纖維混凝土的應(yīng)用及前景

陳坤

【摘 要】纖維混凝土?xí)r當(dāng)代迅速發(fā)展的新型復(fù)合建筑材料，尤其以鋼纖維混凝土及合成纖維混凝土發(fā)展最快。鋼纖維對(duì)混凝土具有顯著的阻裂、增強(qiáng)和增韌作用，經(jīng)過多年的研究和工程實(shí)踐，鋼纖維混凝土的優(yōu)良性能已經(jīng)得到全世界廣大工程界的認(rèn)可、在土木、水利等許多工程領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】鋼纖維混凝土

【中圖分類號(hào)】TV431+.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）03-0211-01

一、纖維混凝土概述

纖維增強(qiáng)混凝土簡稱纖維混凝土，它是以水泥漿、砂漿或者混凝土為基體，以金屬纖維、無機(jī)非金屬纖維、合成纖維或天然有機(jī)纖維為增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料。

纖維混凝土以其基體不同，可分為纖維水泥和纖維砂漿。

纖維混凝土，這里是狹義的纖維混凝土，專指基體含有粗骨料的混凝土。依基體混凝土的特征，又可以分為纖維輕質(zhì)混凝土、纖維膨脹混凝土、纖維高強(qiáng)混凝土等等。

纖維彈性模量是否高于基體混凝土的彈性模量，其增強(qiáng)增韌效果有明顯差異，故可分為兩類：高彈模纖維增強(qiáng)混凝土和低彈模纖維增強(qiáng)混凝土。其中高彈模纖維有：鋼纖維、不銹鋼纖維、石棉、礦棉、玻璃纖維、勞綸纖維、高彈模聚乙烯纖維等；低彈模纖維有：纖維素纖維、麻纖維、草纖維、聚丙烯纖維、尼龍纖維等。

為了獲得需要的纖維混凝土特性的較低成本，有時(shí)將兩種或者兩種以上纖維復(fù)合使用，稱為混雜纖維混凝土。

通常，纖維是短切、亂向、均勻分布于混凝土基體中。但是有時(shí)采用連續(xù)的纖維（如單絲、網(wǎng)、布、束等）分布于基體中，稱為連續(xù)纖維增強(qiáng)混凝土。

二、纖維混凝土的特性

由于混凝土材料本身抗拉強(qiáng)度低、韌性差等固有弱點(diǎn)在很長一段時(shí)間里限制了其材料本身優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，而采用纖維增強(qiáng)混凝土則是正確的解決途徑。纖維的摻入，使混凝土性能發(fā)生明顯改善，和普通混凝土相比，纖維混凝土具有以下特點(diǎn)：

1、在配合比設(shè)計(jì)和拌合工藝上采取相應(yīng)措施可使纖維在基體中分散均勻，拌合物具有良好的施工性能。拌合物的粘聚性增強(qiáng)，可用于某些特殊施工需要。

2、與普通混凝土相比，纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度均有提高，尤其對(duì)于高彈模纖維混凝土或者高含量纖維混凝土提高的幅度更大。

3、纖維在基體中科明顯降低早期收縮裂縫，并可降低溫度裂縫和長期收縮裂縫。

4、纖維混凝土的裂后變形性能明顯改善，彎曲任性（P-Δ曲線下某一變形前的面積）提高到幾倍到幾十倍，壓縮韌性也有一定程度提高，極限應(yīng)變提高。

5、纖維混凝土的收縮變形和徐變變形較基體混凝土有一定程度降低。

6、纖維混凝土的抗壓疲勞和彎拉疲勞性能，以及抗沖擊和抗爆炸性能顯著提高。

7、高彈模纖維增強(qiáng)混凝土用于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，可顯著提高構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度、抗沖切強(qiáng)度、局部受壓強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度并延緩裂縫出現(xiàn)，降低裂縫寬度，提高構(gòu)件的裂后剛度，提高構(gòu)件的延性。

8、由于纖維可降低混凝土微裂縫和阻止宏裂縫擴(kuò)展，故可使其耐磨性、耐空蝕性、耐沖刷性、抗凍融性和抗?jié)B性有不同程度的提高，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的防腐蝕有利。

9、纖維混凝土中纖維的耐腐蝕性和耐老化與纖維品種和基體特性有關(guān)。如在堿性環(huán)境中不受腐蝕、耐紫外線、耐候性好的碳纖維、石棉纖維等增強(qiáng)混凝土耐久性好。

三、纖維混凝土的工程應(yīng)用

纖維混凝土在工程中應(yīng)用比較廣泛、用量比較大的有石棉纖維水泥制品和玻璃纖維水泥制品，鋼纖維混凝土以及合成纖維混凝土。

石棉水泥最早在1879年問世，1900年奧地利人哈謝克發(fā)明了著名的哈謝克法生產(chǎn)石棉水泥板，使石棉水泥走向工業(yè)化生產(chǎn)和使用。石棉水泥工業(yè)在20世紀(jì)70年代到達(dá)高峰，全世界產(chǎn)量超過2000萬噸、而20世紀(jì)70年代中期，發(fā)現(xiàn)石棉粉塵有致癌危害，引起各國的密切關(guān)注，一些國家開始限制和減少石棉的開采和使用。到目前為止，全世界石棉水泥制品與非石棉水泥制品的產(chǎn)量仍在4：1左右。

