CN101428982B

CN101428982B - 纤维增强材料,由其制造的产品,和制造它们的方法

Info

Publication number: CN101428982B
Application number: CN2008101688117A
Authority: CN
Inventors: 杰弗里·B·洛维特; 丹尼尔·T·比德尔; 小查尔斯·H·皮茨
Original assignee: Forta LLC
Current assignee: Futa Co ltd
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: WO2005016644A1; EP2168931A3; ES2344398T3; CA2517276C; CN1802254A; IL170387A; CN101428982A; EP1648700A1; EP2650125A1; CN100431832C; ES2425742T3; US20040038027A1; ES2344398T1; AU2003297334A1; US7168232B2; MXPA05010880A; HK1085695A1; CA2517276A1; AU2003297334B2; EP2168931B1

Abstract

本发明涉及纤维增强材料，由其制造的产品，和制造它们的方法。本发明提供一种合成纤维和它的使用和形成方法。本发明可包括作为由非原纤维化单丝的多个绞线组成的缠绕束的纤维组分，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。本发明还可包括与缠绕纤维组分分离的原纤维化的另一纤维组分。

Description

纤维增强材料,由其制造的产品,和制造它们的方法

发明背景

本申请是申请日为2003年12月18日、申请号为200380110398.4、题目为“纤维增强材料，由其制造的产品，和制造它们的方法”申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及增强材料，更特别地，涉及用于为建筑材料提供结构和裂缝控制增强的合成纤维材料。

发明背景描述

众所周知，向建筑材料如胶结材料(cementitious material)、砖、沥青等中加入增强组分能提高材料的结构完整性和降低开裂的可能性。当被掺入到胶结材料如混凝土中时，例如，加入增强组分以降低两种主要结构缺陷：1)低抗拉强度；和2)低断裂应变的影响。混凝土的抗拉强度较低，因为混凝土在被形成时通常包含大量微裂缝。正是这些微裂缝在施加应力下的快速扩散造成材料的低抗拉强度。由于混凝土的广泛使用和适用性，因此已进行了大量研究减少其不足的结构性质的影响。

被加入到胶结材料的典型增强材料包括例如各种规格的金属丝网或增强纤维。能为建筑材料提供强度特性的各种增强纤维添加剂在本领域中是已知的。典型的增强纤维包括石棉纤维、玻璃纤维、钢纤维、矿物纤维和纤维素纤维。一些增强纤维比其它一些更适于特殊应用。例如，已知石棉纤维提供有效的增强，但由于环境和健康关注，未被广泛使用。另外，玻璃纤维和钢纤维相对昂贵，并在胶结材料中有分解的趋势。钢纤维一般在纤维增强材料的表面处分解，而玻璃纤维由于水泥的碱性而连续进行分解。另外，由于钢纤维的物理和化学特性，在整个混合物中均匀分布钢纤维有一定困难。此外，钢纤维存在降低其效力的一些固有物理和操作缺陷。这类缺陷包括例如在喷注混凝土(air placed concrete)应用中回弹，和因与钢纤维接触而磨损设备造成的较高设备成本。

已知混凝土在其被浇注后由于过量混合水的蒸发而有收缩的趋势。塑性收缩导致在混凝土浇注后即刻形成收缩裂缝，这使其基材变弱。不象其它纤维材料，合成纤维被认为能减少由早期塑性收缩引起的这类开裂。例如，用聚烯烃薄膜形成的原纤维化纤维已被成功用于防止或减少开裂。拉伸纤维多次，然后沿至少部分横切于取向方向的线切割。纤维因此被原纤维化。当混合在胶结材料内时，于是它们能提供变形以提高混凝土基材内的锚固和粘结，短纤维分散在整个混合物中，张开形成网状网络，因此提高了胶结基材的强度和粘结特性。

在纤维增强领域，已取得一些进展来提供提高的韧性和耐久性，并减少了建筑材料如混凝土的基材中的开裂。但是，现有技术的增强纤维具有大量削弱或以其它方式限制它们的效力的缺点。因此，需要能为加入它们的建筑材料提供提高的结构性能的改进增强纤维。特别是需要这样的合成增强纤维，即当被加入到例如胶结材料中时，能提供表现出降低的渗透性、增加的疲劳强度、提高的韧性和减少的塑性收缩的建筑材料。

发明概述

在一种实施方案中，本发明提供一种纤维增强材料，其包括每个单丝(filament)为约350至约6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线(strands ofmonofilament)，绞线缠绕(twist)形成纤维束，缠绕程度(degree of twist)大于约0.9匝(turn)/英寸(0.36匝/cm)。

在另一种实施方案中，本发明提供一种胶结材料用增强物，其包括多根聚烯烃单丝，所述多根单丝处于缠绕构造，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

本发明还提供增强的胶结材料，其包括胶结体(cementitious mass)和分散在整个胶结体内的纤维组分。纤维组分是每个单丝为约350至约6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

本发明还提供通过将多根聚烯烃单丝绞线缠绕成纤维束用于混入到胶结体内的胶结材料用增强材料，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

在另一种实施方案中，本发明提供一种用作胶结材料增强物的合成纤维混合物，其包括第一纤维组分和第二纤维组分。第一纤维组分被原纤维化，并由均聚物材料形成。第二合成纤维组分为与第一纤维组分分离(discrete)的共聚物，并为缠绕形成非互连束的多根单丝，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

在又一实施方案中，本发明提供一种用作胶结材料增强物的合成纤维混合物，其包括第一纤维组分和第二纤维组分。第一纤维组分由聚丙烯的均聚物形成，并由处于原纤维化形式的纤维组成。与第一纤维组分分离的第二纤维组分由聚丙烯和高密度聚乙烯的共聚物形成，并由被缠绕的单丝的束组成，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

本发明还提供用作胶结材料增强物的合成纤维混合物，其包括第一纤维组分和第二纤维组分。第一纤维组分为原纤维化的，并由均聚物聚丙烯纤维形成。第二纤维组分与第一纤维组分分离，并为聚丙烯和高密度聚乙烯形成的共聚物。第二纤维组分为缠绕形成非互连束的多根单丝，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

在另一个实施方案中，本发明提供用作胶结材料增强物的合成纤维混合物，其包括第一纤维组分和第二纤维组分。第一纤维组分为原纤维化的，并由均聚物聚丙烯纤维形成。第二纤维组分与第一纤维组分分离，为主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，并包括缠绕形成非互连束的多根单丝，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。合成纤维混合物中第一纤维组分的存在量为总重量的约5wt％至约50wt％，而合成纤维混合物中第二纤维组分的存在量为总重量的约50wt％至约95wt％。

在另一实施方案中，本发明提供增强的胶结材料，其包括分布在胶结材料基材内的合成纤维混合物，合成纤维混合物包括第一纤维组分和第二纤维组分。第一纤维组分由均聚物聚丙烯纤维形成。第二纤维组分与第一纤维组分分离，为聚丙烯和高密度聚乙烯形成的共聚物，并包括缠绕形成非互连束的多根单丝，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

本发明还提供形成胶结材料用增强物的方法。该方法包括将每个单丝为约350至约6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线缠绕成纤维束用于混入到胶结体内形成胶结材料，缠绕进行至大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)的程度。

在另一实施方案中，本发明提供形成增强的胶结材料的方法。该方法包括向胶结体中加入缠绕形成纤维束的每个单丝为约350至约6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

本发明还提供形成合成纤维混合物的方法。该方法包括混合第一纤维组分和第二纤维组分。第一纤维组分为原纤维化的，并由均聚物聚丙烯纤维形成。第二纤维组分与第一纤维组分分离，为聚丙烯和高密度聚乙烯形成的共聚物，并被缠绕形成纤维束，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

在又一实施方案中，本发明提供增强材料的方法，包括混合合成纤维混合物和胶结材料。合成纤维混合物包括第一纤维组分和第二纤维组分。第一纤维组分为原纤维化的，并由均聚物聚丙烯纤维形成。第二纤维组分与第一纤维组分分离，为主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，并被缠绕形成纤维束，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

具体而言，本发明涉及以下方面：

1.一种用作胶结材料用增强物的合成纤维混合物，包括：

被原纤维化并由均聚物材料形成的第一纤维组分；和

第二合成纤维组分，第二合成纤维组分为与第一纤维组分分离的共聚物，并为缠绕形成非互连束的多根单丝，其中缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

2.项1的合成混合物，其中向合成混合物中加入量为约5wt％至约50wt％的第一纤维组分，和向合成混合物中加入量为约95wt％的第二纤维组分。

3.项1的合成混合物，其中第二纤维组分在没有润湿剂时被缠绕形成非互连束。

4.项1的合成混合物，其中在没有润湿剂时混合第一纤维组分和第二纤维组分。

5.项1的合成混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度小于约2.2匝/英寸(约0.87匝/cm)。

6.项1的合成混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度从大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)到约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

7.项1的合成混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度为约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

8.一种用作胶结材料用增强物的合成纤维混合物，包括：

由聚丙烯均聚物形成并由原纤维化形式的纤维组成的第一纤维组分；和

第二纤维组分，其与第一纤维组分分离，由聚丙烯和高密度聚乙烯的共聚物形成，并由已被缠绕的单丝的束组成，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

9.项8的合成混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度小于约2.2匝/英寸(约0.87匝/cm)。

10.项8的合成混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度从大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)到约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

11.项8的合成混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度为约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

12.一种用作胶结材料用增强物的合成纤维混合物，包括：

由均聚物聚丙烯纤维形成的第一原纤维化纤维组分；和

与第一纤维组分分离的第二纤维组分，第二纤维组分为由聚丙烯和高密度聚乙烯形成的共聚物，第二纤维组分为缠绕形成非互连束的多根单丝，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

13.项12的合成混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度小于约2.2匝/英寸(约0.87匝/cm)。

14.项12的合成混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度从大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)到约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

15.项12的合成混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度为约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

16.项12的合成纤维混合物，其中在合成纤维混合物中存在量为总重量的约5％至约50％的第一纤维组分。

17.项12的合成纤维混合物，其中第一纤维组分为约100至约20000但尼尔/单丝。

18.项12的合成纤维混合物，其中在合成纤维混合物中存在量为总重量的约50％至约95％的第二纤维组分。

19.项12的合成纤维混合物，其中第二纤维组分由为约350至约6000但尼尔/单丝的一种或多种非原纤维化单丝制成。

20.项12的合成纤维混合物，其中第一纤维组分具有约19至约60mm的纤维长度，第二纤维组分具有约19至约60mm的纤维长度。

21.项20的合成纤维混合物，其中第一纤维组分和第二纤维组分具有大约相同的纤维长度。

22.项12的合成混合物，其中第二纤维组分的单丝在没有润湿剂时被缠绕。

23.项12的合成混合物，其中第一纤维组分和第二纤维组分在没有润湿剂时被混合。

24.一种用作胶结材料用增强物的合成纤维混合物，包括：

由均聚物聚丙烯纤维形成的第一原纤维化纤维组分；和

与第一纤维组分分离的第二纤维组分，第二纤维组分为由主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，第二纤维组分为被缠绕形成非互连束的多根单丝，其中缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)；

在合成纤维混合物中存在量为总重量的约5％至约50％的第一纤维组分，和在合成纤维混合物中存在量为总重量的约50％至约95％的第二纤维组分。

25.项24的合成纤维混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度小于约2.2匝/英寸(约0.87匝/cm)。

26.项24的合成纤维混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度从大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)到约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

27.项24的合成纤维混合物，其中第二纤维组分的缠绕程度为约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

28.项24的合成纤维混合物，其中第一纤维组分为约100至约20000但尼尔/单丝，第二纤维组分为约350至约6000但尼尔/单丝。

29.项24的合成纤维混合物，其中第一纤维组分为纤维长度为约19至约60mm的原纤维化纤维，第二纤维组分为纤维长度为约19至约60mm的非原纤维化单丝形式。

30.项24的合成纤维混合物，其中合成混合物中存在总重量的约6.7％的第一纤维组分，合成纤维混合物中存在总重量的约93.3％的第二纤维组分。

31.项24的合成纤维混合物，其中第二纤维由约70至80wt％聚丙烯和约20至约30wt％的高密度聚乙烯形成。

32.项24的合成纤维混合物，其中第二纤维组分的单丝在没有润湿剂时被缠绕。

33.一种增强胶结材料，包括：

分布在整个胶结材料基材中的合成纤维混合物，该合成纤维混合物包括：

由均聚物聚丙烯纤维形成的第一纤维组分；和

与第一纤维组分分离的第二纤维组分，第二纤维组分为由聚丙烯和高密度聚乙烯形成的共聚物，第二纤维组分为缠绕形成非互连束的多根单丝，其中缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

