎn)生，有效提高抗拉、抗剪、抗壓和抗沖擊強(qiáng)度。聚丙烯腈纖維在混凝土中的真正作用和使用前景已經(jīng)被工程界認(rèn)識和接受。研究表明，與普通混凝土相比，聚丙烯腈纖維混凝土在抗折強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、耐久性、抗疲勞性等方面具有優(yōu)異的特性，在工程應(yīng)用中表現(xiàn)出的優(yōu)異性能使其具有更廣闊的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞：聚丙烯腈纖維，混凝土

　　1 性質(zhì)

　　聚丙烯腈外觀為白色粉末狀，密度為1.14~1.15g/cm ，加熱至220~300℃時(shí)軟化并發(fā)生分解。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度：104℃。為白色或略帶黃色的不透明粉末；相對密度1.12，玻璃化溫度約90℃。它溶于二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、環(huán)丁砜、硝酸亞乙基酯等極性有機(jī)溶劑，還能溶于硫氰酸鹽、過氯酸鹽、氯化鋅、溴化鋰等無機(jī)鹽的濃水溶液，以及濃硝酸等特殊溶劑。它的軟化溫度和分解溫度很接近，加熱至200℃以上也不熔化，而是逐漸著色，以至碳化。

　　聚丙烯腈纖維為束狀單絲纖維，色澤淡黃，直徑13μm，長度為6mm 和12mm 等，密度1.18g/cm3，熔點(diǎn)≥220 ℃，抗拉強(qiáng)度≥800MPa，彈性模量≥16GPa，斷裂延伸率為15%~26%，含水率≤2%，具有較強(qiáng)的耐酸堿性、耐光性、耐熱性和抗水解性。

　　主要物化性質(zhì)：丙烯腈的均聚物或共聚物。通常其等規(guī)和間規(guī)比例大致相等，具有高的硬度和剛性，耐化學(xué)品、溶劑、光、熱和微生物，不易燃燒和焦化，低的氣體滲透性。同極性物質(zhì)相容性好。熔點(diǎn)317℃。溶于二甲基甲酰胺(DMF)硫酸二甲酯。加熱會變色。由懸浮聚合法制得的是白色固體粉末，溶于二甲基甲酰胺等有機(jī)溶劑或硫氰酸鹽等溶液中；由溶液聚合法制得的是聚丙烯腈溶液。

　　2 基本力學(xué)性能

　　混凝土的基本力學(xué)性能主要包括軸心抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和受壓彈性模量等幾方面。通過試驗(yàn)對比，聚丙烯腈纖維混凝土在以上幾項(xiàng)性能指標(biāo)中較普通混凝土均有不同程度的提高。在軸心抗壓強(qiáng)度方面，聚丙烯腈纖維對混凝土的軸壓強(qiáng)度的增長貢獻(xiàn)不明顯，在纖維摻量為0.15%時(shí)，僅有不到9%的提升量；在劈裂抗拉強(qiáng)度方面，聚丙烯腈纖維對混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度增長的貢獻(xiàn)則較明顯，在纖維摻量為0.15%時(shí)，則有近20%的提升量；在抗折強(qiáng)度方面，聚丙烯腈纖維對混凝土抗折強(qiáng)度增長的貢獻(xiàn)也較明顯，在纖維摻量為0.15%時(shí)，則有近15%的提升量；在受壓彈性模量方面，聚丙烯腈纖維對混凝土受壓彈性模量增長的貢獻(xiàn)則不明顯，在纖維摻量為0.15%時(shí)，僅有9%左右的提升量。聚丙烯腈纖維作為一種抗拉纖維材料，主要改善混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度，對軸心抗壓強(qiáng)度和受壓彈性模量的改善則有限。

