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(qiáng)度；（2）阻止基體中原有缺陷（微裂縫）的擴(kuò)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(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)加固 杜拉纖維
混凝土在硬化形成強(qiáng)度的過程中，初期由于水和水泥反應(yīng)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(yīng)力某個(gè)時(shí)期超出了水泥基體的抗拉強(qiáng)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(shí)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(xì)孔道及裂縫，常常導(dǎo)致防水失敗，也造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度遠(yuǎn)未能充分發(fā)揮，嚴(yán)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(guān)，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(jìn)一步發(fā)展，從而阻斷裂縫達(dá)到了抗裂的作用。纖維的加入猶如在混凝土中摻入世大數(shù)量的微細(xì)筋，這些纖維筋抑制了混凝土開裂的進(jìn)程，提高了混凝土的斷裂韌性，而這些單靠加強(qiáng)鋼筋是不能實(shí)現(xiàn)。
總之，纖維改善混凝土的性能主要通過物理力學(xué)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(xué)性能，因此也不會(huì)影響混凝土的耐久性。
杜拉纖維的功能及作用機(jī)理
1、 有效提高混凝土/砂漿的抗裂能力
在建筑實(shí)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|考試|大|裂能力的卓越手段。杜拉纖維經(jīng)特殊的生產(chǎn)工藝進(jìn)行表面處理，同水泥基料有極強(qiáng)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(qiáng)塑料纖維絲進(jìn)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(qiáng)效果。
有關(guān)機(jī)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(shí)的應(yīng)力，收縮的能量被分散到每立方米上千萬條具有高抗拉強(qiáng)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(qiáng)了混凝土（砂漿）的韌性，抑制了微細(xì)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。眾多的實(shí)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；同時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(fù)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(shí)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(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度影響甚微，不能作為一種結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)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(qiáng)混凝土或砂漿防水抗?jié)B的能力。摻加大量微細(xì)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%.混凝土腐化池、地下室工程、屋面、貯水池、外墻抹灰批蕩等，采用杜拉纖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(shí)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(yán)重缺陷，以致嚴(yán)重?fù)p害了它們的優(yōu)越性，影響了材料的推廣和使用。當(dāng)外墻/內(nèi)墻抹灰時(shí)，在砂漿中加入適量的杜拉纖維則可以有效阻止開裂并達(dá)到良好的抗?jié)B效果，從而彌補(bǔ)這些材料的不足。實(shí)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(qiáng)抗沖擊及抗震能力
混凝土中加入纖維凝固后，握裹水泥|考試|大|的高強(qiáng)纖維絲相粘聯(lián)成為致密的、亂向分布的網(wǎng)狀增強(qiáng)系統(tǒng)，有利于防止并控制微裂的產(chǎn)生和發(fā)展，增強(qiáng)混凝土的韌性。同時(shí)由于有效改善了泌水性，對于早期養(yǎng)護(hù)大有助益。實(shí)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(yīng)更徹底，骨料離析減少，級配更加均勻，其表面強(qiáng)度較之普通混凝土更強(qiáng)。纖維獨(dú)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(qiáng)度，混凝土受到?jīng)_擊時(shí)纖維吸收了大量能量，從而有效減少了集中應(yīng)力的作用，阻礙了混凝土中裂縫的迅速擴(kuò)展，增強(qiáng)了混凝土的抗沖擊及抗震能力。這一特性對于受到?jīng)_擊疲勞作用的一些混凝土結(jié)構(gòu)（如道路、人行道、停車場、停機(jī)坪、車庫地面、國防設(shè)施等）是非常有用的。
4、 增強(qiáng)抗凍能力
在混凝土中加入杜拉纖維，可以緩解溫度變化而引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力的作用，阻止微裂縫的擴(kuò)展；同時(shí)，混凝土抗?jié)B能力的提高也有利于其抗凍能力的提高。在美國北部及加拿大等寒冷地區(qū)，街道、停車場、超薄板區(qū)域、人行道使用杜拉纖維混凝土后，都有效地減少了凍裂的問題。實(shí)踐及研究都表明，杜拉纖維可以做為一種有效的混凝土溫差補(bǔ)償性抗裂手段。
5、 確?；炷令A(yù)制件的質(zhì)量
杜拉纖維可以迅速而徹底地在混凝土/砂漿中均勻分散，同水泥基料產(chǎn)生很強(qiáng)的結(jié)合力，混凝土的韌性顯著增強(qiáng)。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在制作預(yù)制件時(shí)加入杜拉纖維可以較早拆模而保持較高的濕強(qiáng)度，有利于提高生產(chǎn)效率。較之普通混凝土，杜拉纖維混凝土抗裂能力顯著提高，抗?jié)B能力提高60%以上，良好的抗?jié)B性有效地保護(hù)了構(gòu)件內(nèi)的鋼筋，免除銹蝕危害。用杜拉纖維混凝土制作的預(yù)制件比普通混凝土制作的預(yù)制件外觀更好，更為強(qiáng)固、耐久。而且，由于杜拉纖維能夠均勻分布，又可以為預(yù)制件的邊、角提供有效的保護(hù)，抑制表面裂縫，抗沖擊能力提高，從而明顯減少了制品的破損率，提高了混凝土預(yù)制件的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)加固 杜拉纖維