34.项33的增强胶结材料，其中缠绕程度小于约2.2匝/英寸(约0.87匝/cm)。

35.项33的增强胶结材料，其中缠绕程度从大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)到约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

36.项33的增强胶结材料，其中缠绕程度为约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

37.项33的增强胶结材料，其中第一纤维组分为被原纤维化的，在合成纤维混合物中的存在量为总重量的约5％至约50％，第二纤维组分由一种或多种缠绕的非原纤维化单丝组成，在合成纤维混合物中的存在量为总重量的约50％至约95％。

38.项33的增强胶结材料，其中合成混合物中存在总重量的约6.7％的第一纤维组分，合成纤维混合物中存在总重量的约93.3％的第二纤维组分。

39.项33的增强胶结材料，其中胶结材料中合成纤维混合物的存在量为约0.1体积％至约2.0体积％。

40.项33的增强胶结材料，其中胶结材料中合成纤维混合物的存在量为约0.5体积％至约2.0体积％。

41.项33的增强胶结材料，其中胶结材料中合成纤维混合物的存在量为约0.3体积％至约2.0体积％。

42.项33的增强胶结材料，其中胶结材料为增强混凝土。

43.项33的增强胶结材料，其中胶结材料为增强沥青。

44.一种形成合成纤维混合物的方法，包括：

混合第一纤维组分和第二纤维组分，第一纤维组分为原纤维化的并由均聚物聚丙烯纤维形成，第二纤维组分与第一纤维组分分离，并为聚丙烯和高密度聚乙烯的共聚物，第二纤维组分被缠绕形成纤维束，缠绕程度大于约0.9匝/英寸。

45.项44的方法，其中缠绕程度小于约2.2匝/英寸(约0.87匝/cm)。

46.项44的方法，其中缠绕程度从大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)到约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

47.项44的方法，其中缠绕程度为约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

48.项44的方法，其中第一纤维组分在合成纤维混合物中的存在量为总重量的约5％至约50％，第二纤维组分在合成纤维混合物中的存在量为总重量的约50％至约95％。

49.项44的方法，其中合成混合物中存在总重量的约6.7％的第一纤维组分，合成纤维混合物中存在总重量的约93.3％的第二纤维组分。

50.项44的方法，其中第一纤维组分是被原纤维化的，第二纤维组分由非原纤维化单丝的多个绞线的缠绕束组成，所述第一和第二纤维组分长度基本相同，其中各自具有约19至60mm的长度。

51.一种增强材料的方法，包括：

混合合成纤维混合物和胶结材料，合成纤维混合物包括第一纤维组分和第二纤维组分，第一纤维组分为原纤维化的并由均聚物聚丙烯纤维形成，第二纤维组分与第一纤维组分分离，并为由主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，第二纤维组分被缠绕形成纤维束，缠绕程度大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)。

52.项51的方法，其中缠绕程度小于约2.2匝/英寸(约0.87匝/cm)。

53.项51的方法，其中缠绕程度从大于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)到约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

54.项51的方法，其中缠绕程度为约1.1匝/英寸(约0.43匝/cm)。

55.项51的方法，其中第一纤维组分在合成纤维混合物中的存在量为总重量的约5％至约50％，第二纤维组分在合成纤维混合物中的存在量为总重量的约50％至约95％。

56.项51的方法，其中合成混合物中存在总重量的约6.7％的第一纤维组分，合成纤维混合物中存在总重量的约93.3％的第二纤维组分。

57.项51的方法，其中胶结材料为混凝土。

58.项51的方法，其中胶结材料为沥青。

59.项51的方法，其中向胶结材料中加入足量的合成纤维以增加材料的冲击强度。

60.项59的方法，其中以总体积计向胶结材料中加入量为约0.1％至约2.0％的合成纤维。

61.项60的方法，其中以总体积计向胶结材料中加入量为约0.5％至约2.0％的合成纤维。

62.项51的方法，其中向材料中加入量为总体积的约0.5％至约2.0％的合成纤维提供了比素混凝土冲击强度提高至少6倍的冲击强度。

63.项51的方法，其中第一纤维组分为原纤维化纤维，第二纤维组分由非原纤维化单丝的多个绞线的缠绕束组成。

附图简述

通过参考附图可更好地理解本发明的特征和优点，其中相同的引用数字代表相同的要素，其中：

图1图示了以体积百分数计包含不同量的本发明的合成纤维混合物的板中裂缝面积之间的比较；

图2图示了以体积百分数计包含不同量的本发明的合成纤维混合物的板中裂缝长宽比之间的比较；

图3图示了以体积百分数计包含不同量的本发明的合成纤维混合物的板中初裂出现时间之间的比较(注：具有2％纤维含量的板不破裂)；

图4图示了不同实验室批料的对照板和以体积百分数计包含不同量的本发明的合成纤维混合物的板之间裂缝面积的比较；

图5图示了以体积百分数计包含不同量的本发明的合成纤维混合物的板中裂缝面积作为对照物百分数之间的比较；

图6图示了以体积百分数计包含不同量的本发明的合成纤维混合物的板中裂缝面积减少的比较；

图7图示了以体积百分数计包含不同量的本发明的合成纤维混合物的板中初裂强度(first crack strength)之间的比较；

图8图示了以体积百分数计包含不同量的本发明的合成纤维混合物的板中断裂模量之间的比较；

图9图示了以体积百分数计包含不同量的本发明的合成纤维混合物的板中初裂韧度之间的比较；

图10图示了以体积百分数计具有不同量的本发明的合成纤维混合物的混凝土板中的韧度指数对纤维含量；

图11图示了以体积百分数计具有不同量的本发明的合成纤维混合物的混凝土板中的日本韧度指数对纤维含量；

图12图示了以体积百分数计具有不同量的本发明的合成纤维混合物的混凝土板中的日本抗弯强度对纤维含量；

图13图示了以体积百分数计具有不同量的本发明的合成纤维混合物的混凝土板中的平均残余强度对纤维含量；

图14图示了以体积百分数计具有不同量的本发明的合成纤维混合物的混凝土板中至初裂和断裂的冲击次数对纤维含量；

图15图示了比较1.0体积％时的弯曲应力对挠度的平均应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品系列：F10，配料态纤维含量：1.0体积％)；

图16图示了比较本发明的合成纤维混合物为1体积％时的弯曲应力对挠度的按ASTM C1018的应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F10A，配料态纤维含量：1.0体积％)；

图17图示了比较本发明的合成纤维混合物为1体积％时的弯曲应力对挠度的按ASTM C1018的应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F10B，配料态的纤维含量：1.0体积％)；

图18图示了比较本发明的合成纤维混合物为1体积％时的弯曲应力对挠度的按ASTM C1018的应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F10C，配料态的纤维含量：1.0体积％)；

图19图示了比较本发明的合成纤维混合物为1.5体积％时的弯曲应力对挠度的平均应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F15，配料态的纤维含量：1.5体积％)；

图20图示了比较本发明的合成纤维混合物为1.5体积％时的弯曲应力对挠度的按ASTM C1018的应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F15A，配料态的纤维含量：1.5体积％)；

图21图示了比较本发明的合成纤维混合物为1.5体积％时的弯曲应力对挠度的按ASTM C1018的应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F15B，配料态的纤维含量：1.5体积％)；

图22图示了比较本发明的合成纤维混合物为1.5体积％时的弯曲应力对挠度的按ASTM C1018的应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F15C，配料态的纤维含量：1.5体积％)；

图23图示了比较本发明的合成纤维混合物为1.9体积％时的弯曲应力对挠度的平均应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F20，配料态的纤维含量：1.9体积％)；

图24图示了比较本发明的合成纤维混合物为1.9体积％时的弯曲应力对挠度的按ASTM C1018的应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F20A，配料态的纤维含量：1.9体积％)；

图25图示了比较本发明的合成纤维混合物为1.9体积％时的弯曲应力对挠度的按ASTM C1018的应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F20B，配料态的纤维含量：1.9体积％)；

图26图示了比较本发明的合成纤维混合物为1.9体积％时的弯曲应力对挠度的按ASTM C1018的应力-挠度图(纤维类型：混杂合成纤维，样品编号：F20C，配料态的纤维含量：1.9体积％)；

图27图示了比较喷浆混凝土板中本发明的合成纤维混合物为1.0体积％时负荷对中心挠度的负荷挠度曲线(喷浆混凝土圆板试验-混合物F10)(混杂合成结构纤维，1.0体积％，湿搅拌喷浆混凝土)；

图28图示了比较喷浆混凝土板中本发明的合成纤维混合物为1.5体积％时负荷对中心挠度的负荷挠度曲线(喷浆混凝土圆板试验-混合物F15)(混杂合成结构纤维，1.5体积％，湿搅拌喷浆混凝土)；

图29图示了比较喷浆混凝土板中本发明的合成纤维混合物为1.9体积％时负荷对中心挠度的负荷挠度曲线(喷浆混凝土圆板试验-混合物F20)(混杂合成结构纤维，1.9体积％，湿搅拌喷浆混凝土)；

图30图示了第二纤维组分以确定为X的特定缠绕程度被缠绕的本发明实施方案；和

图31图示了现有技术中的问题，其中单丝的独立绞线具有一定的分裂(splitting)和“漆刷(paint brush)”效果。

优选实施方案详述

应认识到，为了清楚地理解本发明，本发明的图形和说明已被简化来图示相关的要素。本领域的那些普通技术人员能认识到，在实施本发明中可使用相关要素和其它项目。但是，因为许多这种相关要素和项目在本领域中是众所周知的，因此本文不再讨论它们。

在本发明的目前详细描述中，将以用于掺入到胶结材料中的合成纤维增强材料的形式说明本发明。但是，应认识到，本发明不限制于这种形式的实施方案，并可与任何建筑材料和与其相关的使用纤维材料的组合物一起使用来提高结构强度或完整性。这类材料和组合物包括但不限于水泥、混凝土、喷浆混凝土、砂浆、水泥浆(grout)、沥青等。因此，尽管本发明能以多种不同的形式实现，但为了描述容易，这种详细描述和附图只公开作为发明实例的具体形式。相关领域的那些普通技术人员能根据本描述使发明适合于不是本文具体提供的其它形式的应用。

相对于金属丝网，本发明的合成纤维增强材料提供了更有效和节约成本的增强方式。这是因为即使较少量的纤维被加入到胶结混合物中时，也能分布在整个混合物中显著增强全部基材材料、降低渗透性、提高疲劳强度和增加韧性。另外，应用金属丝网增强由于与其相关的放置要求而较耗时和费人力。

例如，本发明的合成纤维可被掺入到各种胶结建筑材料和产品中，用于建筑或建造如结构路面、机场跑道和停机坪、桥面覆层(bridge deckoverlays)和防渗层、结构楼板、预制混凝土产品如管和槽、向上倾斜的墙板、用于填石稳定化的喷浆混凝土、隧道衬砌和穹隆构造。本发明的合成纤维混合物也可用于修补、复原、翻新和改造已有的产品或结构，如例如在机场路面和桥面的覆层、白色顶层(whitetopping)和修补物中。但是，应认识到，本文只提供了有限数量的应用，本发明可在所有使用增强纤维材料的材料的建筑物方面使用。

除了结构增强外，在例如浇注胶结材料中掺入本发明的合成纤维混合物能改变开裂机制，并减少由混凝土收缩引起的微开裂的扩展。因此，相对于非增强的水泥，本发明的纤维增强混凝土的所得裂缝在宽度上较小，材料的渗透性被降低，并且增强了最终的开裂应变。此外，本发明的混合纤维能承受沿裂缝的负荷。另外，如下面所述，本发明的纤维增强混凝土的试验表明，混凝土材料具有提高的韧性或在初裂后承受残余负荷能力，并可具有大大提高的耐冲击性。

