《Materials Today Sustainability》：Polyethylene Terephthalate Fiber Reinforcement for Enhanced Concrete Mechanical and Durability Performance: A Review
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这篇综述全面梳理了PET纤维在混凝土中的应用研究，系统归纳了纤维的制备方法、基本性能，并重点评估了其对混凝土工作性、力学性能（抗压、劈裂抗拉、抗折、抗冲击）及耐久性（密度、吸水率、超声波脉冲速度、收缩、耐酸性）的影响。文章指出，PETF可显著提升混凝土的延性和抗裂性，是兼顾环保与性能提升的可持续建筑材料，但需进一步研究以解决性能波动和标准化应用问题。
在建筑材料领域，混凝土因其出色的抗压能力和长使用寿命而成为全球应用最广泛的材料，但其固有的低抗拉强度和较差的抗裂性限制了其应用范围。为了弥补这些缺陷，纤维增强混凝土应运而生，通过在混凝土基质中添加纤维，可以显著提升其抗拉、抗弯性能以及韧性。在众多纤维材料中，从回收塑料瓶获得的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，为混凝土增强提供了一种兼具环保与性能潜力的创新选择。
PETF制备方法
PETF的制备始于回收的PET塑料瓶，处理方法多样。基本流程包括收集、清洁和切割。为了改善纤维与混凝土基质的粘结，直纤维常被改造成卷曲、扭曲或压花等形态，或通过机械碎纸机切成规定宽度的条带，再用闸刀式切割机切成特定长度。例如，有研究采用长度为50毫米和30毫米的变形纤维，较长的纤维设计有三个凹口，较短的则有两个，这些凹口对于增强纤维在混凝土基质中的握裹力至关重要。此外，也有手工制备的方法，将PET瓶切成50至60毫米长、2至3.5毫米厚的纤维。一些研究还探索了“O”形等特殊几何形状的纤维，这些形状相比直纤维能提供更好的增强效果。
PETF的性能
不同研究中报道的PETF性能存在差异，主要体现在尺寸、力学性能和不同条件下的行为。纤维长度从0.5毫米到50毫米不等，宽度和厚度也各不相同，由此计算出的长径比差异显著。密度大约在0.91 g/cm3到1.38 g/cm3之间，抗拉强度范围从101 MPa到989 MPa，弹性模量在0.19 GPa到约0.705×104MPa之间。PETF通常化学惰性，不吸水，这使其在混凝土搅拌过程中易于分散。
PETF增强混凝土的坍落度
总体而言，添加PETF会降低混凝土的流动性。这是因为纤维增加了颗粒间的摩擦，使拌合物更难自由流动。研究表明，添加1%短纤维、0.25%短纤维、1%长纤维和0.25%长纤维分别使坍落度降低了36.36%、45.45%、27.27%和40.91%。纤维的较高表面积和尖锐边缘是导致工作性下降的主要原因。尽管坍落度降低，但通过使用减水剂可以最小化其负面影响，且含PETF的混凝土混合物仍然适用于预制和现浇混凝土应用。值得注意的是，使用较小尺寸的PETF或经硅灰涂覆的PETF可以改善流动性。
PET纤维混凝土的力学性能
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抗压强度：研究发现，添加PETF通常会降低混凝土的抗压强度。这归因于PETF的疏水性导致其与水泥基质粘结较弱，以及纤维形状限制了混凝土成分的运动，造成应力传递效率低下。较宽的纤维因光滑表面易导致骨料间滑移，从而降低抗压强度。然而，在轻质混凝土中，PETF可起到增韧和防止裂纹扩展的作用，带来一定益处。
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抗压破坏模式：与不加纤维的试件发生突然爆裂性破坏不同，含有PETF的试件在破坏时，纤维能够桥接裂缝，防止混凝土突然断裂和爆炸，从而避免了灾难性的突然倒塌，显著提高了混凝土的延性。
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劈裂抗拉强度：与抗压强度不同，添加PETF通常能提高混凝土的劈裂抗拉强度。这主要归功于纤维的桥接和阻裂作用。纤维在混凝土内部形成的交错网络结构延迟了裂纹发展，在荷载作用下，纤维的拔出和变形分别耗散和储存了能量。研究表明，添加1.5%、2%、2.5%和3%的PETF，试样的抗拉强度相比无纤维试样分别提高了44%、55%、66%和89%。较长的纤维因其更好的锚固作用，表现通常优于短纤维。