玻璃纖維用于增強(qiáng)水泥以及混凝土最早于1957年由前蘇聯(lián)皮尤科維奇提出，并于1964年出版了關(guān)于玻璃纖維混凝土的專著。前蘇聯(lián)、中國、英國、德國等國開發(fā)研究焦躁。玻璃纖維水泥制品主要有玻璃纖維水泥波紋瓦、平板瓦、玻璃纖維水泥墻板、空心墻板、保溫復(fù)合墻板、永久模板、玻璃纖維水泥管、管襯、現(xiàn)澆空心樓板的圓孔內(nèi)模等。

鋼纖維混凝土?xí)r目前作為工程結(jié)構(gòu)材料用途最廣，用量較大的一種纖維混凝土。我國在20世紀(jì)70年代開始了鋼纖維混凝土的研究和應(yīng)用。剛纖維混凝土主要應(yīng)用領(lǐng)域有：公路路面、橋面、機(jī)場(chǎng)道面、碼頭鋪面和工業(yè)建筑地面；房屋和橋梁結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)；復(fù)雜應(yīng)力區(qū)；抗震框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、牛腿、剪力墻連梁；交通隧道、輸水隧洞的襯砌支護(hù)以及預(yù)制構(gòu)件、軍事工程等。

合成纖維用于增強(qiáng)水泥混凝土最早始于1965年由S.Goldfein提出，建議用聚丙烯纖維作為混凝土的摻合料，建造美國工兵部隊(duì)的防爆結(jié)構(gòu)。我國起步比較晚，目前應(yīng)用較多的纖維品種是聚丙烯纖維，尼龍纖維和高彈模聚乙烯纖維。主要應(yīng)用于：橋面板、路面、工業(yè)建筑地面，水池底板、池壁、渠道、輸水和排水管道、水工建筑物等。

四、纖維混凝土的發(fā)言前景

纖維混凝土在今30年中有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。隨著纖維和混凝土新材料的不斷出現(xiàn)，纖維混凝土理論和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，尤其是工程界對(duì)混凝土力學(xué)性能和耐久性能奧球越來越高，纖維混凝土的發(fā)展前景十分可觀。

1、鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)

鋼纖維用于增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)不僅僅是阻裂和增韌，在許多場(chǎng)合下鋼纖維參與結(jié)構(gòu)受力，從而改善無筋混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的性能。國外目前廣泛應(yīng)用于橋面板、工業(yè)地坪、隧洞噴射支護(hù)、除此之外在鋼筋高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土中采用鋼纖維增強(qiáng)和局部增強(qiáng)將是很有效的。

2、鋼纖維高性能混凝土

20世紀(jì)80年代美國Lankard研制成一種高強(qiáng)度高含量鋼纖維混凝土，中文譯作漬漿混凝土。它的鋼纖維體積率5%—20%，最高可達(dá)27%。其抗壓強(qiáng)度為100—250MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)38MPa，彎拉強(qiáng)度可達(dá)84MPa。而近幾年開發(fā)出一種砂漿滲澆鋼纖維網(wǎng)混凝土其強(qiáng)韌效果更是成倍提高，有望用于軍事工程、保險(xiǎn)庫、防爆倉庫等方面。

3、合成纖維及混雜纖維混凝土

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，合成纖維品種越來越多，產(chǎn)量增加成本降低，合成纖維用于增強(qiáng)混凝土的發(fā)展前景十分好。目前被大家認(rèn)可的低彈模纖維低滲量用于防止砂漿混凝土早期收縮裂縫，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。

4、碳纖維混凝土及陶瓷纖維混凝土

碳纖維質(zhì)輕、高強(qiáng)、高彈模、導(dǎo)電性良好、線脹系數(shù)為零，是一種性能極為優(yōu)良的復(fù)合材料組分，世界各國將其廣泛應(yīng)用于土木工程中，采用短切碳纖維配制的纖維水泥和纖維混凝土可獲得優(yōu)良的力學(xué)性能，而且還獲得了高耐腐蝕性和熱學(xué)性能，有望在軍事工程、化工容器等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

五、小結(jié)

我國自20世紀(jì)70年代開始了鋼纖維混凝土理論和應(yīng)用研究，30年來發(fā)展很快鋼纖維混凝土在公路、隧道、碼頭鋪面、剛性防水等方面工程中得到了廣泛的應(yīng)用，在未來的工程建設(shè)中，纖維混凝土也將會(huì)成為結(jié)構(gòu)材料研究的重要領(lǐng)域。

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