本发明涉及高性能合成纤维的混杂混合物，更尤其涉及降低塑性收缩效应和提高硬化混凝土性能的合成纤维的混合物。这将在下面更详细地讨论，已发现形成本发明的混杂纤维混合物的第一组分纤维和第二组分纤维的组合能获得令人惊奇的增强性能和各种强于每种纤维组分单独能获得的性能益处。尤其是本发明的纤维改善了塑性和沉降收缩开裂的控制，同时提高了冲击强度、混凝土韧性和其它结构和长期耐久性能。

第一纤维组分为均聚物聚丙烯纤维增强材料。第一纤维组分为有序的(collated)原纤维化(网络)纤维，每个单丝为大约100至约20000但尼尔。例如，在本发明的一种实施方案中，第一纤维组分为每个单丝大约10000但尼尔，并包括以下物理性质：

第一纤维组分可但不必需由100％的纯聚丙烯形成，并可为基本无腐蚀、无磁性和耐碱的混色和完全取向纤维。当单独用作纤维增强添加剂(即不作为与本文公开的下述第二纤维组分联合的混杂混合物)，第一组分一般在配料其它组分过程中或过程后以1.5磅/立方码(0.9千克/立方米)胶结材料的进料速度直接加入到混合体系中，并以混合器生产商建议的时间和速度混合(一般为4至5分钟)。第一纤维组分表现出良好的混合及均匀分布性能。得到的纤维增强材料能提供较好的长期耐久性和对于温度/收缩开裂的二次/温度控制。

在本发明中使用时，第一纤维组分加入到混杂混合物中的量可为总重量的约5wt％至约50wt％。例如，在本发明的一种实施方案中，第一纤维组分的加入量可为总重量的约6.7wt％。另外，第一纤维组分可与但不必需与第二纤维组分长度相同。在本发明中使用时，可向混杂混合物中加入长度为约19至约60mm的第一纤维组分。例如，在本发明的一种实施方案中，可加入长度为约54mm的第一纤维组分。

第二纤维组分为高强度纤维增强共聚物，如但不限于由压花单丝形成的那种。第二纤维组分优选为由主要量的优选约75-80wt％的聚丙烯、优选低熔点聚丙烯(2-熔点均聚物)和次要量的优选约20-25wt％的高密度聚乙烯形成的共聚物。第二纤维不原纤维化，即它们不会拉开而在胶结材料中形成网状结构。

第二纤维组分为具有高耐性和优异柔性的高韧度聚烯烃丝。当掺入到本发明的混杂混合物中时，第二纤维组分包括每个单丝为大约350至约6000但尼尔的单丝。第二纤维组分的优选实施方案为优选被缠绕形成多根未原纤维化单丝的绞线的非互连束。在本发明的一种实施方案中，第二纤维组分表现出以下性质：

例如，在本发明的一种实施方案中，第二组分为每个单丝大约750但尼尔。当单独使用(不作为与本文公开的上述第一组分联合的混杂混合物)时，第二组分一般在配料其它组分过程中或过程后以约4-约30磅/立方码(1.8-13.6千克/立方米)胶结材料的进料速度直接加入到混合体系中，并分布在其中。得到的纤维增强材料表现出长期耐久性。但是，应注意到，第二纤维组分本身在未缠绕时，在混合操作过程中在建筑材料中的表现达不到最佳分布性能。但是，当第二纤维组分的单丝被缠绕形成非互连束时，如在本发明的合成纤维混合物的优选实施方案中所用，合成纤维混合物更易于混合，并均匀分布在整个胶结材料中。

已发现，当第二纤维组分被缠绕时，束的缠绕程度与第二纤维组分在加入它的建筑材料中的分布性能有关。如图30所示，单匝标记为“x”，在本文中使用时定义为沿纤维束直线长度(linear length)的全旋转(360°)。每直英尺的匝数(每直英寸的匝数或每直厘米的匝数)在本文中分别标记为匝/英尺、匝/英寸或匝/cm，提供了第二纤维组分与建筑材料混合或在整个建筑材料中更均匀分布的能力的显著差异。这种分布差异又被认为是本发明的合成纤维混合物所表现出的提高增强性能的至少部分原因。

形成本发明的合成纤维束的早期努力利用缠绕单丝的多个绞线至约9匝/英尺(约0.75匝/英寸或约0.3匝/cm)。发现这种缠绕程度能在整个胶结材料中产生良好的混合和分布性能，如本文所述。附加试验表明，当缠绕程度提高到高达约11匝/英尺(约0.9匝/英寸或约0.36匝/cm)时能得到类似的结果。因此，发现相对于没有利用本发明未缠绕纤维组分的实施方案的建筑材料，在约0.75匝/英寸(约0.3匝/cm)至约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)的范围内缠绕纤维组分能在加入第二纤维组分的整个建筑材料内提供提高的混合和分布性能。但是，注意到当在约0.75匝/英寸(约0.3匝/cm)至约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)的范围内缠绕单独单丝绞线时在单独单丝绞线内可看到一定程度的分裂和“漆刷”效应。图31中示出了这种常见的效应10，它会反面影响单丝在整个胶结材料中分散的能力。另外，发现缠绕程度低于约0.9匝/英寸(约0.36匝/cm)时，存在单丝与纤维束的不完全分离。在使用单丝绞线的本发明一些实施方案中这是尤其明显的，每个绞线包括两个或多根连接单丝，这些连接单丝被设计成由于将纤维绞线缠绕成缠绕束的作用而分裂成独立单丝。

通过实验测试发现，当第二组分形成有超过约11匝/英尺(约0.9匝/英寸或约0.36匝/cm)的更紧缠绕时，得到混合和分布的显著改善。这些改善的结果在缠绕程度小于约2.2匝/英寸(约0.87匝/cm)时观察到，2.2匝/英寸大致为未加热纤维束可被缠绕而没有明显“回弹”效应(即纤维束从其缠绕形式解开和可能由于聚合物的弹性而不成束的效应)的最高缠绕程度。典型地，在大于约11匝/英尺(约0.9匝/英寸或约0.36匝/cm)下测量到由于纤维束缠绕程度而提高的混合和分布性能，并典型地在大于约11匝/英尺(约0.9匝/英寸或约0.36匝/cm)和约13匝/英尺(约1.1匝/英寸或约0.43匝/cm)之间的范围内出现，并可在约13匝/英尺(约1.1匝/英寸或约0.43匝/cm)的缠绕程度处出现。此外，发现随着缠绕程度提高至大于约1匝/英寸(约0.39匝/cm)，在单丝中观察到很少或没有分裂或“漆刷”效应，几乎所有形成纤维束的独立单丝完全与束分离，并分配在加入它的整个建筑材料内。在使用单丝绞线的本发明一些实施方案中这是尤其明显的，每个绞线包括两个或多根连接单丝，这些连接单丝被设计成由于将纤维绞线缠绕成缠绕束的作用而分裂成独立单丝，最终形成单丝的缠绕束。

考虑到当第二纤维组分的缠绕纤维束构造被加热至低于它的熔点并缠绕时，这可允许纤维束被缠绕至大于约2.2匝/英寸(约0.87匝/cm)的缠绕程度，可在第二纤维组分的混合和分布中得到一些附加的优点。在这种实施方案中，第二纤维组分的独立单丝可在形成缠绕束之前或之后被加热至例如高达约325℉，从而可提供缠绕程度大于约2.2匝/英寸(约0.87匝/cm)的纤维束，并可大大减少或消除回弹效应。

当在本发明的合成纤维混合物中使用时，可向混杂混合物中加入量为总重量的约50-约95％的第二纤维组分。例如，在本发明的一种实施方案中，第二纤维组分的加入量为总重量的约93.3％。另外，第二纤维组分可与但不必需与第一纤维组分长度相同。当在本发明中使用时，可向混杂混合物中加入长度为约19-60mm的第二纤维组分。例如，在本发明的一种实施方案中，可加入长度为约54mm的第二纤维组分。

可混合上述量的第一纤维组分和第二纤维组分形成本发明的混杂纤维混合物。可通过本领域中任何已知方式混合第一纤维组分和第二纤维组分，如例如使两种纤维组分在切割过程中混合。可在混合第一纤维组分和第二纤维组分前或后将混杂纤维切割成可用的条。当在混合第一纤维组分和第二纤维组分后将本发明的混杂纤维切割成可用的条时，混杂纤维条可被切至可分散和可抽吸的任何长度，而且可被切至约19-60mm的长度，如例如约54mm的长度。考虑可根据规格调整纤维长度。在本发明的一种形式中，得到的混杂纤维具有以下物理性质：

当被掺入到建筑材料如混凝土中时，可向混合物中加入以混凝土体积计量为约0.1％-约2.0％的本发明的混杂纤维混合物，并且以混凝土体积计，该量一般为约0.5％-约2.0％，以为混凝土提供提高的增强性能。可在配料其它成分过程中或过程后将混杂纤维混合物直接加入到混合体系中，并以混合器生产商建议的时间和速度混合(一般4至5分钟)。

可使用本发明的混杂纤维混合物降低塑性和硬化混凝土收缩和导致开裂的初凝前的沉降收缩。此外，混杂纤维混合物提高了冲击强度，并增加了抗疲劳性和混凝土韧度作为交替的二次/温度/结构增强。另外，除了第二纤维组分的缠绕外，还发现第一纤维组分和第二纤维组分的组合大大增加了第二纤维组分被更均匀地分布在整个混合物中的能力。认为第二纤维组分提高的分布性能部分导致由本发明的合成纤维混合物表现出的改进增强性能的增加。另外，本发明的纤维是无腐蚀的、无磁性的，并基本抵抗常规建筑材料如例如波特兰水泥混凝土的碱性的影响。

如下面的实施例所示，本发明提供在成本、操作和结构增强方面超过已知增强组分的优点。与金属丝网或常规钢纤维相比，本发明的纤维组分组合没有腐蚀性，易于与建筑材料混合，减少了塑性收缩开裂，并为得到的成形材料提供成本效率和结构优势。合成纤维取代钢纤维用于胶结材料的增强，消除了由钢纤维引起的对设备的损害。当与其它合成纤维相比时，本发明的纤维为加入它们的建筑材料提供了更有效的混合操作和增加的结构优势。

为了使本领域那些技术人员更好地理解如何实施本发明，用对本发明举例而非限制的方式给出下面的实施例，本发明由权利要求限定。在观察下面的试验结果时明显看出，与常规纤维增强材料相比，本发明的合成混杂纤维混合物大大并令人难忘地提高了加入它们的建筑材料的增强特性。进行一系列的试验，以评价各种量的本发明合成纤维混合物。结果提供在下文中。

实施例

实施例1

使用被认为具有高的收缩开裂可能性的富水泥混合物试验本发明的混杂合成纤维，以测定混凝土的塑性收缩减少量。使用的纤维量为混凝土体积的0.5％、1.0％和2.0％。制备三种不同批料的混凝土，试验总共15个板。使用3英尺(91.4cm)长和2英尺(61cm)宽的2.0英寸(5.08cm)厚板进行试验。通过使用可产生14mph(22.5km/hr)风速的风扇加快裂缝发展。使用没有纤维的对照板和纤维增强板的裂缝面积比较这些纤维的性能。

如下面所述，试验结果表明，本发明的纤维在所用量下显著降低了混凝土中的塑性收缩。裂缝面积减少量从素混凝土的100％变化到92％。当使用混凝土体积2.0％的纤维量时没有观察到裂缝。当纤维量分别为混凝土体积的1.0％和0.5％时，有98％和92％的塑性收缩开裂减少量。

试验方法

使用3英尺(91.4cm)长和2英尺(61cm)宽的2.0英寸(5.08cm)厚板进行试验。环绕周长使用金属丝网约束板。浇注后，将板放在平面上，并经受使用高速风扇的14mph(22.5km/hr)风速。

在浇注后2-3和1个半小时内观察到裂缝发展。但典型地，开裂在约6-8小时内完成，24小时后测量裂缝宽度和长度。选择更长的持续时间以确保全部裂缝发展和稳定。在沿裂缝长度上的多个位置处测量裂缝宽度。测量每个裂缝的裂缝长度并乘以平均宽度。这样计算给定板的总裂缝面积。

