纖維混凝土的應用與研究

馬婉婷

【摘要】本文以工程中重要的新型材料——纖維混凝土為研究基礎，在查閱了大量文獻的基礎上，從纖維混凝土的作用機理、種類、作用等方面進行了研究，并在結語部分對其進行了展望。這些都會對今后的工程實踐起到了重要的借鑒意義。

【關鍵字】纖維 混凝土 新型

1、引言

纖維混凝土（1）通常是以水泥凈漿、砂漿或者混凝土為基材，以非連續(xù)的短纖維或者連續(xù)的長纖維作增強材料所組成的水泥基復合材料，主要作用是通過橋接作用來限制圍觀裂縫的發(fā)展，從而改善混凝土的性能。

2、作用機理

阻止水泥基體中原有缺陷的擴展并有效延緩新裂縫（2）的出現(xiàn)；通過阻裂提高水泥基體的密實性，防止外界水分侵入；改善水泥基體抗凍、抗疲勞等性能，提高其耐久性；抗沖擊。提高水泥基體的耐受變形的能力，從而改善其韌性和抗沖擊性；抗拉。在使用高彈性模量纖維前提下，可以起到提高基體的抗拉強度的作用；改善水泥構造物的表觀性態(tài)，使其更加致密、細潤、平整、美觀。

3、種類

3.1鋼纖維混凝土其技術特點是能提高混凝土的韌性（3）和抗拉強度，但是鋼纖維攪拌時易結團，混凝土和易性差，泵送困難、難以施工且易銹蝕，鋼纖維混凝土的自重大、在制造方面使用大量的鋼材，加大了對鋼材的消耗，增加成本較多。

3.2 盡管玻璃纖維（4）已用于鋪設混凝土路面，但是玻璃纖維在使用中暴露很大的缺點，如玻璃纖維混凝土暴露于大氣中一段時間后，其強度和韌性會有大幅度下降，即由早期高強度、高韌性向普通混凝土退化。

3.3合成纖維包括聚丙烯纖維、聚酯和聚丙烯腈纖維等，它與鋼纖維的相似點是不受水化產(chǎn)物的侵蝕，有一定的抗拉強度，可三維亂向分布于混凝土基體中，其阻裂原理是充分發(fā)揮了纖維數(shù)量優(yōu)勢，具有很大的表面積，對微裂縫約束，使之不至于連通，效果顯著。

4、作用

4.1非結構性裂縫

由外力所產(chǎn)生應力而引起的裂縫可用提高混凝土鋪砌面、板墻結構的結構強度加以補償。然而由混凝土本身收縮引起的內蘊應力長期以來是一個需加控制 的問題。沉陷和收縮裂縫初期在一段時間內是無法觀察到的，它們常被表面抹光于表面彌合，或者只是不夠寬 而看不到，直到混凝土裂縫由于荷載使這些微裂隙薄弱面發(fā)展成可見裂縫。在隨處都有纖維的混凝土中，亦可最大限度減小在有強度狀態(tài)下混凝土可能出現(xiàn)裂縫的寬度和長度。

4.2微觀補強

與鋼絲網(wǎng)補強比較，纖維混凝土除能防止裂縫的集中出現(xiàn)外，還有對混凝土補強防止塑性收縮裂縫的出現(xiàn)，加強抗沖擊、抗磨損、抗破損，具有防銹防蝕，并有安全、使用方便等優(yōu)點。另外纖維混凝土不必使用吊車、固定鋼絲網(wǎng)等設備，因而可加快施工進度，節(jié)省施工費用。合成材料纖維絲是一種惰性材料，并不影響混凝土的成型特性，它能適應多種表面處理工藝，如壓實成型、手抹刀擠抹、動力抹壓、表面涂層處理、涂顏色、干刷、加入液體早強硬化劑和加氣劑等。粘滯性亦即振動時的和易性好，不因加入纖維而影響其和易性。纖維不對水泥的化學水解作用產(chǎn)生任何影響，它完全是純力學作用改善其工作和力學性能。

