試析纖維材料在工程混凝土中的運用

摘要：近些年，隨著我國經濟的飛速發展、科技水平的快速提升，國內工程建設項目的數量、規模不斷加大，進一步推動了各種新興建材、機械、設備的研發與創新。其中，對于應用最為廣泛的施工混凝土，通過摻入不同性質的纖維材料，能夠大幅提高混凝土結構的強度、耐久性，有效防止了裂縫、麻面、蜂窩等質量病害的產生。本文就纖維材料在工程混凝土中的運用作簡要的分析、探討。

關鍵詞：工程建設；纖維材料；施工混凝土；應用

長期以來，我國各類工程建設項目的施工，多數采用了混凝土結構，但作為一種容易開裂、強度較低、收縮性較大的脆性材料，普通混凝土的使用受施工工藝、場地溫度、結構荷載、養護方法、空氣濕度等多種因素影響，施工結構上通常會留有不同程度、不同性質的裂縫，不僅破壞了工程結構的外觀質量，同時也將埋下一定的安全隱患，或直接引發工程事故。對此，鋼纖維、人工合成纖維、玄武巖纖維等纖維材料的應用，能夠根據設計、施工要求的不同加以選擇，并通過綜合使用混凝土材料，能夠直接控制、有效改善施工混凝土的化學、力學性能，進而提高項目的施工質量。以下，本文就幾種較為常用的纖維材料在工程混凝土中的運用作簡要的分析、探討。

1 鋼纖維材料的運用

目前，在我國各類工程項目的混凝土施工中，鋼纖維材料的應用最早、最廣，相較于幾種人工合成的纖維產品，鋼纖維材料有著良好的彈性模量、結構密度，而隨著我國技術水平的快速提升，鋼纖維材料的外形已由以往的較為常用的長直形發展為彎鉤形、壓痕形、波浪形等，而就截面形狀來看，也陸續推出了不規則形、矩形、月牙形等。此外，根據生產工藝的不同，可將鋼纖維產品大致分為冷拔鋼絲纖維、剪切鋼纖維、熔斷鋼纖維、銑削鋼纖維等，相較于常規混凝土材料，鋼纖維材料的運用能夠有效改善、提高施工結構的耐久性、各項物理力學特性，進一步加大了工程混凝土的重量比與質量強度，而在抗拉、抗剪、抗彎曲強度方面，分別提高了25%至50%、50%至100%、40%至80%。由此可見，鋼纖維混凝土材料具有一定的耐磨性、整體性、耐腐蝕性、耐熱性、抗裂性、耐凍融性，同時降低了7%到9%左右的收縮值，適用于公路、橋梁的路面施工，可利用噴射機械、壓力泵實施具體的生產操作，不但能夠大幅降低模板的使用量，也顯著提高了施工效率。

值得注意的是，鋼纖維混凝土的生產成本較高，同時由于這種產品的結構密度較大，進而增加了混凝土結構的自重，而在具體的配制過程中，倘若摻入了大量的鋼纖維材料，則極易造成工程混凝土出現散絲結團。施工過程中，混凝土的外表面若存有外露鋼纖維，在后期的養護過程中將發生銹蝕，最終影響到施工結構的外觀質量、耐久性。

2 玄武巖纖維材料的運用

作為一種天然的無機纖維，玄武巖纖維材料的運用，主要是通過礦物開采來提取玄武巖原料，以高溫加工的方式將其融化，最后利用拉絲技術制備而成，也可將其視為一種硅酸鹽纖維，而就這種材料本身的物理力學性能來看，相較于市場面上的幾種人工合成纖維產品，BF纖維材料在極限應變率、彈性模量、抗拉強度等多個方面有著絕對優勢，而相較于同類的硅酸鹽纖維，玄武巖纖維材料能夠與水泥充分融合，并有著極強的耐堿性。目前，對于玄武巖纖維在工程混凝土中的運用，國內有關的專家、學者存有些許爭議，其主要集中體現在BF纖維混凝土的物理力學特性方面，一些人人為玄武巖纖維材料的摻入，將影響、降低混凝土原有的力學性能。此外，由于玄武巖纖維材料本身的成分波動較大、熔點較高，從而對混凝土施工的技術水平、工藝方法提出了新的要求，同時在具體的生產操作中也將消耗大量的能源、投資。然而，可以肯定的是玄武巖纖維的運用，能夠大幅提高工程混凝土的抗沖擊性、抗裂性、抗腐蝕性，對于一些防洪、水利水電、橋梁以及耐磨部位的混凝土施工尤為適用。