对照板(没有纤维)裂缝值设定为100％。其它板的裂缝面积表示为对照物的百分比，并得到由于加入纤维产生的裂缝面积减少率。

材料

材料由ASTM I型水泥、混凝土砂和粗骨料组成。粗骨料具有0.75in的最大尺寸。细和粗骨料都满足ASTM骨料要求。

使用的混杂合成纤维的化学和物理性质为本文所描述的那些。

混合比例

因为该试验的目的是研究纤维添加对塑性收缩的影响，因此必需制造收缩开裂可能性非常高的混凝土。对每批料，试验条件如环境温度、湿度和风速14mph(22.5km/hr)都保持不变。制备具有相同水含量、水泥含量和粗骨料最大尺寸的三种不同批料的混凝土。使用较高的水泥含量以增加开裂可能性。使用的基本混合物比例如下：

水泥(1bs) 855(388kg)

水(1bs) 427(194kg)

水/水泥比 0.5

混凝土砂(1bs) 1062(482kg)

粗骨料(1bs) 1062(482kg)

骨料最大尺寸(英寸) 0.75(1.91cm)

混合过程和浇注试样

在9立方英尺容量的混合器中进行全部混合。称量纤维并存储在单独的容器中。首先制备缓冲混合物。然后，将粗骨料引入到混合器中。然后加入砂和三分之二的水并混合1分钟。然后与剩余的三分之一水一起加入水泥。然后，加入本发明的纤维，并混合成分3分钟。混合后，使混合物经过3分钟放置期，接着是用于适当纤维分布的最后2分钟混合阶段。

由于纤维增强的胶结混合物具有流动连贯性(flowing consistency)，所以混合和放入都没有任何问题地进行。在任何混合物中都没有观察到纤维的分开或成球。为了保持放入、固结和最后加工板的连贯性，对于所有板，富有经验的混凝土承包人和精修工完成放入、固结和最后加工。

在三个分开的日子内制备三批料。制备每批增强胶结材料后，彻底清洗混合罐。在制备下一混合物前制备缓冲混合物。所有混合物都在相同条件下制备。

试验结果和讨论

按照ASTM过程，为有和没有纤维的六种混合物中的每一种准备三个圆柱体。熟化14天后测试圆筒。结果提供在下面的表1中。如表1所示，所有混合物中的圆柱体强度都始终接近。全部18个试样的14天压缩强度结果大致相同。

对于批料A、B和C，测量的对照板和纤维增强板的裂缝长度、宽度和面积分别提供在表A1-A3、B1和B2以及C1-C2中。每个表比较在特定日子内制备的混合物。不同纤维量对塑性收缩开裂的影响示于图1-6中。试验结果和塑性收缩开裂减少率的汇总提供在表2中。不同纤维含量的各种参数的比较示于表3。

对三种纤维含量的每一个都测试三个试样，计算平均裂缝面积。这些计算的结果提供在表2中。表2包括没有纤维的两个对照板的平均裂缝面积，和FRC的裂缝面积，其表示为对照板裂缝面积的百分比，和由于加入三种纤维量产生的塑性收缩开裂减少率。

图1-4图形化地说明了不同纤维含量的裂缝面积(图1)、不同纤维含量的裂缝长度(图2)、观察到的基于纤维含量的裂缝形成时间(图3)和对照板和增强纤维板之间的裂缝面积(图4)。三种纤维含量的塑性收缩开裂减少可能性的全面比较示于图5和6。

在用2.0体积％的本发明合成纤维混合物增强的三个板中的任一个中都没有观察到裂缝。结果表明，全部三种纤维含量都能有效减少混凝土中的塑性收缩开裂。但是，对于不同的纤维量，开裂减少的量是不同的。对于这些纤维含量，开裂减少可能性从约92％变化到100％。

结论

对照板和纤维增强板上的试验结果证实，本发明的纤维能非常有效地减少混凝土中的塑性收缩开裂。试验显示，即使在非常低的添加水平下，本发明的合成混杂纤维也能提供极其高的开裂减少率。在0.5体积％的纤维量时，获得92％的开裂减少率。在1.0体积％的纤维量时，获得98％的开裂减少率。另外，当使用2.0体积％的纤维时，没有观察到塑性收缩开裂。

表1

收缩试样的14-天压缩强度

表2

由于加入混杂纤维混合物引起的塑性收缩减少率

类型	裂缝面积(mm²)	裂缝面积(对照的％)	裂缝面积(减少率％)
				批料A对照板1对照板2平均混杂纤维1体积％板1板2板3平均	413.93 195.76304.85 5.681.45 13.066.73	100 2	98
批料B对照板1对照板2平均混杂纤维2体积％板1板2板3	373.81 424.97399.39 没有裂缝没有裂缝没有裂缝	100 0	100
				批料C对照板1对照板2平均混杂纤维0.5体积％板1板2板3平均	210.47 175.07192.77 26.4213.59 5.2615.09	100 8	22

[0200]

表B1.裂缝长度、宽度&面积的细节；批料B；对照板1

表B2.裂缝长度、宽度&面积的细节；批料B；对照板2

表C1.裂缝长度、宽度&面积的细节；批料C；对照板1

表C2.裂缝长度、宽度&面积的细节；批料C；对照板2

表C3.裂缝长度、宽度&面积的细节；批料C；用混杂纤维混合物(0.5％)增强的板

实施例2

进行研究以在湿搅拌(wet-mix)喷浆混凝土中的三种添加比例下评价本发明的再配制的实验合成混杂纤维。分离纤维大约60mm长，0.3mm厚，0.3mm宽。原纤维化纤维是有序的。纤维具有910kg/m³的比堆积密度(specificbulk density)。

为了评价，生产具有名义1.0、1.5和2.0体积％的纤维添加比例的三种喷浆混凝土混合物。在全部混合物中，有序的原纤维化纤维对应于0.1体积％的添加比例，其余为分离的60mm长纤维。测试三种混合物的新浇喷浆混凝土性能，测定回弹数据，对每一种混合物，都制造一个标准ACI喷浆混凝土试验板、一个Australian Round Panel和一个South African Panel。

用金刚石锯从每个标准ACI喷浆混凝土试验板切割用于ASTM C1018梁(beam)测试的三个梁。还从这些试验板中抽出芯用于压缩强度测定。在金刚石锯切割的梁末端上测定渗透性数据。利用在水床试验装置上的均匀分布负荷测试South African Panel，而在定制试验机上三个点处具有定向支撑(determinate support)的中间点负荷中测试Australian Round Panel，试验机由AGRA Earth & Environemntal Limited，Burnaby，B.C.，Canada制造。

喷浆混凝土混合物设计和配料

使用的基础湿搅拌喷浆混凝土混合物设计示于下面技术报告No.1中的表中。这种混合物设计类似于一般用于北美的隧道和矿井、斜坡稳定和基础设施改建工程中永久喷浆混凝土衬里的混合物。在胶结材料的三元混合物(波特兰水泥、飞灰和硅灰)中，硅灰增强混合物的粘合力和内聚力，并降低回弹；飞灰增加能提高可泵送性和可喷注性的浆料体积。

为了保持对混合物比例的严格控制，干法配料基础喷浆混凝土混合物。使用绝对干燥(bone dry)材料，所有成分在监控下按质量精密配料。在放料到30kg纸袋中前，在具有反转桨的旋转盘式混合机中预混合材料。喷浆混凝土被供应到台车上，用热缩塑料包(shrink-wrap)保护，并在使用前用油布盖住防潮。

在改进的Allentown Powercrete Pro混合机装置中配料喷浆混凝土，混合机装置连接到75mm摇摆阀式泵上。典型地，一次配料14个30kg袋。加入水以保持所有混合物之间的恒定水/水泥比。在混合循环中向混合机装置中直接加入纤维，并混合大约5分钟，以在喷浆混凝土卸料前提供均匀的纤维分布。

制造下面的混合物：1)混合物F10(名义上1.0体积％的纤维含量)；2)混合物F15(名义上1.5体积％的纤维含量)；和3)混合物F20(名义上2.0体积％的纤维含量，增加的浆料体积)。

按照需要调整超塑化剂用量以提供喷注所需的坍落度。混合物F20接受补充量的飞灰和水来增加浆料体积，以便尽管纤维加入比例高但仍保持良好的泵送性能。三种混合物的实际混合量示于下面的技术报告No.1a-1c。

喷浆混凝土塑性性能

1.坍落度和含气量

关于主要环境条件(温度、风速、沉淀)的细节和塑性喷浆混凝土性能提供在下面的技术报告No.2中的表中。产生所需坍落度和配料态(as batched)时含气量需要的混合物用量也示于该表中。报告No.2中的表还详细列出了配料态和喷注态新浇喷浆混凝土的性能，和作为泵送容易性度量的喷浆混凝土泵的操作水压。

不同混合物的坍落度从30到50mm。已放入到喷浆混凝土泵的混合物的配料态含气量在8和9％之间变化。为了测定喷注态(as shot)含气量，将喷浆混凝土喷注到ASTM C231气压仪表底座(base)。喷注态含气量为2-3％范围。这比含气量的通常损失高，表明纤维有助于俘获当放置喷浆混凝土时受到冲击下释放的空气。

2.可泵送性和可喷注性

将配料态的喷浆混凝土装入到Polycrete Restorations Ltd提供的泵的泵料斗内。泵具有75mm直径的平旋阀，当喷注混合物F10和F15时，平旋阀卸料到50mm内径、15m长的软管中，并通过金属缩径部分到38mm内径、30m长的软管中。当喷注混合物F20时，各自的软管长度为大约8m(50mm直径)加20m(38mm直径)。

技术报告No.2中的表显示混合物为了被喷注需要11-13MPa的泵液压操作压力，其被视为可接受的压力。在该试验程序中使用的喷浆混凝土泵具有大约16MPa的最大操作压力。具有名义上2.0体积％纤维的混合物类型F20在加入上述飞灰和水后通常能令人满意地被泵送。但是，对于现有设备和改进的基础混合物，混合物F20达到了可泵送性的极限。对于混合物F20，喷浆混凝土软管会由于在50mm到38mm变径片附近的压力诱导浆料不足而出现几处阻塞。

所有纤维都很好地分散在喷浆混凝土中。没有观察到成球。喷浆混凝土混合物良好地粘着到施加它们的基底上，没有脱落。

3.回弹试验

在2.5立方米(m cube)木框架箱中对所有混合物进行回弹试验，箱衬有成形层(form-ply)，在一个垂直面上有开口。将喷浆混凝土施加到箱背面处的垂直面上，至约600x600见方的面积x100mm深，四个喷注钉划分喷注区域。回收落到回弹室底板上的材料并作为回弹物称重。然后移去原地的(in-place)材料并称重。在整个回弹样品上和在从原地材料中取得的具有同样质量的代表性样品上进行纤维冲洗试验。计算下面的参数：1)以kg/m³、体积％和质量％表示的配料态纤维含量；2)以kg/m³、体积％和质量％表示的原地纤维含量；3)以kg/m³、体积％和质量％表示的回弹物中的纤维；4)纤维回弹(＝所有回弹纤维的质量/所有配料纤维的质量x100％)；5)纤维保留率(＝原地纤维含量/配料态纤维含量x100％)。

结果提供在下面所附的技术报告No.3中。喷浆混凝土材料的总回弹从 12质量％变化到19质量％，对于具有高含量合成纤维的喷浆混凝土，这是典型的。观察到回弹随着纤维加入比例增加而增加的趋势。纤维保留率从纤维加入比例为名义上1.0体积％的混合物的94％变化到其余两种混合物的大约80％。这是较有利的纤维保留率，并与别处¹试验的其它高体积合成纤维喷浆混凝土的回弹行为一致。

¹Morgan，D.R.，Heere，R.，McAskill，N.，Chan，C.：Comparative Evaluationof System Ductility of Mesh and Fiber Reinforced Shotcrete，发表在Engineering Foundation，Shotcrete for Underground Support VIII Conference，Campos do Brazil，11-15，1999年4月

喷浆混凝土生产

1.ACI试验板

以偏离垂直方向稍微倾斜的角度喷注每种混合物的一个标准600x600x125mm试验板。板具有45°倾斜边，以有助于回弹物的离开和板从模壳上的剥离。在塑料薄膜下于现场湿固化板2天。在当时，通过从这些板中用金刚石取芯获得用于压缩强度试验和ASTM C642沸腾吸收和可渗透空隙体积试验的芯试样。另外，从这些板中用金刚石锯切割用于按ASTMC1018进行韧度试验的一组三个100x100x350mm的梁。将试样在陈化4天时移动到实验室中的雾室中，它们在那里在23+/-2℃下湿固化直到试验时间。