4.3減少塑性裂縫和滲透性

摻加合成材料纖維的混凝土，明顯增加了混凝土早期抗收縮裂縫和震動引起 裂縫的能力。因為大部分混凝土裂縫在澆筑后第一個24h內產(chǎn)生，這時混凝土最敏感產(chǎn)生震動裂縫、收縮裂縫和沉陷裂縫。早期裂縫一旦發(fā)生，會增加混凝土的滲透性，并使混凝土暴露于易損傷環(huán)境的表面增加，這使混凝土早期老化，并縮短其使用壽命。在加州大學伯克利分校和圣荷西州立大學進行板件裂縫試驗表明，纖維絲在控制混凝土 裂縫的作用甚至在不是很好的養(yǎng)護條件下都十分明顯。試驗采用了很多不同原料和配比，并加和不加纖維摻料兩種情況，無一例外，纖維混凝土在抑制裂縫發(fā)生方面比無纖維的對比試件要少90%～100% ?；炷涟鍨闊o纖維摻加料的試板，2.5h就開始有微細裂縫，大部分裂縫在4h就已出現(xiàn)。而摻纖維的混凝土板在25h，甚至28d后未見裂縫。

4.4增強抗磨損能力

結果表明，根據(jù)轉動切削試驗法纖維混凝土增強抗磨損能力105%。使用纖維后增加的粗糙度，將使混凝土在同樣外露表面磨損試驗條件下，抗磨損能力增加1倍。試驗結果指出，纖維摻量為0.9kg/m3的板其撓曲強度比有鋼絲網(wǎng)的高2%，比素混凝土板高8%。而荷載-撓度曲線表明纖維混凝土完全可以用于代替焊接鋼絲網(wǎng)混凝土，鋼絲網(wǎng)一般都用于控制干縮裂縫的目的，特別在無鋼筋的混凝土結構。

4.5增加抗破損能力

纖維混凝土和素混凝土抗破損能力試驗用壓縮試驗機測定。試件尺寸為525mm×150 mm ×150 mm，高寬比為3.5∶1，以模擬高層建筑的柱子，壓力強度機加載速度為0.635 mm/m in。試驗結果表明，纖維混凝土試件的壓縮變形比素混凝土試件大10%，且并不碎塌，而素混凝土試件在出現(xiàn)第一個裂縫后，很快就碎裂坍塌。這一纖維混凝土的特性對考慮震動荷載下結構對生命財產(chǎn)的影響時是十分重要的。在混凝土劈裂時，纖維就顯露，纖維從混凝土中拉出時，整個長度都和混凝土水泥漿粘結良好。

4.5增加抗沖擊能力

對有鋼筋的梁和無鋼筋的梁，加入的纖維束對混凝土有明顯增加其能量吸收的作用。纖維束有兩種作用，它們使裂縫間阻止其進一步發(fā)展，并在承受應力時，于鋼筋周圍加強混凝土和鋼筋的連結。當纖維量達0.5%時，對有鋼筋的混凝土梁抗沖擊能力有明顯提高。

結 語

纖維混凝土發(fā)展經(jīng)歷告訴我們：必須在纖維上有所突破，才能使纖維混凝土這種高性能混凝土真正得到廣泛使用。纖維混凝土是一種新型建筑材料，可有效防止混凝土因早期干縮。但對纖維束本身的性能，如纖維絲的直徑強度、拉伸變形等尚未見有詳盡介紹。單價也是涉及應用前景的問題。我國某些科研院所和高等學校也已開始著手進行這方面研究，但應用于實際工程，尚有相當工作要做。

參考文獻

[1]李麗. 鋼纖維與水泥砂漿界面粘結性能的試驗研究[J]. 洛陽大學學報. 2002（04）

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[4]申豫斌.碳纖維水泥砂漿的配制及力學性能測試[J]. 混凝土. 2001（07）