混凝土在硬化形成強(qiáng)度的過程中，初期由于水和水泥反應(yīng)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(yīng)力某個(gè)時(shí)期超出了水泥基體的抗拉強(qiáng)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(shí)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(xì)孔道及裂縫，常常導(dǎo)致防水失敗，也造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度遠(yuǎn)未能充分發(fā)揮，嚴(yán)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(guān)，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(jìn)一步發(fā)展，從而阻斷裂縫達(dá)到了抗裂的作用。纖維的加入猶如在混凝土中摻入世大數(shù)量的微細(xì)筋，這些纖維筋抑制了混凝土開裂的進(jìn)程，提高了混凝土的斷裂韌性，而這些單靠加強(qiáng)鋼筋是不能實(shí)現(xiàn)。
總之，纖維改善混凝土的性能主要通過物理力學(xué)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(xué)性能，因此也不會(huì)影響混凝土的耐久性。
杜拉纖維的功能及作用機(jī)理
1、 有效提高混凝土/砂漿的抗裂能力
在建筑實(shí)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|考試|大|裂能力的卓越手段。杜拉纖維經(jīng)特殊的生產(chǎn)工藝進(jìn)行表面處理，同水泥基料有極強(qiáng)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(qiáng)塑料纖維絲進(jìn)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(qiáng)效果。
有關(guān)機(jī)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(shí)的應(yīng)力，收縮的能量被分散到每立方米上千萬條具有高抗拉強(qiáng)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(qiáng)了混凝土（砂漿）的韌性，抑制了微細(xì)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。眾多的實(shí)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；同時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(fù)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(shí)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(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度影響甚微，不能作為一種結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)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(qiáng)混凝土或砂漿防水抗?jié)B的能力。摻加大量微細(xì)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%.混凝土腐化池、地下室工程、屋面、貯水池、外墻抹灰批蕩等，采用杜拉纖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(shí)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(yán)重缺陷，以致嚴(yán)重?fù)p害了它們的優(yōu)越性，影響了材料的推廣和使用。當(dāng)外墻/內(nèi)墻抹灰時(shí)，在砂漿中加入適量的杜拉纖維則可以有效阻止開裂并達(dá)到良好的抗?jié)B效果，從而彌補(bǔ)這些材料的不足。實(shí)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(qiáng)抗沖擊及抗震能力
混凝土中加入纖維凝固后，握裹水泥|考試|大|的高強(qiáng)纖維絲相粘聯(lián)成為致密的、亂向分布的網(wǎng)狀增強(qiáng)系統(tǒng)，有利于防止并控制微裂的產(chǎn)生和發(fā)展，增強(qiáng)混凝土的韌性。同時(shí)由于有效改善了泌水性，對于早期養(yǎng)護(hù)大有助益。實(shí)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(yīng)更徹底，骨料離析減少，級配更加均勻，其表面強(qiáng)度較之普通混凝土更強(qiáng)。纖維獨(dú)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(qiáng)度，混凝土受到?jīng)_擊時(shí)纖維吸收了大量能量，從而有效減少了集中應(yīng)力的作用，阻礙了混凝土中裂縫的迅速擴(kuò)展，增強(qiáng)了混凝土的抗沖擊及抗震能力。這一特性對于受到?jīng)_擊疲勞作用的一些混凝土結(jié)構(gòu)（如道路、人行道、停車場、停機(jī)坪、車庫地面、國防設(shè)施等）是非常有用的。
4、 增強(qiáng)抗凍能力
在混凝土中加入杜拉纖維，可以緩解溫度變化而引起的混凝土內(nèi)部應(yīng)力的作用，阻止微裂縫的擴(kuò)展；同時(shí)，混凝土抗?jié)B能力的提高也有利于其抗凍能力的提高。在美國北部及加拿大等寒冷地區(qū)，街道、停車場、超薄板區(qū)域、人行道使用杜拉纖維混凝土后，都有效地減少了凍裂的問題。實(shí)踐及研究都表明，杜拉纖維可以做為一種有效的混凝土溫差補(bǔ)償性抗裂手段。
5、 確?；炷令A(yù)制件的質(zhì)量
杜拉纖維可以迅速而徹底地在混凝土/砂漿中均勻分散，同水泥基料產(chǎn)生很強(qiáng)的結(jié)合力，混凝土的韌性顯著增強(qiáng)。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在制作預(yù)制件時(shí)加入杜拉纖維可以較早拆模而保持較高的濕強(qiáng)度，有利于提高生產(chǎn)效率。較之普通混凝土，杜拉纖維混凝土抗裂能力顯著提高，抗?jié)B能力提高60%以上，良好的抗?jié)B性有效地保護(hù)了構(gòu)件內(nèi)的鋼筋，免除銹蝕危害。用杜拉纖維混凝土制作的預(yù)制件比普通混凝土制作的預(yù)制件外觀更好，更為強(qiáng)固、耐久。而且，由于杜拉纖維能夠均勻分布，又可以為預(yù)制件的邊、角提供有效的保護(hù)，抑制表面裂縫，抗沖擊能力提高，從而明顯減少了制品的破損率，提高了混凝土預(yù)制件的質(zhì)量。