2.Australian Round Panel试验

喷注每种混合物的一个Australian Round Panel。板具有800mm的直径和大约80mm厚。喷注后，用木制2x4(two by four)整平板表面，并用钢泥刀精整至光滑的表面光洁度。在现场在塑料薄膜下湿固化板4天，然后移到雾室中，在23+/-2℃和100％相对湿度下贮存直到试验时间。

3.南非水床试验

喷注每种混合物的尺寸为1600x1600x80mm厚的一个试验板。空隙成形设备(void former)放在相距1000mm处，即在锚固螺栓能透过以限制板在水床位置上的试验过程中自由垂直移动的位置处。在垂直方向上喷注板，并最后加工至等同于浇注混凝土表面光洁度，使用2x4整平，使用钢泥刀精整。初凝后，用塑料薄膜盖住喷浆混凝土板，并保持水分保护7天。在陈化21天时从模壳上剥离板，并在陈化28天时的试验前使其再现场固化8天。

硬化喷浆混凝土性能

1.ASTM标准试验

a.压缩强度

从每个标准ASTM试验板中取六个直径75mm、长约110mm的芯，按CSA A23.2-14C(等效于ASTM C42)测试压缩强度。测试结果提供在下面的技术报告No.4中。所有这三种喷浆混凝土混合物在7天时都获得大约48MPa的压缩强度。下面的表显示了获得的压缩强度对预测(根据混合物比例和喷注态含气量)的压缩强度的比，以说明纤维加入比例对混合物压缩强度的任何影响。

混合物	纤维加入体积比例	预测的压缩强度(Popovic)[MPa]	获得的压缩强度[MPa]	获得的压缩强度对预测的压缩强度的比
					F10	1.0％	7天时50	7天时48	95％
F15	1.5％	7天时50	7天时48	96％
					F20	1.9％	7天时45	7天时48	106％

显然，纤维加入比例对压缩强度没有明显影响。

b.沸腾吸收(boiled absorption)和可渗透空隙体积

在10天时在三个梁末端被锯下部分上进行的试验的结果提供在下面的附加技术报告No.5中。沸腾吸收的值从4.4％到4.9％，可渗透空隙的体积从9.5％到10.6％。与为结构品质喷浆混凝土通常规定的最大限即沸腾吸收为8.0％和可渗透空隙体积为17.0％相比，这些结果是非常低的。这些结果为具有低渗透性的致密耐用喷浆混凝土的指示。

c.抗弯强度和韧度

在7天时对所有混合物在三个公称100x100x350mm的梁装置上按ASTM C1018²进行抗弯强度和韧度测试，在300mm负荷跨距上利用第三点负荷测试。测试结果提供在图15-26中，并列在下面的技术报告No.6a-6f 中。结果显示了初裂和最终抗弯强度和ASTM C1018韧度指数和由这些指数计算的残余强度因子。还显示了日本韧度参数和韧度性能水平³。

²开路控制加载方式除外

³Morgan，D.R.，Chen，L.，和Beaupré，D.，Toughness of Fiber reinforcedShotcrete，ASCE

结果显示，在高达约0.5mm的变形时，在负荷对挠度响应中存在一定的不稳定性。这主要归因于试验机在开路模式下的操作。下面的表汇总了三种被测试混合物的抗弯强度和韧度性能。

混合物	纤维类型和配料态的体积加入比例	平均抗弯强度[MPa]	7天时抗弯强度对压缩强度的比	日本韧度因子[MPa]	韧度性能水平
						F10	第二代，1.0％	6.8	14％	1.7	III
F15	第二代，1.5％	6.1	13％	2.4	III
						F20^*	第二代，1.9％	6.1	13％	4.0	IV
F2^**	第一代，2.0％	6.5	12％(8天时)	4.1	IV

^*利用增加的飞灰含量产生这种混合物

^**先前产生混合物F2，并在AGAR测试，见我们的报告VA04526

混合物的抗弯强度超过通常为西加拿大喷浆混凝土建筑工程指定的最小值4MPa。喷浆混凝土的日本韧度因子和韧度性能水平显示出纤维用量和延性之间的良好相关性。纤维在较高水平下表现并与水泥基材形成良好的粘结。纤维还形成它们载荷能力的大部分，如断裂面中的大量断裂纤维所示。

2.Australian板试验

7天时，在圆板试验机上测试Australian圆板。板被静止地明确支撑在三个对径向移动(在水平面中)最小约束的转动支架上。用杆固定的LVDT测量板的中心挠度，同时用80kN测力计测定负荷。计算机连续记录试验数据。对于试验装置和试验方法的更详细描述，参见文献1。图27-29提供了负荷挠度曲线图，下面的技术报告No.7提供了试验结果。

下面的表汇总了重要的试验数据，并将它们与用市售合成纤维增强的喷浆混凝土的公布数据(文献1)作比较。

试样	配料态纤维体积用量	最大负荷[kN]	最大开裂后负荷[kN]	吸收能(0-40mm挠度)[Nm]或[J]
					Forta-F10Forta-F15Forta-F20S152-HPP	1.0％1.5％1.9％1.0％	31.229.827.934.7	16.820.025.215.2	525640750290

斜体字：脚注1文献中的数据，试验期>28天

试验结果表明，提高本发明纤维的加入比例降低了喷浆混凝土的最终负荷能力。配料态时本发明纤维体积加入比例从1.0体积％增加到1.5体积％和1.9体积％，分别增加试样的最大断裂后负荷(maximum post-crackload)20％和50％，并分别增加40mm中心挠度总体吸收能22％和43％。

Shotcrete for Underground Support VII，Telfs，Austria，1995，66-87页

试验结果还表明，当与Synthetic Industries S-152HPP纤维比较时，本发明的混杂合成纤维在1.0体积％加入比例下提供了优良的性能。

3.南非水床试验

在从Kirsten⁴发展的南非水床试验改进的AGRA水床反应框架上测试1600x1600x76mm板。试验装置包括具有钢约束的增强橡胶水床的增强混凝土底座、高抗拉强度反应螺栓和100x100x10mm的锚固螺栓板。反应螺栓，其类似于锚固螺栓，定位在1000mm方格子上。通过用成对液压千斤顶定位四个方形中空型钢侧面来支撑板的四个悬臂边以抵抗向下运动。

通过安装在铝桥并连接到板中心环氧树脂胶合沟上的收缩伸长计测量板的中心点挠度。压力传感器连续监测水床中的水压，其与施加到喷浆混凝土试验板上的负荷相关。计算机连续记录负荷和挠度信号。然后分析数据，并使用数据绘制负荷对挠度的曲线。通过挠度(卷尺)和水压(模拟压力计)的机械测量校验电子监测的数据。施加负荷至总变形为150mm需要总计约40分钟。

⁴Kirsten，H.A.D.，System Ductility of Long Fiber Reinforced Shotcrete， Report prepared for Shotcrete Working Group，South Africa，1997年27页，和附录

除了连续监测负荷对板的中心挠度响应外，还记录裂缝形成的顺序。还记录到裂缝宽度随挠度增加而发展。

结论

上面列出的试验结果表明，本发明的混杂纤维令人惊奇地表现出超过已知增强纤维的良好物理性能。可利用使用38mm内径喷嘴的标准喷浆混凝土设备和配料态纤维加入比例为1.0-1.9体积％配料、泵送和喷注本发明的混杂纤维(60mm长)。与素喷浆混凝土混合物相比，该研究中使用的纤维用量似乎未明显影响喷浆混凝土的压缩强度、抗弯强度和沸腾吸收值和可渗透空隙体积。但是，随着纤维加入比例增加，确实显露出圆喷浆混凝土板预开裂载荷能力降低的趋势。试验结果表明，纤维可在高质量喷浆混凝土中显现它们充分的韧性(抗拉强度能力)。另外，纤维和喷浆混凝土基材之间的粘结显示足以防止纤维从大多数纤维中拔出生成裂缝。此外，用1.0-1.9体积％的混杂纤维增强的喷浆混凝土的总体延性显示比得上其它市售高性能单丝合成纤维。此外，试验结果表明，具有1.0体积％混杂纤维的喷浆混凝土能提供需要中等耐开裂后负荷的喷浆混凝土建筑工程可接受的韧度和系统延性，如在一些地层支护和斜坡稳定工程中，和在构造小港、河堤和坝的侵蚀控制中。具有1.5体积％混杂纤维的喷浆混凝土能提供显示出等效于一些高质量钢纤维或焊接钢丝网增强的喷浆混凝土的韧度和系统延性，尤其在较大裂缝宽度时。另外，具有1.9体积％混杂纤维的喷浆混凝土能提供表现等效于或好于一些高质量钢纤维和焊接钢丝网增强的喷浆混凝土的韧度和系统延性，尤其在较大裂缝宽度时。

技术报告No.1

主题：基础湿搅拌喷浆混凝土混合物比例，SSD条件

规定28天强度＝40MPa

W/(C+SiF+FA)比＝0.38

坍落度(加入超塑化剂和纤维后)＝70±20mm

技术报告No.1a

主题：配料态喷浆混凝土混合物比例

批料标识：F10计算的纤维含量[vol％]：1.01％

批料大小(袋)：14水/胶结材料比：0.33

技术报告No.1b

主题：配料态喷浆混凝土混合物比例

批料标识：F15计算的纤维含量[vol％]：1.51％

批料大小(袋)：14水/胶结材料比：0.33

技术报告No.1c

主题：配料态喷浆混凝土混合物比例

批料标识：F20计算的纤维含量[vol％]：1.90％

批料大小(袋)：14水/胶结材料比：0.34

技术报告No.2

主题：现场条件和新浇喷浆混凝土性能

n.a.＝不可得

^*混合物还包含用于增强泵送性的飞灰和水

^**基于配料态含气量的估计值

技术报告No.3

主题：喷浆混凝土和纤维回弹

技术报告No.4a

混杂纤维喷浆混凝土评价

主题：有芯(cored)喷浆混凝土试样按CSAA23.2-14C的压缩强度

源，位置	喷浆混凝土陈化[天数]	计算的压缩强度[MPa]	平均压缩强度[MPa]
				板F10	7	50.945.047.0	47.6
板F15	7	47.647.548.0	47.7
				板F20	7	48.845.050.3	48.1

芯直径[mm]＝75

技术报告No.5

主题：ASTM C642沸腾吸收和可渗透空隙体积

试样标识	沉浸后吸收[％]	沉浸和沸腾后吸收[％]	可渗透空隙体积[％]	沉浸和沸腾后的堆积比重[kg/m³]
					F10AF10BF10C	4.54.04.0	4.74.24.3	10.69.69.8	234523702368
平均	4.1	4.4	10.0	2361
					F15AF15BF15C	4.54.64.6	4.85.05.1	9.08.211.2	195617352329
平均	4.6	4.9	9.5	2007
					F20AF20BF20C	4.44.34.2	4.94.94.5	10.910.810.1	233123302340
平均	4.3	4.8	10.6	2333

[0314] 技术报告No.6a

主题：ASTM C1018韧度参数和残余强度因子

纤维类型：混杂合成纤维

纤维添加比例：1.0体积％

N.A.＝由于初裂后大的初始变形而不能得到

技术报告No.6b

主题：日本韧度参数和韧度性能水平

纤维类型：混杂合成纤维

纤维添加比例：1.0体积％

技术报告No.6c

主题：ASTM C1018韧度参数和残余强度因子

纤维类型：混杂合成纤维

纤维添加比例：1.5体积％

N.A.＝由于初裂后大的初始变形而不能得到

技术报告No.6d

主题：日本韧度参数和韧度性能水平

纤维类型：混杂合成纤维

纤维添加比例：1.5体积％

技术报告No.6e

主题：ASTM C1018韧度参数和残余强度因子

纤维类型：混杂合成纤维

纤维添加比例：1.9体积％

N.A.＝由于初裂后大的初始变形而不能得到

技术报告No.6f

主题：日本韧度参数和韧度性能水平

纤维类型：混杂合成纤维

纤维添加比例：1.9体积％

技术报告No.7

主题：Australian圆板试验结果

Australian圆板试验

实施例3

分析用本发明的纤维增强的混凝土混合物的性能特征、强度和韧度。浇注了使用四种纤维用量(0.5，1.0，1.5，2.0，以体积％计)的大量三维增强混凝土试样(梁和柱)，并测试评价强度和韧度特征。强度试验包括压缩强度、抗弯强度(断裂模量)、初裂强度和冲击强度。评价的韧度性能为弹性模量。韧度指数I5、I10、I20、I30和残余强度按照ASTM C1018试验过程计算，弯曲韧度因子(flexural toughness factor)(JCI)和等效抗弯强度按照JapaneseSociety of Civil Engineers标准规范计算。还使用新的试验方法(ASTMC1399-98)测定用四种不同量的本发明纤维增强的混凝土混合物的平均残余强度。

