多尺度聚丙烯纖維混凝土(Multi-scale polypropylene fiber concrete，簡稱 MPFC)是指同種品質(zhì)，幾何形態(tài)不同的兩種或兩種以上的聚丙烯纖維混摻在混凝土中的新型復(fù)合建筑材料。聚丙烯細(xì)纖維對混凝土的早期塑性開裂有抑制作用，對后期硬化混凝土抗裂性改善較小。以往采用聚丙烯纖維與鋼纖維混摻的方法阻止硬化混凝土的開裂，提高韌性。但鋼纖維存在易銹蝕，價(jià)格高等缺點(diǎn)，而聚丙烯粗纖維是一種新型增強(qiáng)增韌材料，具有耐腐蝕性能好，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。在環(huán)境較為惡劣的工程中可代替鋼纖維使用

       隨著三峽大壩、杭州灣跨海大橋、南水北調(diào)、西氣東輸?shù)葹榇淼拇笮凸こ痰膶?shí)施，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)己經(jīng)邁入了新一輪的快速發(fā)展階段。在土木工程中被廣泛應(yīng)用的材料是混凝土，混凝土是一種多孔性的脆性材料，抗壓強(qiáng)度好，抗拉強(qiáng)度差，對沖擊、開裂、疲勞的抵抗能力差。如何克服混凝土的弱點(diǎn)，一直是工程界研究的重要課題。受古代建筑土墻中摻入稻草的啟發(fā)，人們發(fā)現(xiàn)摻入纖維可提高混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗沖擊性能、剛度等。采用纖維增強(qiáng)混凝土是目前國際上公認(rèn)的提高混凝土抗裂性和韌性的有效方法之一。纖維增強(qiáng)混凝(Fiber Reinforced  Concrete 縮寫為 FRC)，簡稱為纖維混凝土，以混凝土為基體，各種纖維為增強(qiáng)相組成的一種復(fù)合材料，是一種新型的復(fù)合建筑材料。工程中常用的混凝土增強(qiáng)纖維有鋼纖維和非鋼纖維兩大類，鋼纖維相對效果明顯，工程中應(yīng)用多，但價(jià)格高；非鋼纖維分為高彈纖維(如玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維等)和低彈纖維(如聚丙烯、尼龍等合成纖維)。玻璃纖維在混凝土中不易攪拌均勻，對混凝土強(qiáng)度有負(fù)面作用；碳纖維的強(qiáng)度和剛度性能較優(yōu)勝過鋼材，但其價(jià)格昂貴；石棉纖維對人體健康有負(fù)面作用，很快會(huì)退出建筑市場；最近幾十年內(nèi)合成纖維發(fā)展較快，主要是聚丙烯纖維，它相對其他合成纖維如尼龍、芳綸等纖維具有強(qiáng)度大、耐腐蝕、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外工程界得到廣泛的推廣和應(yīng)用，被視為近代混凝土技術(shù)的新發(fā)展。
    20 世紀(jì) 70 年代以來，鋼纖維由于其較為顯著的抗裂效果，在工程界得到廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。但是鋼纖維增強(qiáng)混凝土也有其缺陷，尤其在某些特殊環(huán)境中，例如，在潮濕與腐蝕性環(huán)境中鋼纖維容易生銹，鋼纖維在路面應(yīng)用中若處理不當(dāng)會(huì)損傷車輛輪胎，噴射混凝土中摻加鋼纖維對噴射裝置磨損大，而且鋼纖維由于比重相對大而回彈率較高。因此，工程界試圖用能克服鋼纖維缺陷的其他纖維代替鋼纖維。未改性的聚丙烯細(xì)纖維( polypropylene fine fibre)彈性模量低，與混凝土的粘結(jié)性不好，當(dāng)摻量過多時(shí)，會(huì)影響其在混凝土中均勻分布。經(jīng)過改性的聚丙烯細(xì)纖維也主要用于減少混凝土的塑性早期裂縫。20 世紀(jì) 90 年代中期，聚丙烯粗纖維(polypropylene  crude  fibre)被人們開發(fā)，與聚丙烯細(xì)纖維比較，粗纖維的主要特點(diǎn)是尺度(直徑、長度)大，彈性模量有提高，與混凝土的粘結(jié)性能好。試驗(yàn)證明將體積率大于 0.3%的聚丙烯粗纖維加人混凝土中，可大大提高混凝土的抗變形能力，減少混凝土硬化后期裂縫，增大了混凝土的韌性、抗疲勞性與抗沖擊性。在特殊環(huán)境中，聚丙烯粗纖維可以代替混凝土中的鋼纖維，此方法已在實(shí)際工程中推廣。借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，近年來我國自主開發(fā)聚丙烯粗纖維已可批量生產(chǎn).
    解決混凝土早期塑性開裂問題最簡單有效的方法就是在混凝土中摻入細(xì)合成纖維。聚丙烯細(xì)纖維對阻止混凝土的早期塑性開裂十分有效，但對混凝土硬化后期的韌性和抗裂性的改善不理想。工程界采用鋼纖維提高硬化混凝土的抗裂性能和韌性。但鋼纖維存在易銹蝕，重量大，易結(jié)團(tuán)，易損傷攪拌機(jī)器，有磁性干擾、價(jià)格高等問題?；炷翑嚢枵疽话愣疾辉柑峁╀摾w維商品混凝土。而聚丙烯粗纖維是一種新型增強(qiáng)增韌材料，耐腐蝕性能好，重量輕，易分散，對攪拌機(jī)器無損傷，無磁性干擾，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，較好地克服了鋼纖維的缺點(diǎn)。由此，將粗、細(xì)聚丙烯合成纖維混雜使用，能否既可以改善混凝土早期開裂問題，也可以提高硬化混凝土后期開裂性能.

