淺析纖維混凝土的研究開發與應用

[摘 要]隨著建筑業的不斷發展，建筑業對混凝土的需求量迅速增加，混凝土的使用量也越來越大。在現在建筑物中，幾乎找不到沒有使用混凝土的。但是普通混凝土抗拉強度與抗壓強度比非常低，纖維混凝土克服了普通混凝土的缺點，本文主要探討了纖維混凝土的研究開發與應用。

[關鍵詞]纖維混凝土 建筑業 研究開發

引言

混凝土是最廣泛使用的建筑材料，也是當前最大宗的人造材料。由于混凝土具有良好的耐水性、可塑性和原料來源廣、生產工藝簡單、生產成本低、應用方便等優點一直為工程界所青睞。從發展趨勢來看，在今后相當長的時期內混凝土仍起著不可替代的作用，仍將是應用最廣、用量最大的建筑材料。但混凝土的自身缺陷也限制了它的應用范圍和效果。纖維混凝土可有效的改善混凝土的性能，所以自纖維混凝土問世以來一直受到國內外研究機構和學者的重視。本文研究了纖維在混凝土中的作用機理，分析了纖維與混凝土基體之間界面的粘結性能。在混凝土硬化過程中纖維改善了混凝土的內部結構，主要表現在減少了混凝土的塑性裂紋和內部微裂紋的數量和尺寸，提高了混凝土材料介質的連續性，從而改善了混凝土的綜合性能。在纖維混凝土受力過程中纖維改變了混凝土基體的應力場從而改變了纖維混凝土的力學性能。在纖維混凝土受力過程中，纖維起到阻止混凝土中原有裂紋以及受力過程中新生裂紋擴展的作用，使纖維混凝土的強度和韌性得到了不同程度的提高。提高纖維與混凝土界面過渡區的密實度，增加纖維的摻量、長度和表面的粗糙度，都可有效的提高纖維混凝土的強度和韌性。

1 纖維混凝土的分類

普通混凝土抗拉強度與抗壓強度比非常低，混凝土結構應被設計成拉應力最小。然而這種應力常常產生于彎曲、對角線拉伸中，或由于不同應變產生。任何地方發生拉應力，都希望這些應力由鋼筋來承擔。因為在混凝土中拉應力引起的后果之一是開裂。任何能使混凝土具有較大的抗拉強度和“延性”的工藝將是非常有價值的。纖維混凝土就是在這一背景下產生。纖維和水泥基料(水泥石、砂漿或混凝土)組成的復合材料的統稱。水泥石、砂漿與混凝土的主要缺點是：抗拉強度低、極限延伸率小、性脆，加入抗拉強度高、極限延伸率大、抗堿性好的纖維，可以克服這些缺點。

所用纖維按其材料性質可分為：①金屬纖維。如鋼纖維(鋼纖維混凝土)、不銹鋼纖維(適用于耐熱混凝土)，②無機纖維。主要有天然骨料纖維(溫石棉、青石棉、鐵石棉等)和人造骨料纖維(抗堿玻璃纖維及抗堿礦棉等碳纖維)。③有機纖維。主要有合成纖維(聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龍、芳族聚酰亞胺等)和植物纖維(西沙爾麻、龍舌蘭等)，合成纖維混凝土不宜使用于高于60℃的熱環境中。

2 纖維混凝土的研究開發

纖維的加入改善了混凝土的性能，提高了混凝土的使用性能，纖維的作用等同于鋼筋混凝土中鋼筋的作用，可增強承受拉應力，纖維通過與骨料的咬合作用，形成較大的摩擦角，同時加上膠漿的粘聚作用，將基體的拉應力傳遞給纖維，并主要由纖維來承擔，纖維在混合料中以三維分散存在，起到了加強筋的作用，增加了膠漿與骨料的粘附性，提高了集料之間的粘結力。制造纖維混凝土主要使用具有一定長徑比(即纖維的長度與直徑的比值)的短纖維。但有時也使用長纖維(如玻璃纖維無捻粗紗、聚丙烯纖化薄膜)或纖維制品(如玻璃纖維網格布、玻璃纖維氈)。其抗拉極限強度可提高30～50％。

纖維在纖維混凝土中的主要作用，在于限制在外力作用下水泥基料中裂縫的擴展。在受荷(拉、彎)初期，當配料合適并摻有適宜的高效減水劑時，水泥基料與纖維共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；當基料發生開裂后，橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。

若纖維的體積摻量大于某一臨界值，整個復合材料可繼續承受較高的荷載并產生較大的變形，直到纖維被拉斷或纖維從基料中被撥出，以致復合材料破壞。與普通混凝土相比，纖維混凝土具有較高的抗拉與抗彎極限強度，尤以韌性提高的幅度為大。

3 纖維混凝土的應用

自二十世紀八十年代以來，歐美等一些發達國家就廣泛開始了纖維改善混凝土的應用研究，并得到了廣泛的應用。通過對摻加纖維的混凝土的研究和應用可知，纖維可以改善混凝土的高溫穩定性和耐久性，并且具有較好的溫抗裂性能。纖維可以提高混凝土的粘結力，增加混凝土與骨料的粘附性，提高集料之間的粘結力，傳統混合料高溫下混凝土會在結構內產生流動與集中，混凝土粘結強度下降，抗高溫變形能力差。而纖維加入后，可明顯阻止混凝土的流動。正由于纖維對混凝土的穩定作用，在高溫下混凝土的塑性流動降低，從而提高了高溫穩定性。纖維使混凝土處于比較穩定的狀態，尤其是在夏天高溫季節，混凝土受熱膨脹時，纖維內部的空隙將具有一定的緩沖作用，改善了混凝土高溫穩定性。

結束語

實踐表明，纖維可以很好地改善混凝土的使用性能，故越來越多的工程采用纖維混凝土。然而，由于纖維改善混凝土的機理是復雜的，如果纖維的類型選擇不當、施工方法不良或質量控制不力，將嚴重影響纖維對混凝土的改善效果。因此，不斷探討纖維性能與改善機理，研究不同類型纖維的最佳摻量和纖維混凝土混凝土施工工藝中的投料、拌和及每個關鍵環節的技術方法，對確保纖維改善混凝土混凝土發揮最大效果及提高工程質量都具重要作用。