制造总共四种混合物，每种纤维含量一种。基础混合物比例对全部四种混凝土混合物相同，除了两种混合物具有1.5体积％和2.0体积％的纤维，通过增加水灰比提高加工性。混合纤维增强的混凝土混合物，静置，捣实(consolidation)，精加工，并在相同条件下熟化。试验结果表明，对于全部四种混合物，没有因加入建议量的纤维引起的成球或离析。试验结果表明，当纤维含量从0.5体积％增加到2.0体积％时，抗弯强度有显著增加，初裂强度有些微增加。当纤维含量增加时，ASTM韧度指数和日本韧度因子和等效的抗弯强度也显著增加。对于纤维含量的增加，冲击强度也有显著增加。试验结果还表明，当纤维含量增加时，得到非常高的平均残余强度(ARS)(ASTM C1399)，ARS值增加。对于0.5体积％、1.0体积％、1.5体积％、2.0体积％的纤维含量，ARS值分别为234psi(16.45kg/cm²)、451psi(31.71kg/cm²)、454psi(31.92kg/cm²)和654psi(45.98kg/cm²)。总之，以同等重量或成本基础比较，掺有本发明纤维的增强混凝土的性能类似于和/或好于用市场上可得到的最好钢纤维增强的混凝土。进行下面的性能相关试验以测定本发明纤维的物理特性：1)具有不同纤维用量的新浇混凝土的性能；2)硬化混凝土的性能如压缩强度、静态模量、静态抗弯强度和容重；3)借助负荷挠度曲线通过ASTM方法的韧度指数；4)四种纤维增强混凝土的负荷挠度曲线的比较；5)按照Japanese Society of Civil Engineers规范计算的韧度因子和等效抗弯强度的比较；和6)按照ASTM C1399试验过程评价由全部四种混合物制备的试样的平均残余强度(ARS)。

材料

在该实验中使用并测试本文描述的混杂纤维。使用满足ASTM C150要求的I/II型普通波特兰水泥。水泥由Dakotah Cement，South Dakota提供。使用的粗骨料为粉碎的石灰石，从Rapid City，South Dakota的本地源得到。所用骨料的最大尺寸为19mm(3/4”)，吸收率为0.45％。使用的细骨料为天然砂，水吸收系数为1.6％。粗骨料和细骨料都符合ASTM C33的分级要求。使用的水为Rapid City Municipal供水系统的自来水。

混合物

制备总共四种混合物。加入到混凝土的纤维用量为混凝土的0.5体积％、1.0体积％、1.5体积％和2.0体积％。对于具有0.5体积％和1.0体积％纤维的两种混合物，水灰比保持恒定在0.5，对于具有更高纤维用量(1.5体积％和2.0体积％)的混凝土，水灰比增加到0.55。混合物比例和名称提供在下面的表4中。

混合过程

在9立方英尺容量的混合机中进行全部混合。精确称量纤维并存放在单独的塑料容器中。首先制备缓冲混合物。接着，将粗骨料加入到混合机内。然后，加入砂和三分之二的水，并混合1分钟。然后与其余的三分之一水一起加入水泥。加入本发明的纤维，混合成分3分钟。3分钟静置期后，混合物经历2分钟的最后混合阶段以完全分布纤维。

测试试样

由每种混合物浇注下面的试样：1)用于ASTM韧度试验的四个101x101x356mm(4英寸x4英寸x14英寸)梁；2)用于ARS试验(ASTM C1399) 的四个101x101x356mm(4英寸x4英寸x14英寸)梁；3)用于压缩强度和静态模量的三个152x304mm(6英寸x12英寸)柱；4)用于冲击试验的10个152x63mm(6英寸x2.5英寸)柱。按照ASTM标准浇注试样，并在室温下用塑料薄膜盖24小时。然后将试样放在石灰饱和的保持在22.22℃(72℉)的水槽中，并保持在水中直到测试它们的14天强度。

新浇混凝土测试

测试新混合混凝土的坍落度(ASTM C143)、含气量(ASTM C231)、新浇混凝土容重(ASTM C138)和混凝土温度。没有观察到由于加入纤维引起的成球或离析。

硬化混凝土测试

1.静态模量和压缩强度

测试柱在28天时的静态模量(ASTM C649)和压缩强度(ASTM C39)。

2.静态弯曲试验

在28天时测试梁的静态抗弯强度(ASTM C1018)。跨度距离为12英寸(30.5cm)。这个试验为挠度控制的试验。按照ASTM C1018，挠曲速率保持在0.002-0.004英寸/分钟(0.005-0.010厘米/分钟)的范围内。记录每个梁的初裂处负荷和达到的最大负荷。由得到的负荷和挠度，绘制负荷-挠度曲线，通过ASTM方法从其计算韧度指数和残余强度因子。

使用符合ASTM标准的试验装置进行挠度测量。使用专门设计的框架安装千分表。这个框架只在四个点处被支撑，并在支撑物上方的中性轴上。固定千分表使得它能接触底面的中心点。这种布置允许测量排除任何由混凝土在支撑和负荷点处粉碎引起的额外变形和试验框架中引起的任何变形和应变的真实挠度。由于挠度是在中点处测量，因此梁的任何轻微翘曲或扭曲都不影响测量的真实挠度。因而测量的挠度是梁的真实挠度。

3.负荷挠度行为

曲线下的面积代表梁吸收的能量。对于初裂前和初裂后的数据都绘制负荷挠度曲线。通过使用这些曲线计算韧度指数和残余强度指数。

4.弯曲韧度(能量吸收)

通过加入纤维可相当大地提高混凝土的韧度或能量吸收。韧度指数为在断裂模量试验中挠曲100mm(4英寸)梁所需能量量的度量。控制纤维增强混凝土韧度指数的最重要变量为纤维效率。影响韧度指数的其它参数为裂缝位置、纤维类型、纤维的纵横比、体积分数和分布。利用纤维抽出基材的阻力控制纤维效率，阻力是由于纤维基材界面处的粘结强度形成的。与可能发生的较快速和突变失效(如果纤维是脆性的并具有很小或没有伸长率地在受拉时失效的话)相比，纤维的抽出型失效的优点在于它是渐进的和延性的。纤维抽出或断裂取决于纤维的屈服强度、基材和纤维之间的粘结和固定。

韧度指数(ASTM C1018)为无因次参数，其定义或指纹图示出负荷挠度曲线的形状。根据三种使用寿命定义指数，并确定为初裂挠度的倍数。通过除负荷挠度曲线下直到初裂挠度的总面积计算指数。在初裂挠度的三倍处计算韧度指数I5。同样，I10、I20和I30分别为直到初裂挠度5.5、10.5和15.5倍处的指数。

5.平均残余强度试验

在对试样加载前，设定压板或十字头移动的速度为0.65+/-0.15mm/min(0.025+/-0.005in/min)，必要时使用机械千分表。使样品梁向相对于它的成型位置侧转，并放在钢板的上面用试样加负荷。板和梁被放在支撑装置上，从而钢板在下面的承重块中心上，混凝土梁集中在钢板上。根据选择的装置调整位移传感器以得到净挠度。在试验中使用Mega-Dac数据获取系统(注：不锈钢板的目的是在初始负荷循环中支撑试验梁并帮助控制开裂时预料的试样高挠曲速度。在钢板中设置中心孔以容纳放置直接靠着试样底部的位移传感器探针。)

激活数据获取系统，它响应全部负荷和位移传感器的信号。然后，以设定速度为试样和钢板组合加负荷，并持续负荷直到试样开裂或达到0.50mm(0.02in)的挠度，无论哪个首先发生。如果在这个阶段没有发生开裂，则试验被视为无效。按照试验方法C78，不使用最大负荷计算断裂模量，因为这种负荷包括钢板以及混凝土试样带来的负荷。

预想到只为开裂的梁试样重新加负荷，移去钢板，开裂的梁放到下面的承重块中心上，承重块保持与在初始加载试验循环期间相同的方向。按照得到净挠度的选定方法调整位移传感器轻微接触梁样品，从而当梁再负荷时立即得到读数。使挠度记录装置再次回到零，并在规定速度下再加负荷。在从再负荷开始测量的挠度为1.25mm(0.50in)时终止试验。

使用Excel包绘制图形，通过下面给出的式计算残余强度。

试验仪器和设置

试验仪器满足ASTM标准。使用专门设计的框架安装具有0.0025-mm(0.0001-in)分辨度的千分表。该框架只支撑在四个点上，并位于支撑的中性轴上。固定千分表使得它正接触底面的中心点。这种布置使真实挠度的测量成为可能，排除了任何由于混凝土在支撑和负荷点的粉碎引起的额外变形和任何在试验框架中诱导的变形和应变。由于挠度是在中心点处测得，因此梁的任何轻微翘曲或扭曲都不会影响测量的真实挠度。除了千分表外，还安装LVDT，并通过数据获取系统记录挠度。这些读数用于校验千分表读数。

计算

使用下式计算再负荷挠度为0.50、0.75、1.00和1.25mm(0.02、0.03、0.04和0.05in)时负荷的平均残余强度：

ARS＝((P_A+P_B+P_C+P_D)/4)xK

其中K＝1/bd²，mm^-2(in^-2)

和ABS＝平均残余强度，Mpa(psi)

P_A+P_B+P_C+P_D＝指定挠度时的记录负荷，N(1bf)

1＝跨度长度，mm(in)

b＝试样平均宽度，mm(in)和

d＝试样平均深度，mm(in)

冲击试验

通过落锤试验方法(ACI Committee544)测试试样在陈化14天时的冲击强度。在这种方法中，设备由标准手动操作的具有457mm(18in)落差(drop)的4.54kg(101bs)重物(压实工具)、63.5mm(2-1/2in)直径的硬化钢球、具有定位支架和四个定位突缘的扁钢底座组成。将试样放在底座上，它的粗糙表面向上。将硬化钢球放在试样上面并在四个定位支架内。放置压实工具，其底在钢球上。在平的刚性表面上进行试验以最小化能量损失。使锤连续降落，记录在试样上导致第一个可见裂缝需要的击打次数。还用使裂缝充分断开从而试样片接触底座上四个定位突缘中至少三个所需要的击打次数来记录试样至最终断裂的冲击阻力。

试验结果

1.新浇混凝土性能

记录室内温度、湿度和混凝土温度，确保所有混合在相似条件下进行。室内温度和湿度分别在65℉-85℉和35％-45％的范围内变化。混凝土温度从65变化到73℉(18.3-22.8℃)。较高量纤维混凝土的容重稍微低于具有较低纤维量的混凝土。新浇混凝土性能提供在表5中。

2.可加工性

试验结果表明，即使加入纤维，也能保持令人满意的可加工性。混凝土在约40-45分钟内开始硬化。纤维混合良好并均匀地分布在整个混凝土中。总之，没有桥连、泛浆或离析。即使坍落度值随着纤维的加入表现出降低趋势，在使用台式振动器放置并捣实混凝土中也没有遇到困难。

3.含气量

含气量从1.4到1.8％。没有使用加气剂。因此测得的空气被认为是残存空气。

硬化混凝土性能

1.压缩强度&静态模量试验

压缩强度试验的结果列在表6中，并显示存在压缩强度变化。压缩强度取决于水灰比和含气量。如果水灰比较低，则压缩强度将较高。同样，如果含气量较高，则压缩强度将较低。具有0.50w/c比的混合物E1和E2的平均压缩强度分别为4960psi(349kg/cm²)和4760psi(335kg/cm²)。这种轻微变化在混凝土试验预料的正常变化内。具有0.55w/c比的混合物E3和E4的平均压缩强度分别为3570psi(251kg/cm²)和3860psi(271kg/cm²)。

