【摘要】同普通钢纤维相比较而言，粗合成纤维具有明显的性能优势，在道桥工程中采用粗合成纤维混凝土材料是水泥基复合材料的大势所趋。粗合成纤维分为不同的种类，每种类型都有其自身的特点和优势。本文对粗合成纤维的性能特点进行重点分析，尤其对粗合成纤维中的异型塑钢粗合成纤维的抗弯韧性、抗疲劳性、抗断裂性和轴向拉伸等等性能优势进行详细的阐述，并对其用于道桥施工中容易出现的问题进行讨论。
【关键词】粗合成纤维；异型塑钢；混凝土；力学特性
随着国家经济的发展，各种道桥交通枢纽基础设施的建设投入力度的加大，现代道桥的功能和使用性能要求的提高，对道桥建设的质量也有了更加严格的要求。对于道桥工程来说，其路面的性能要求必须具有良好的耐冲击、抗拉伸、抗疲劳等性能，要达到这些性能，建筑材料的使用尤为重要。对于普通的水泥混凝土来说，多年来的施工建设，其已经表现出良好的刚度和荷载性能，而且具有良好的稳定性。但是其表现出来的较差的弯曲韧性和脆性弱点，导致路面表层发生断裂，很容易有裂缝的产生，这就给路面的维护加大了工程量，也给道路的安全畅通造成阻碍。随着合成材料的诞生，粗合成纤维混凝土以其良好的性能优势逐渐被用于道桥路面的建筑中。粗合成纤维同普通钢纤维比较而言，有效的防止混凝土的开裂，而且抗弯性、抗疲劳性、耐冲击性的性能良好，是我国道桥工程施工建设中水泥基复合材料的发展趋势。
1、粗合成纤维的概述
粗合成纤维混凝土在国外发达国家使用较早，在现今道桥工程中使用的粗合成纤维主要有以下几种类型：
（1）日本的Barchip粗合成纤维。此种粗合成纤维为1.6mm×0.6mm的横截面，其抗拉强度在620～758MPa之间。此种粗合成纤维具有良好的分散性，而且具有很好的抗高温、抗爆裂性。
（2）美国的Forta粗合成纤维。此种粗合成纤维是将12根左右的细纤维缠绕成为束状螺旋形。较细单丝纤维的横截面为1mm左右的矩形。其对改变混凝土的脆性有良好的作用，能够明显的提高混凝土的抗冲击性和柔韧性。
（3）美国的HPP152粗合成纤维。此种粗合成纤维是将1600根纤维集成为整体的一捆，能够迅速的在混凝土中分散开来，此种粗合成纤维的良好性能尤其适合在喷射混凝土中使用。
（4）国产的异型塑钢粗合成纤维.此种粗合成纤维是结合了聚丙烯材料和聚乙烯材料，其具有530MPa的抗拉强度、7.1GPa的弹性模量，纤维表面弹性模量压痕波浪形，其良好的性能能够与基材界面很好的黏结。
近年来，我国的粗合成纤维材料发展迅速，在混凝土的路桥面上，以及机场的跑道，都将其加以应用。从实际应用来看，其分散性、耐腐蚀性，以及对于提高混凝土的柔韧性、耐疲劳和耐冲击性、抗弯性等都表现良好，而且使用成本较低，易于采用和推广，同时对环境要求也较低，即使在恶劣的环境下，也能加以应用。粗合成纤维可以在多个领域中加以应用，尤其在喷射混凝土中，其优势非常明显。因为粗合成纤维的根数较多，在混凝土中使用，分散迅速，可以明显的提高混凝土的柔韧性和阻止裂缝的产生。本文主要针对国产的异型塑钢粗合成纤维在混凝土中的应用进行探讨
2、异型塑钢粗合成纤维的主要力学特性分析
2.1使混凝士抗弯性能有效提高