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劈裂抗拉破坏模式：无纤维的混凝土试件会突然裂成两半，而含有PETF的试件则出现裂纹但未完全分离，这表明PETF增强了混凝土的能量耗散能力，避免了突然破坏。环形PETF在抗拉性能上表现优于不规则形状的PETF。
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抗折强度：混凝土的抗折强度通常随PETF的添加而增加。纤维的加入提高了混凝土的延性和抗裂性，使拉应力分布更有效。研究发现，添加0.1%和0.3%的PETF不仅能有效改善抗折强度，还显著降低了混凝土的脆性。与钢纤维相比，PETF在提升抗折强度方面效果稍逊，但仍是一种经济有效的替代方案。
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抗折破坏模式：对比梁的破坏模式发现，无论是否添加PETF，其破坏模式和裂纹分布总体相似。然而，含有PETF的梁在破坏后，两部分之间会因纤维的“缝合”作用而保持一定连接，表现出更高的延性，这与无纤维梁完全断裂成两部分形成鲜明对比。
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抗冲击性：PETF的加入显著提高了混凝土的抗冲击性能。冲击试验通过记录产生第一条裂纹和最终破坏所需的锤击次数来评估。研究表明，较长的纤维在抗冲击方面表现更佳。例如，40毫米长的纤维在掺量为1.5%时，产生第一条裂纹和最终破坏的锤击次数分别提高了300%和833%，远优于10毫米和20毫米的纤维。纤维通过桥接裂缝，吸收了大量的冲击能量，从而延缓了破坏进程。
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抗冲击破坏模式：冲击破坏试验显示，PETF增强混凝土的破坏线呈分布式，而非控制组试样的直线型。较长的纤维能更有效地桥接混凝土试件，维持其在冲击荷载下的强度并减缓裂纹扩展。然而，所有混合物中都观察到了纤维拔出现象，这表明纤维与混凝土基质的粘结强度仍有提升空间。
耐久性方面
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密度和孔隙率：PETF的加入会降低混凝土的表观密度，这是因为PET材料的密度低于混凝土成分。同时，PETF还能减少混凝土中的孔隙率，因为均匀分布的纤维可以减少拌合物中的气泡和微裂纹。
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吸水率：所有含PETF的混凝土混合物的吸水率均高于不含纤维的基准组。吸水率随PETF掺量的增加而增加，这归因于纤维加入导致孔隙和空隙增多，使得水更容易渗入。
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超声波脉冲速度：随着PETF掺量的增加，超声波脉冲速度略有下降。这是由于PETF降低了混凝土的密度并增加了孔隙，超声波在穿过混凝土基质、塑料纤维及纤维造成的空气间隙时传播速度减慢。
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收缩：PETF能有效控制混凝土的塑性收缩和干燥收缩裂缝。当纤维体积分数超过0.5%时，其抑制裂缝的效果显著。在纤维几何形状方面，压花纤维因其最高的机械粘结强度，在控制收缩裂缝方面最为有效。较长的纤维和变形纤维在增强抗裂性方面也优于短而直的纤维。
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耐酸性：在硫酸环境中，含有PETF的混凝土立方体比不含纤维的试件表现出更少的侵蚀。这是因为PETF本身耐硫酸，且纤维通过桥接裂缝和降低渗透性，减少了酸液的侵入，从而延缓了混凝土的降解过程，提高了其在酸性环境下的耐久性。
总结与展望
这篇综述表明，回收PET瓶制成的PETF作为一种混凝土增强材料，展现出巨大的潜力。它能显著提高混凝土的延性、抗拉强度、抗折强度和抗冲击性，并有效控制收缩裂缝，在一定程度上提升耐久性。然而，PETF也会降低混凝土的工作性和抗压强度，且其性能表现受纤维尺寸、形状、掺量及混凝土配合比设计等多种因素影响，导致研究结果存在差异。未来需要进一步的研究来确定导致这些差异的确切参数，并建立标准化的应用指南，以推动PETF在混凝土中的实际工程应用，实现建筑材料的可持续发展。