由于混凝土压缩强度变化，为了比较在相等压缩强度基础上的所有混凝土混合物的抗弯强度、初裂强度和初裂韧度，使用归一化过程。在混合物E1的压缩强度上进行比较，E1为4960psi(349kg/cm²)。在文献和代码中已很好地确立混凝土的抗弯强度与混凝土压缩强度的平方根成比例地变化(ACI代码318)。因此，为了计算归一化抗弯强度，使用下面的方程。

f_{r} = \frac{f_{ra} \sqrt{4960}}{\sqrt{f_{c}^{'}}}

其中f_ra为实际测量的抗弯强度，f’_c为这种具体混凝土的压缩强度。表7-9中给出的值为归一化值。与素混凝土的脆性断裂相比，在测试压缩强度的同时观察到韧性断裂模式。纤维增强的混凝土柱继续支撑负荷并经历变形而没有完全断成块。断裂模式从脆性断裂到韧性断裂的变化主要归功于纤维的加入。

静态模量试验主要作为质量控制的手段。结果表明，混合物相当一致，纤维的加入对静态模量没有影响。静态模量值提供在表6中。

2.静态抗弯强度(断裂模量)

静态抗弯强度试验结果、初裂负荷、最终负荷和弯曲应力提供在表7中。当纤维混凝土梁在弯曲下被施加负荷时，行为大致为线性，直到初裂，然后曲线为显著非线性的，并在极限强度处或在最大持续负荷处达到它的峰值。相反，对照(素)混凝土梁将在初裂出现时立即断裂，因此初裂强度和抗弯强度(断裂模量)对于对照混凝土是一样的。显著影响抗弯强度和韧度的因素是纤维类型和纤维体积。初裂强度变化对纤维含量示于图7中。如图所示，当纤维含量从0.5％增加到2.0％时，初裂强度增加。断裂模量(静态抗弯强度)对纤维含量示于图8。如图所示，对于1.5％和2.0％的纤维含量，抗弯强度显著增加。混合物E1和E2的平均抗弯强度分别为643psi(45kg/cm²)和658psi(46kg/cm²)，而对于混合物E3和E4，强度分别为720psi(51kg/cm²)和731psi(51kg/cm²)，有13.7％的增加。

3.ASTM韧度指数和残余强度

计算的ASTM韧度指数和残余强度提供在表8中。初裂韧度对纤维含量示于图9，ASTM韧度指数I5、I10、I20和I30示于图10。试验结果表明，当向混凝土中加入本发明的纤维时，混凝土的韧度和延性提高。此外，试验结果表明，较高的纤维含量产生较高的韧度和延性。

4.计算弯曲韧度因子和等效抗弯强度的日本标准方法

除了ASTM C-1018韧度指数外，还计算所有试样的由Japanese Societyof Civil Engineers(JSCE)指定的等效抗弯强度和弯曲韧度，并提供在表9中。日本韧度和等效弯曲强度随纤维含量从0.5体积％增加到2.0体积％的变化分别示于图11和12。结果表明，存在韧度和等效抗弯强度随纤维含量增加而增加的非常清楚的指示，并且这种增加与纤维含量的增加大致成线性。当纤维含量从0.5％增加到2.0％时，韧度从108in-1bs(1.24kg-m)增加到304in-1bs(3.5kg-m)。纤维含量从0.5％增加到2.0％时，等效抗弯强度从244psi(17.2kg/cm²)增加到679psi(47.7kg/cm²)。

5.冲击强度

落锤(ACI Committee544)冲击试验结果提供在表10中。初裂和最终断裂的冲击次数对纤维含量示于图14。通过较简单的试验，如果测试较多的10个试样，则平均值定性地代表材料耐冲击性的良好指标。试验每种混凝土的试样，平均值绘制在图14中。耐冲击性随纤维含量的增加而相当大地增加。从前面的试验已明确得知，素混凝土耐冲击性将是具有0.25-2.0体积％的纤维混凝土耐冲击性的1/6至1/15。

6.平均残余强度

试验四个梁的纤维含量。梁的平均宽度和深度、在挠度为0.50、0.75、1.0和1.25mm(0.020、0.030、0.040、0.050英寸)时再负荷得到的负荷和平均残余强度(ARS)提供在表11中。通过再负荷和再试验预开裂梁(没有钢板)得到的负荷-挠度曲线提供在图15-26中。全部四种纤维增强混凝土的计算ARS值示于图7中。试验结果表明，平均残余强度随纤维含量增加而相当大地增加。对于0.5、1.0、1.5和2.0体积％的纤维含量，ARS值分别为234psi(16.5kg/cm²)、451psi(31.7kg/cm²)、454psi(31.9kg/cm²)和654psi(46.0kg/cm²)。当纤维含量从0.5体积％增加到2.0体积％时，可看到获得180％的ARS增加。

由于ARS值只归因于纤维的影响，与混凝土的压缩强度无关，因此ARS值未被归一化。混合物E1(具有0.5％的纤维)和E2(具有1.0％的纤维)分别具有4960psi和4760psi的压缩强度，而混合物E3(具有1.5％的纤维)和E4(具有2.0％的纤维)具有较低的压缩强度，分别为3570psi(251kg/cm²)和3860psi(271kg/cm²)。尽管这些压缩强度较低，观察到了ARS的显著增加。

结论

上面讨论的试验结果导致下面的结论和观察。首先，可在混凝土中掺入本发明的混杂纤维高达2.0体积％，而不会导致任何成球、堵塞和离析。另外，利用加入用量为0.5、1.0、1.5和2.0体积％的四种纤维含量，保持了令人满意的可加工性。与素混凝土相比，初裂强度、抗弯强度和ASTM韧度与日本韧度值都有相当大的增加。初裂强度随较高的纤维含量增加。此外，与素混凝土相比，当本发明的纤维掺入到混凝土中时，耐冲击性大大提高。耐冲击性随纤维含量增加而提高。重要地是，通过使用本发明的纤维获得的耐冲击性与具有体积百分比纤维含量的最好钢纤维增强混凝土相同或高于它。另外，对于使用本发明纤维的全部纤维增强混凝土混合物，当被压缩或弯曲时，断裂模式从脆性断裂变为韧性断裂。这种韧性随纤维含量增加而增加。此外，掺有本发明纤维的混凝土按ASTM C1399试验过程计算的平均残余强度(ARS)非常高，这表明纤维在支撑开裂后负荷上非常有效。ARS值随纤维含量增加而增加。当纤维含量从0.5体积％增加到2.0体积％时，ARS值增加180％。尽管压缩强度从4960psi(349kg/cm²)降低到3860psi(271kg/cm²)，但仍发生这种增加。因此，在相等重量或成本基础上比较，本发明的纤维增强混凝土混合物的性能类似于或超过用市场上可得到的最好钢纤维增强的混凝土。

表4

混合物比例

表5

新浇混凝土性能

混合物名称	室内温度℉(℃)	室内湿度	混凝土温度 ℉ (℃)	单位重量 1b/ft³ (kg/m³)	初始坍落度 (cm)	空气含量 (％)
							E1 E2 E3 E4	65 (18)85 (29)80 (27)85 (29)	45 35 45 40	64.8 (18.2)69.1 (20.6)70.9 (21.6)73.2 (22.9)	147.6 (2364.5)146 (2338.9)145.2 (2326.1)145.2 (2326.1)	1.25 (3.18)0.75 (1.91)0.40 (1.02)0.25 (0.64)	1.8 1.8 1.4 1.4

SI单位转换

1in＝2.54cm

℉＝5/9(℉-32)℃

ft³＝0.02832m³

1b/ft³＝16.02kg/m³

表6

圆柱体压缩强度和静态模量

试样ID	陈化 (天数)	直径in. (cm)	长度in. (cm)	单位重量1b/ft³ (kg/m³)	静态模量10^-6psi (kg/cm²)	压缩强度psi (kg/cm²)
							E1-1 E1-2 E1-3 平均标准偏差％C.V	14 14 14	5.995 (15.227)6.025 (15.304)6.001 (15.243)	12.042 (30.587)11.958 (30.373)12.083 (30.691)	149 (2387)150 (2403)151 (2419)150 (2403)1.00 0.67	3.90 (0.274)3.86 (0.271)3.89 (0.273)3.88 (0.272)0.02 0.54	5225 (367)4770 (335)4880 (343)4960 (349)237 4.79
E2-1 E2-2 E2-3 平均标准偏差％C.V	14 14 14	6.078 (15.438)5.989 (15.212)6.000 (15.240)	12.083 (30.691)12.167 (30.904)12.083 (30.691)	146 (2339)150 (2403)149 (2387)148 (2371)2.08 1.40	3.79 (0.267)3.90 (0.274)3.89 (0.273)3.86 (0.271)0.06 1.58	4640 (326)4950 (348)4685 (329)4760 (335)168 3.52
							E3-1 E3-2 E3-3 平均标准偏差％C.V	14 14 14	6.012 (15.271)6.000 (15.240)5.967 (15.156)	12.167 (30.904)12.000 (30.480)12.083 (30.691)	147 (2355)148 (2371)149 (2387)148 (2371)1.00 0.68	3.87 (0.272)3.89 (0.273)3.28 (0.231)3.68 (0.259)0.35 9.42	3435 (242)3820 (269)3450 (243)3570 (251)218 6.11
E4-1 E4-2 E4-3 平均标准偏差％C.V	14 14 14	5.973 (15.171)6.006 (15.255)5.991 (15.171)	12.083 (30.691)12.042 (30.587)12.083 (30.691)	147 (2355)147 (2355)146 (2339)147 (2355)0.58 039	3.27 (0.230)3.24 (0.228)3.25 (0.229)3.25 (0.229)0.02 0.47	3785 (266)3850 (271)3940 (277)3860 (271)78 2.02

SI单位转换

1inch＝2.54cm 11b＝0.4536kg

1psi＝703kg/m₂ 1b/ft³＝16.02kg/m³

表7

初裂强度和最大抗弯强度-14天

SI单位转换

1inch＝25.4mm 11b＝0.4536kg 1psi＝703kg/m²

表9

日本标准-韧度&等效抗弯强度-14天

混合物类型	试样#	陈化(天数)	韧度inch-1bs(Nm)	等效抗弯强度psi(kg/cm²)
					E1	E1-1E1-2E1-3E1-4平均	14.014.014.014.0	93.5(10.6)101.1(11.4)99.7(11.3)137.5(15.6)107.9(12.2)	219(15.4)226(15.8)226(15.8)304(21.4)244(17.2)
E2	E2-1E2-2E2-3E2-4平均	14.014.014.014.0	177.2(20.0)202.1(22.9)154.6(17.5)164.3(18.6)174.6(19.7)	428(30.1)434(30.5)343(24.1)377(26.5)395(27.8)
					E3	E3-1E3-2E3-3E3-4平均	14.014.014.014.0	250.3(28.3)240.1(27.2)320.7(36.3)368.6(41.7)294.9(33.4)	542(38.1)523(36.8)657(46.2)776(54.6)624(43.9)
E4	E4-1E4-2E4-3E4-4平均	14.014.014.014.0	290.2(32.8)213.9^*(24.2)331.5(37.5)290.5(32.9)304.1(34.4)	642(45.1)482^*(33.9)744(52.3)651(45.8)679(47.7)

^*作为非正常值删除

转换因子：

1psi＝703kg/m²

1in-1b＝0.113Nm

表10

冲击试验结果-14天

如上所述，期待本发明的纤维组合物的实施方案能为各种胶结材料包括沥青基材料提供改进的性能。例如，在沥青路面试验片中使用量为约2.0至约3.3磅/吨的本发明实施方案连同油乳剂和骨料(3/8”(1cm)石灰石碎片)，并监测由典型环境磨损和使用引起的表面损伤和破坏。试验片为全宽度(路面边缘到路面边缘)。没有使用本发明纤维组合物的冷拌混合料沥青路面出现了表面损伤，如在斜坡、转弯和新铺设道路的阴暗区上散开。表面损伤是由归因于重型车轴负荷如卡车和农场设备运输的纵向和横向分离引起的。道路养护车辆如扫雪机和它们的除雪方法加重了表面损伤。试验结果表明，确实使用了本发明纤维组合物的沥青路面区域相对于没有使用用本发明纤维组合物增强的沥青材料的路面区域，表现出小的或没有纵横或横向分离。在冷拌混合料沥青中，认为本发明的实施方案可提高路面使用期限从两年到三年到高达十年。