結(jié)論：
    ① 對 MPFC 進(jìn)行抗裂性試驗(yàn)研究，結(jié)果表明聚丙烯細(xì)纖維在塑性態(tài)混凝土中
的阻裂效應(yīng)優(yōu)于粗纖維，聚丙烯粗纖維在混凝土硬化階段的抗裂效果優(yōu)于細(xì)纖維；多尺度聚丙烯纖維在塑性態(tài)混凝土中的阻裂存在著正、負(fù)兩種效應(yīng)，在硬化階段的抗裂效果與粗纖維相當(dāng)。
 
② 通過單軸拉伸試驗(yàn)研究 MPFC 的抗拉性能，結(jié)果顯示 MPFC 的抗拉峰值荷載較素混凝土有較小提高；MPFC 在單向拉伸荷載作用下，應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段出現(xiàn)了低應(yīng)力-應(yīng)變硬化現(xiàn)象，MPFC 抗拉韌性的改善幅度優(yōu)于單摻聚丙烯纖維混凝土。
 
③對 MPFC 進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)研究，結(jié)果顯示 MPFC 抗壓峰值荷載有小幅提高；MPFC 的抗壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線下降段比素混凝土平緩。MPFC 峰值后的應(yīng)力隨應(yīng)變的增加降低緩慢，應(yīng)力一應(yīng)變曲線下包面積較大，其峰值后的抗壓韌性性能得到較好改善。
 
④對 MPFC 進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)研究，結(jié)果表明 MPFC 的抗彎強(qiáng)度有小幅提高M(jìn)PFC
在彎曲荷載作用下，荷載-撓度曲線下降段出現(xiàn)非常明顯的低荷載-變形硬化特性，曲線所包面積較大，峰值荷載后抗彎韌性的改善幅度遠(yuǎn)大于聚丙烯細(xì)纖維混凝土，同時(shí)也大于聚丙烯粗纖維混凝土。通過對比拉、彎性能指標(biāo)建立 MPFC拉彎對應(yīng)關(guān)系，MPFC 彎拉強(qiáng)度比值在 2.15～2.80 之間，抗彎韌性指數(shù)大于抗拉韌性指數(shù)，但數(shù)據(jù)整體變化趨勢相同，表明四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)可以代替單軸拉伸試驗(yàn)，成評價(jià) MPFC 獨(dú)特力學(xué)性能的簡單實(shí)用試驗(yàn)方法。
 
⑤ 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建立適合于描述 MPFC 抗拉、抗壓特性的損傷本構(gòu)模型，得到聚丙烯纖維混凝土損傷因子的曲線形狀參數(shù)，為此類 MPFC 在工程中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

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