混雜纖維混凝土力學(xué)性能研究現(xiàn)狀與進展

摘 要：作為一種新型復(fù)合材料，混雜纖維混凝土具有良好的性能。它由混凝土和纖維構(gòu)成，其中，纖維材料中必須至少包含兩種纖維。相對于一般混凝土而言，混雜混凝土的性能更為優(yōu)越，原因在于多種纖維可以彌補一般混凝土的各種缺點，進而提高混凝土的整體性能。此外，相對于只摻雜一種纖維而言，多摻雜纖維顯得更為經(jīng)濟，這有利于節(jié)約建筑成本?；诨祀s纖維混凝土的優(yōu)勢，本文將深入研究其力學(xué)性能，歸納并總結(jié)混雜纖維混凝土相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并對當(dāng)前力學(xué)性能研究中存在的問題進行分析，有針對地提出解決方案。

關(guān)鍵詞：混雜纖維混凝土;力學(xué)性能;研究進展

隨著新型材料的發(fā)展，混雜纖維混凝土逐漸被制造出來。作為一種建筑材料，混雜纖維混凝土廣泛應(yīng)用于各種建筑工地中，這正是得益于它優(yōu)越的性能。相對于一般混凝土而言，混雜纖維可以在某種程度上提高混凝土的性能，尤其是在極限條件下的性能[1]。例如，在遭受巨大沖擊載荷的情況下，混雜纖維混凝土仍然可以較好的保持自身狀態(tài)。當(dāng)混凝土中出現(xiàn)裂縫的時候，混雜的纖維可以防止裂縫變寬，進而保障工程的安全。在遭受腐蝕液侵蝕的情況下，混雜纖維可以有效延緩侵蝕狀況，進而延長混凝土的使用時間。

基于上述性能優(yōu)勢，混雜混凝土常被用于一些特殊情境中。通常來說，這些情境對材料的耐用性、力學(xué)性能都有著極高的要求，例如：在跨海大橋、高速公路上，經(jīng)?？梢砸姷交祀s混凝土的身影。在地震頻發(fā)地區(qū)，混雜纖維混凝土也常常在建筑中發(fā)揮著巨大作用。

當(dāng)前，隨著房地產(chǎn)事業(yè)的興起和基建工程的推進，我國科研界對混雜纖維混凝土的研究正日益增多。研究重點主要聚焦于混雜纖維混凝土的各種性能，其中，力學(xué)性能又是研究者最為津津樂道的。本文將詳細介紹混雜纖維混凝土的力學(xué)性能，并總結(jié)該領(lǐng)域的研究進展，歸納混凝土的相關(guān)問題，并提出解決方案。

1 力學(xué)性能及研究現(xiàn)狀

混雜纖維混凝土有著特殊的力學(xué)性能，其中，主要的力學(xué)性能包括抗拉伸、抗沖擊、抗形變等。作為混凝土的性能之一，力學(xué)性能一直是學(xué)者們津津樂道的研究話題。在某些研究中，學(xué)者們利用不同的纖維材料，嚴格控制材料的配比，制造出不同的混雜混凝土，進而設(shè)計對照實驗，研究對比不同混凝土的力學(xué)性能，并獲取效果最佳的纖維材料配比。通常來說，混凝土中經(jīng)常摻雜的纖維材料主要包括兩種，一種是金屬纖維材料，它主要包括鋼纖維等。另一種是合成纖維材料，它主要包括聚乙烯、聚丙烯纖維。對于混雜過程而言，纖維材料和配比都極為重要，不同的纖維材料可以決定混凝土的主要性能，不同配比則可以決定混凝土的性能優(yōu)劣。

基于鋼纖維的良好拉伸性，為了改善混凝土的抗拉伸性能，一些學(xué)者在混凝土中加入鋼纖維材料，并加入一定量的混合纖維材料，進而形成混雜纖維混凝土。之后，他們分別在混雜混凝土和一般混凝土上開展實驗，詳細分析兩者的抗拉伸能力。實驗結(jié)果表明，和一般混凝土相比，混雜混凝土的抗拉伸能力有明顯提高，柔韌性明顯增強[2]。為了對比單摻雜和混雜對混凝土的力學(xué)性能影響，有些學(xué)者進行了細致研究。他們在混凝土中添加鋼纖維，獲取單摻雜材料;之后利用鋼纖維和某種合成纖維，獲取混雜混凝土[3]。實驗證明，在鋼纖維用量相同的條件下，如果繼續(xù)在混凝土中添加合成纖維，可以在某種程度上改善混凝土的抗壓能力。

為了研究纖維材料對混凝土的影響程度，有些學(xué)者利用聚丙烯纖維和鋼纖維，在保持鋼纖維用量不變的情況下，調(diào)整聚丙烯纖維的用量，進而形成不同配比的混雜纖維，得到多種混雜混凝土。通過實驗，研究者證明了聚丙烯用量和混凝土性能的關(guān)系，隨著聚丙烯用量的不斷提高，混凝土的抗彎曲能力逐漸提高，當(dāng)聚丙烯用量達到一定程度時，該能力趨于不變[4]。為了研究混雜方式對混凝土的影響，一些學(xué)者采用兩種混雜方式進行研究，其中，鋼纖維是兩種混雜使用的共同材料，另一種材料分別為聚丙烯、聚甲酸甲酯。在控制配比相同的情況下，兩種混雜對混凝土的抗沖擊能力均有大幅度提高，對混凝土的抗拉伸能力有小幅度提高。此外，當(dāng)混雜材料中使用聚丙烯時，得到的混凝土力學(xué)性能要優(yōu)于另一種混雜方式的結(jié)果。