上述实施例说明，本发明的混杂纤维当用于建筑材料如胶结材料时，能与大多数或全部现有技术的增强纤维包括钢增强纤维表现一样好或更好。此外，上述试验说明，较少含量的纤维就能提供大大改善的结果。这些观察是令人惊奇和未曾预料的。

本发明的合成纤维增强材料和形成它的方法可用于形成由例如胶结材料形成的建筑材料，这种建筑材料表现出降低的渗透性、提高的疲劳强度、提高的韧度和减少的塑性收缩。

尽管上述描述已必要地提供了有限量的发明实施方案，但相关领域中的那些普通技术人员能认识到，本领域技术人员可对为说明本发明特征而在本文中描述和图示的构造、组成、细节、材料和元件布置进行各种变化，所有这种变化都保持在本文附加权利要求中所表达的发明原理和范围内。另外，尽管上述详细描述涉及到增强纤维掺入到胶结材料如混凝土和沥青中的实施方案，但应认识到，本发明具有更宽泛的应用，例如可与能掺入合适增强纤维的全部建筑材料结合使用。本发明的所有这种另外应用也都在附加权利要求所体现的发明原理和范围内。

Claims

1.一种纤维增强材料，包括

每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸。

2.权利要求1的纤维增强材料，其中所述缠绕程度小于2.2匝/英寸。

3.权利要求1的纤维增强材料，其中所述缠绕程度为大于0.9匝/英寸且小于等于1.1匝/英寸。

4.权利要求1的纤维增强材料，其中所述缠绕程度为1.1匝/英寸。

5.权利要求1的纤维增强材料，其中所述绞线为每个单丝750但尼尔。

6.权利要求1的纤维增强材料，其中所述绞线为由聚丙烯和聚乙烯形成的共聚物。

7.权利要求6的纤维增强材料，其中所述共聚物为75至80wt％的聚丙烯和20至25wt％的高密度聚乙烯。

8.权利要求6的纤维增强材料，其中所述聚丙烯为低熔点聚丙烯，所述聚乙烯为高密度聚乙烯。

9.权利要求1的纤维增强材料，其中所述纤维束为非互连的。

10.权利要求1的纤维增强材料，其中所述单丝为非原纤维化的。

11.一种胶结材料用增强物，包括

每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，所述多根单丝为缠绕构造，缠绕程度大于0.9匝/英寸。

12.权利要求11的胶结材料用增强物，其中所述缠绕程度小于2.2匝/英寸。

13.权利要求11的胶结材料用增强物，其中所述缠绕程度为大于0.9匝/英寸且小于等于1.1匝/英寸。

14.权利要求11的胶结材料用增强物，其中所述缠绕程度为1.1匝/英寸。

15.权利要求11的胶结材料用增强物，其中所述胶结材料为混凝土。

16.一种胶结材料用增强物，包括：

多根聚烯烃单丝，所述多根聚烯烃单丝为缠绕构造，所述多根聚烯烃单丝为每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述胶结材料为沥青。

17.一种增强的胶结材料，包括

胶结体；和

分散在整个胶结体内的纤维组分，所述纤维组分是每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸。

18.权利要求17的增强的胶结材料，其中所述缠绕程度小于2.2匝/英寸。

19.权利要求17的增强的胶结材料，其中所述缠绕程度为大于0.9匝/英寸且小于等于1.1匝/英寸。

20.权利要求17的增强的胶结材料，其中所述缠绕程度为1.1匝/英寸。

21.权利要求17的增强的胶结材料，其中所述绞线为由聚丙烯和聚乙烯形成的共聚物。

22.权利要求21的增强的胶结材料，其中所述共聚物为75-80wt％的聚丙烯和20-25wt％的高密度聚乙烯。

23.权利要求17的增强的胶结材料，其中所述组分的长度为19-60mm。

24.权利要求17的增强的胶结材料，其中所述单丝为非原纤维化的，所述纤维束为非互连的。

25.权利要求17的增强的胶结材料，其中所述胶结体为混凝土。

26.一种增强的胶结材料，包括

胶结体；和

分散在整个胶结体内的纤维组分，所述纤维组分是每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述胶结体为沥青。

27.胶结材料用增强材料，其是通过将每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线缠绕形成纤维束以混合到胶结体中而形成的，缠绕程度大于0.9匝/英寸。

28.权利要求27的增强材料，其中所述缠绕程度小于2.2匝/英寸。

29.权利要求27的增强材料，其中所述缠绕程度为大于0.9匝/英寸且小于等于1.1匝/英寸。

30.权利要求27的增强材料，其中所述缠绕程度为1.1匝/英寸。

31.权利要求27的增强材料，其中所述胶结体为混凝土。

32.胶结材料用增强材料，其是通过将多根聚烯烃单丝绞线缠绕形成纤维束以混合到胶结体中而形成的，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述胶结体为沥青。

33.一种增强的胶结材料，包括

分布在胶结材料基材内的合成纤维混合物，所述合成纤维混合物包括：

第一纤维组分，该第一纤维组分由均聚物聚丙烯纤维形成；和

与第一纤维组分分离的第二纤维组分，该第二纤维组分为由聚丙烯和高密度聚乙烯形成的共聚物，所述第二纤维组分为缠绕形成非互连束的多根单丝，所述多根单丝为每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述多根单丝在不存在润湿剂的情况下缠绕形成非互连的束。

34.权利要求33的增强胶结材料，其中所述第一纤维组分与第二纤维组分在不存在润湿剂的情况下混合。

35.权利要求33的增强胶结材料，其中所述第一纤维组分为每个单丝100至20,000但尼尔，所述第二纤维组分为每个单丝350至6000但尼尔。

36.一种纤维增强材料，包括：

每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述多根单丝绞线在不存在润湿剂的情况下缠绕形成非互连的束。

37.一种纤维增强材料，包括：

每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述多根单丝绞线形成第一纤维组分，所述纤维增强材料进一步包括第二纤维组分，所述第二纤维组分与第一纤维组分分离并且为原纤维化的，所述第二纤维组分由均聚物材料形成。

38.权利要求37的纤维增强材料，其中所述第一纤维组分存在量为50至95wt％，所述第二组分存在量为5至50wt％。

39.权利要求37的纤维增强材料，其中所述第一纤维组分与第二纤维组分在不存在润湿剂的情况下混合。

40.权利要求37的纤维增强材料，其中所述第一纤维组分的纤维长度为19至60mm，所述第二纤维组分的纤维长度为19至60mm。

41.权利要求37的纤维增强材料，其中所述第一纤维组分第二纤维组分的纤维长度相同。

42.权利要求37的纤维增强材料，其中所述第一纤维组分为由主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，所述第二纤维组分为由均聚物聚丙烯纤维形成的。

43.权利要求37的纤维增强材料，其中所述第二纤维组分为每个单丝100至20,000但尼尔。

44.胶结材料用增强物，包括：

多根聚烯烃单丝，所述多根聚烯烃单丝为缠绕构造，所述多根聚烯烃单丝为每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述多根单丝在不存在润湿剂的情况下缠绕形成非互连的束。

45.胶结材料用增强物，包括：

多根聚烯烃单丝，所述多根聚烯烃单丝为缠绕构造，所述多根聚烯烃单丝为每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述多根单丝形成第一纤维组分，所述胶结材料用增强物进一步包括第二纤维组分，所述第二纤维组分与第一纤维组分分离并且为原纤维化的，所述第二纤维组分由均聚物材料形成。

46.权利要求45的胶结材料用增强物，其中所述第一纤维组分的存在量为50至95wt％，所述第二纤维组分的存在量为5至50wt％。

47.权利要求45的胶结材料用增强物，其中第一纤维组分与第二纤维组分在不存在润湿剂的情况下混合。

48.权利要求45的胶结材料用增强物，其中所述第一纤维组分的纤维长度为19至60mm，所述第二纤维组分的纤维长度为19至60mm。

49.权利要求45的胶结材料用增强物，其中所述第一纤维组分第二纤维组分的纤维长度相同。

50.权利要求45的胶结材料用增强物，其中所述第一纤维组分为由主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，所述第二纤维组分为由均聚物聚丙烯纤维形成的。

51.权利要求45的胶结材料用增强物，其中所述第一纤维组分为每个单丝350至6000但尼尔，所述第二纤维组分为每个单丝100至20,000但尼尔。

52.权利要求45的胶结材料用增强物，其中所述第一纤维组分由70-80wt％的聚丙烯和20-30wt％的高密度聚乙烯形成。

53.一种增强的胶结材料，包括

胶结体；和

分散在整个胶结体内的纤维组分，所述纤维组分是每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述多根单丝绞线在不存在润湿剂的情况下缠绕形成非互连的束。

54.一种增强的胶结材料，包括

胶结体；和

分散在整个胶结体内的纤维组分，所述纤维组分是每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述多根单丝绞线形成第一纤维组分，所述增强的胶结材料进一步包括第二纤维组分，所述第二纤维组分与第一纤维组分分离并且为原纤维化的，所述第二纤维组分由均聚物材料形成。

55.权利要求54的增强的胶结材料，其中所述第一纤维组分的存在量为50至95wt％，所述第二纤维组分的存在量为5至50wt％。

56.权利要求54的增强的胶结材料，其中所述第一纤维组分与第二纤维组分在不存在润湿剂的情况下混合。

57.权利要求54的增强的胶结材料，其中所述第一纤维组分的纤维长度为19至60mm，所述第二纤维组分的纤维长度为19至60mm。

58.权利要求54的增强的胶结材料，其中所述第一纤维组分第二纤维组分的纤维长度相同。

59.权利要求54的增强的胶结材料，其中所述第一纤维组分为由主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，所述第二纤维组分为由均聚物聚丙烯纤维形成的。

60.权利要求54的增强的胶结材料，其中所述第二纤维组分为每个单丝100至20,000但尼尔。

61.权利要求54的增强的胶结材料，其中所述第一纤维组分和第二纤维组分形成合成纤维混合物，所述合成纤维混合物在胶结体中的存在量为0.1至2.0体积％。

62.权利要求61的增强的胶结材料，其中所述合成纤维混合物在胶结体中的存在量为0.3至2.0体积％。

63.权利要求61的增强的胶结材料，其中所述合成纤维混合物在胶结体中的存在量为0.5至2.0体积％。

64.胶结材料用增强材料，其是通过将多根聚烯烃单丝绞线缠绕形成纤维束以混合到胶结体中而形成的，所述多根聚烯烃单丝绞线为每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述多根单丝绞线在不存在润湿剂的情况下缠绕形成非互连的束。

65.胶结材料用增强材料，其是通过将多根聚烯烃单丝绞线缠绕形成纤维束以混合到胶结体中而形成的，所述多根聚烯烃单丝绞线为每个单丝为350至6000但尼尔的多根聚烯烃单丝绞线，绞线缠绕形成纤维束，缠绕程度大于0.9匝/英寸，其中所述多根单丝绞线形成第一纤维组分，所述增强的胶结材料进一步包括第二纤维组分，所述第二纤维组分与第一纤维组分分离并且为原纤维化的，所述第二纤维组分由均聚物材料形成。

66.权利要求65的增强材料，其中所述第一纤维组分的存在量为50至95wt％，所述第二纤维组分的存在量为5至50wt％。

67.权利要求65的增强材料，其中第一纤维组分与第二纤维组分在不存在润湿剂的情况下混合。

68.权利要求65的增强材料，其中所述第一纤维组分的纤维长度为19至60mm，所述第二纤维组分的纤维长度为19至60mm。

69.权利要求65的胶结材料用增强材料，其中所述第一纤维组分第二纤维组分的纤维长度相同。

70.权利要求65的增强材料，其中所述第一纤维组分为由主要量的聚丙烯和次要量的高密度聚乙烯形成的共聚物，所述第二纤维组分为由均聚物聚丙烯纤维形成的。

71.权利要求65的增强材料，其中所述第一纤维组分为每个单丝350至6000但尼尔，所述第二纤维组分为每个单丝100至20,000但尼尔。

72.权利要求65的增强材料，其中第一纤维由70至80wt％聚丙烯和20至30wt％的高密度聚乙烯形成。