　　3 抗裂性能

　　聚丙烯腈的摻入對混凝土的抗裂性能有較大的改善。試驗(yàn)證明，達(dá)到1d 齡期時(shí)，在聚丙烯腈纖維混凝土試件上未發(fā)現(xiàn)收縮裂縫，而在對比的素混凝土試件上可以觀測到少量的細(xì)微裂縫，聚丙烯腈纖維的摻入，可以延長混凝土早期收縮裂縫出現(xiàn)的時(shí)間。聚丙烯腈纖維對混凝土的早期收縮裂縫能起到很好的抑制作用，1d 至14d 的限裂等級均達(dá)到了一級。通過對纖維混凝土內(nèi)部纖維分布圖及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，認(rèn)為聚丙烯腈纖維混凝土主要阻裂機(jī)理為:表層材料中的纖維使失水面積減少，水分遷移困難，使毛細(xì)管失水收縮形成的毛細(xì)管張力減小；塑性收縮階段，纖維材料與水泥基材之間的界面吸附粘結(jié)力、機(jī)械嚙合力等，增加了材料抵抗開裂的抗拉強(qiáng)度；纖維可分散收縮的能量，增加混凝土的韌性，同時(shí)緩解溫度變化引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力的作用；當(dāng)裂縫出現(xiàn)后，纖維限制了裂縫尖端發(fā)展，只能繞過裂縫或把纖維拉斷來克服纖維對裂縫發(fā)展的限制作用。聚丙烯腈纖維的阻裂效應(yīng)，主要體現(xiàn)在消除或減輕了早期混凝土中原生裂隙的發(fā)生和發(fā)展，通過纖維提高了早期混凝土的抗拉強(qiáng)度。

　　4 抗凍融耐

　　我國東北及西北嚴(yán)寒地區(qū)，較大的晝夜溫差使混凝土遭受頻繁的凍融破壞，使得混凝土大面積凍壞、脫落，嚴(yán)重影響了混凝土工程的安全使用。試驗(yàn)證明，C50 混凝土在摻加體積摻量大于0.1%的聚丙烯腈纖維后，不僅抗凍能力有較大的提高，而且凍融后抗壓強(qiáng)度也高于普通混凝土。均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量聚丙烯腈微細(xì)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。同時(shí)由于亂向分布的微細(xì)纖維相互搭接阻礙了混凝土攪拌和成型過程中內(nèi)部空氣的溢出，使混凝土的含氣量增大，緩解了低溫循環(huán)過程中的靜水壓力和滲透壓力；由于微細(xì)纖維改善了混凝土的早期內(nèi)部缺陷，降低了原生裂隙尺度，及其本身承受荷載的拉結(jié)作用，所以提高了混凝土的抗拉極限應(yīng)變并改善了混凝土的抗拉行為特征。聚丙烯腈纖維的特點(diǎn)是它的彈性模量隨溫度的降低而提高，溫度由7.5 ℃變化至-17.5 ℃時(shí)，其彈性模量約提高3GPa，使其在混凝土中具有較強(qiáng)的傳遞荷載的能力和約束裂縫擴(kuò)展的能力。在凍結(jié)的時(shí)候彈性模量的顯著提高，更大程度地抵消了由于水結(jié)冰引起的膨脹力；在冰融化為水的時(shí)候，體積減小，由于纖維彈性模量降低，對釋放膨脹能有正面作用，減小了膨脹引起的體積增量，降低后序循環(huán)的吸入水分，從整體上增強(qiáng)了混凝土對環(huán)境的應(yīng)變能力，從而提高了抗凍性。

　　5 應(yīng)用前景

　　作為混凝土的次要加筋材料，聚丙烯腈纖維可明顯地提高混凝土的韌性及抗沖擊性能，并有效地阻止裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性等耐久性能。聚丙烯腈纖維作為瀝青混凝土的增強(qiáng)纖維，不僅可以大大改善瀝青路面的粘結(jié)性、高溫穩(wěn)定性、疲勞耐久性，并且具有低溫防裂和防止反射裂縫的性能。有效提高抗拉、抗剪、抗壓及抗沖擊強(qiáng)度。目前在高性能混凝土道路路面、橋梁面板、機(jī)場道面、堆石壩面板、抗震防爆等水泥混凝土工程以及高速公路、市政道路、機(jī)場路面、橋面鋪裝、收費(fèi)站等高等級瀝青路面工程等領(lǐng)域均已有了廣泛的應(yīng)用，并取得了較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益。

　　5.1 應(yīng)用范圍

　　5.1.1應(yīng)用于水泥混凝土中

　　1)        混凝土預(yù)制板、構(gòu)件等水泥制品

　　2)        水泥混凝土道路、路面、橋面、機(jī)場跑道

　　3)        港口、深水碼頭、大橋及嚴(yán)寒地區(qū)的工程

　　4)        公路防撞檔墻、抗沖擊擋板

　　5)        蓄水池、游泳池、腐化池、污水處理池

　　6)        水利、水電工程中的面板壩

　　7)        地下室側(cè)墻、底板、頂板、屋面?