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。
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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)。