异型塑钢粗合成纤维对于与提高混凝土的抗弯强度有明显的作用。抗弯拉强度的提高幅度根据纤维掺量的增加而变化。粗合成纤维的掺量在6kg/m至13kg/m的情况下，与素混凝土相比，抗拉弯强度可提高3%～16%。异型塑钢粗合成纤维混凝土抗弯性能具体表现可参见下表1所示：
注：表1中C代表素混凝土，DC代表异型塑钢粗合成纤维混凝土，数值代表纤维掺量（**）内数值代表离散系数
由上表1可以看出，应用异型塑钢粗合成纤维的混凝土，其抗弯性和柔韧性都有了明显的提高，素混凝土的脆性特质，使其表现为弯曲韧性较差，其韧性指数仅为1，而应用了异型塑钢粗合成纤维的混凝土的弯曲韧性指数呈多倍的增长，并且增长的倍数和效果因为纤维质量掺量的增加而显著提高。使用粗合成纤维的混凝土在原有基础上的弹性变形力增加，抗弯性和柔韧度都大幅度的提高，这可以有效的阻止混凝土裂缝的产生和扩展，其良好的分散性，可以使其同基质材料的黏结力增强，介质连续性增加，有效的减少外来冲击对混凝土路面的破坏。
2.2使混凝土的轴向拉伸性能有效提高
异型塑钢粗合成纤维良好的抗阻裂性能，使混凝土在硬化过程中的抗拉伸性能得到有效的提高。通过对异型塑钢粗合成纤维混凝土的轴向拉伸性能试验发现，粗合成纤维混凝土具有明显抗拉伸性能，同素混凝土相比较而言，其抗拉伸性具有明显的优势。异型塑钢粗合成纤维混凝土轴向拉伸试验结果如下表2所示：
注：表2中代表抗拉强度，代表极限拉伸应变，Et代表抗拉弹性模量，GF代表断裂能，wf代表最大裂缝宽度。
从上表2中可以看出，应用异型塑钢粗合成纤维混凝土对比素混凝土，在抗拉强度、极限拉伸应变和抗拉伸弹性模量上都有了大幅度的提高，其优势作用明显。
2.3使混凝土的抗疲劳性能有效提高
参见表3对异型塑钢粗合成纤维混凝土的抗疲劳性能进行分析：
从上表4中可以看出，在应力水平在0.5～0.6的情况下，异型塑钢粗合成纤维的混凝土200万次无破坏性产生，相对于素混凝土而言，其抗破坏性大大提高，疲劳寿命提高1.86倍～3.54倍，效果显著。在应力水平在0.7～0.8的情况下，其抗疲劳性比素混凝土仍然表现明显，疲劳寿命仍然高于素混凝土的1倍～3.89倍。但需要强调的是，在强度高的应力水平作用下，异型塑钢粗合成纤维同混凝介质之间的黏合性容易发生破坏，产生脱黏拔出的现象，粗纤维虽然对混凝土的基体微小的裂缝有降低的作用，但是毕竟其减少的程度是有限的。
2.4使混凝土的抗断裂性能得到有效提高                            　　相对于素混凝土来说，异型塑钢粗合成纤维混凝土的抗断裂性能有了明显的提高。异型塑钢粗合成纤维的抗断裂性能的试验结果参照下图1所示：
通过对上图1的荷载曲线的分析得出，当荷载达到峰值以后，素混凝土表现出来的能够承受的荷载量呈现急剧下降的发展趋势，相对而言，异型塑钢粗合成纤维混凝土的峰值以后表现出来的荷载承受力仍然保持在较高且平稳的水平上，从曲线图可以看出，在随着裂口的加大，位移的增加变化，异型塑钢粗合成纤维混凝土的抗断裂性能反而有继续增加的发展趋势。当纤维掺量达到了14kg/m3的时候，异型塑钢粗合成纤维混凝土比素混凝土在断裂韧度方面提高了8%，在断裂能上提高了483%，抗断裂性能显著提高。