對于混凝土的其他研究，學(xué)者們也在不斷開展科學(xué)實驗。某些學(xué)者認真分析了混凝土的結(jié)構(gòu)，在添加一定量的鋼纖維之后，他們發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)不再完整。因此，他們調(diào)整策略，在其中加入竹鋼混雜纖維，發(fā)現(xiàn)混凝土的完整性得到明顯改善。此時的混雜混凝土不僅結(jié)構(gòu)完整，還可以抵抗一定程度的沖擊載荷。有些學(xué)者設(shè)置完整的對照試驗，分析了一般混凝土、單摻雜混凝土、混雜混凝土的力學(xué)性能。他們選擇鋼纖維作為單摻雜材料，鋼纖維和聚丙烯作為混雜材料，并對三者的抗沖擊能力進行測試，測試結(jié)果和上文學(xué)者類似，充分證明了混雜纖維的優(yōu)越性。為了證明混雜混凝土的抗形變能力，國內(nèi)學(xué)者對此展開了研究。在混雜纖維的選取中，他們?nèi)匀贿x擇了鋼纖維和聚丙烯。在得到混雜混凝土后，他們展開了抗形變實驗。多次實驗結(jié)果證明，通過在混凝土中摻雜一定量的纖維材料，可以有效提高混凝土的抗形變能力?？剐巫冞^程的作用機理如下，當(dāng)混凝土遭受較大外力時，部分薄弱的地方將產(chǎn)生裂縫，此時，由于纖維材料的摻入，部分沖擊載荷被抵消，混凝土遭到的破壞程度減小。

有些學(xué)者對混凝土的韌性有著濃厚的興趣，在受到多種不同拉力的情況下，他們比較并分析了單摻雜和混雜兩種混凝土。結(jié)果表明，當(dāng)兩種混凝土遭受相同的外力時，混雜混凝土的受力更為均勻，單摻雜混凝土在不同位置的受力程度差異較大。因此，可以得出這樣一個結(jié)論，相對于單摻雜混凝土，混雜混凝土在受到外力時表現(xiàn)出更強的韌性。在混雜纖維的分類上，有些學(xué)者邁出了關(guān)鍵一步。由于混雜纖維常常包含多種，基于纖維本身的特點，他們對常見的纖維混雜進行分類，將其分類為三種情況，分別是基于功能特征、結(jié)構(gòu)特點、幾何尺寸的纖維混雜。進而，某些研究者快速利用該分類法展開實驗。研究人員通過實驗手段獲得多種不同幾何尺寸的纖維，并將各類纖維和混凝土混雜在一起，進而分析不同情況下混凝土的力學(xué)性能。通過大量實驗，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)纖維的幾何尺寸呈現(xiàn)出細長狀態(tài)時，混凝土的抗沖擊能力有較小幅度的提升，可以有效緩解小沖擊載荷造成的裂縫。當(dāng)纖維的幾何尺寸呈現(xiàn)粗短狀態(tài)時，混凝土的抗沖擊能力有較大幅度的提升，可以有效遏制大沖擊載荷形成的裂縫，進而延長混凝土的使用壽命。

綜上所述，對于混凝土而言，摻雜纖維材料可以在某種程度上改善其力學(xué)性能，有效提高混凝土的抗沖擊、抗形變、抗彎曲能力。在摻雜不同種類的纖維材料時，混雜混凝土的力學(xué)性能表現(xiàn)出較大差異;當(dāng)纖維材料的尺寸和結(jié)構(gòu)不同時，混雜纖維混凝土的力學(xué)性能也會呈現(xiàn)一定范圍的波動。當(dāng)摻雜材料相同時，各種纖維材料的配比也將在不同程度上影響混凝土的抗壓、抗彎曲能力。

2 結(jié)論與展望

作為廣泛應(yīng)用的建筑材料，混凝土正在建筑領(lǐng)域發(fā)揮著不可磨滅的作用。雖然基于混雜混凝土的研究越來越多，然而，在大部分研究中，學(xué)者們都只聚焦于混凝土的性能優(yōu)化，并沒有詳細介紹摻雜材料對混凝土的副作用，這可以作為未來混凝土的一個重要研究方向。此外，多數(shù)研究并未涉及纖維材料的工藝，而材料工藝是影響材料性能的一個關(guān)鍵因素，如果能夠掌握不同纖維材料的制造工藝機理，就可以獲取更高性能的纖維材料，進而得到更高性能的混雜纖維混凝土。對于混雜混凝土的微觀機制，學(xué)術(shù)界的看法也尚未統(tǒng)一，因此，研究纖維材料在混凝土中的作用機理，將對混凝土的性能改善產(chǎn)生較為積極的影響。

參考文獻：

[1]唐佳軍，裴長春.撒布式混雜鋼纖維再生混凝土梁抗裂性能[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19（32）：261-266.

[2]王志杰，徐成，徐君祥，等.混雜纖維混凝土耐久性及混雜效應(yīng)研究[J].混凝土與水泥制品，2019，（11）：53-56.

[3]蔣威，姜景山，滕長龍，等.混雜纖維混凝土的研究現(xiàn)狀[J].建材發(fā)展導(dǎo)向（下），2019，17（10）：13-16.

[4]張振雷.混雜纖維混凝土力學(xué)性能研究[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2019，（6）：43-48.

作者簡介：焦涵（1999—），男，山東德州人，現(xiàn)于山東科技大學(xué)攻讀學(xué)士學(xué)位，主要從事于理論與應(yīng)用力學(xué)相關(guān)的專業(yè)。