3 人工合成纖維材料的運用

（一）聚丙烯纖維材料：

在我國各類工程建設項目的混凝土施工中，人工合成纖維材料的研制與運用緊隨鋼纖維之后，其中屬聚丙烯纖維開發時間最早。作為一種人工合成材料，聚丙烯纖維的生產加工一般采用的是共聚物、丙烯聚合物，就產品性質來看，也可將其稱為杜拉纖維，雖然此種材料的彈性模量較低、與水泥材料的粘結性較差，但憑借其良好的抗拉強度與抗堿性、低廉的加工成本、較高的極限延展率、多樣化的原材料以及快捷、簡便的施工，在國內水庫溢洪道、泄洪壩段抗沖磨部位、水庫溢洪道等工程、部位的混凝土施工中得到了推廣與應用。值得注意的是，聚丙烯纖維在工程混凝土中的運用，雖然能夠在一定程度上提高施工結構的抗裂性能，但由于聚丙烯纖維材料在紫外線、高溫、氧氣中將加速老化，或改變原有的化學特性、物理性能，從而逐漸被一些新型纖維產品所代替。

（二）聚丙烯腈纖維材料：

聚丙烯腈(PAN)纖維又稱腈綸纖維，相較于研發較早的聚丙烯纖維材料，此種產品不僅能夠與水泥材料充分融合，同時也有著良好的均勻性、耐溫耐寒性，而作為一種次級增強材料，聚丙烯腈纖維憑借其優異的耐堿性、質量強度、延伸性、分散性、彈性模量，被廣泛應用在國內各類工程項目的混凝土施工中，對于一些空氣濕度較大、座落于水環境中的混凝土工程，進一步提高了各主體面板的防滲性、抗裂性。在具體的施工過程中，對于工程混凝土的拌制，若摻入聚丙烯腈纖維材料，可在60s以內充分攪拌均勻、分散，不僅大幅提高了新拌混凝土的粘聚性，同時也具有一定的連續性、整體性。此外，對于一些規模在170m左右的混凝土溜槽施工，聚丙烯腈材料的運用，并未發現骨料離析現象，而在后續完成混凝土的澆筑與養護后，通過全面、系統、專業的質量檢查，30000㎡以內的混凝土面板上僅存有1-2條裂縫。由此可見，聚丙烯腈混凝土有著卓越的抗裂效果，有效防治了普通混凝土材料早期形成的干縮裂縫、塑性裂縫。

4 纖維素纖維材料的運用

纖維素纖維是新一代建筑工程用纖維，原產于美國，與聚丙烯纖維(密度0．9lg/cm3)相比，其密度(1．10g/cm3)略大于水，避免了纖維在混凝土澆注振搗中上浮現象，具有天然的親水性能、纖維根數多、比表面積大、與混凝士基體界面黏結強度高等特性，且內部含有空腔，在混凝土新拌階段能儲存部分自由水而在水化后期釋放出來促進水泥繼續水化。試驗表明，纖維素纖維對混凝土拌和物性能及抗壓強度的影響不大，明顯提高劈拉強度(28d提高29%)，大幅提高混凝土阻裂性能和增強效應，降低混凝土脆性；在提高混凝土抗裂抗滲方面也表現了比聚丙烯纖維更優越的性能。

5 結束語

綜上所述，纖維材料在工程混凝土中的運用，有著多種選擇與方式，實際進行混凝土施工時，應根據項目自身的特點、性質以及設計要求，分別選擇鋼纖維、人工合成纖維、玄武巖纖維等材料，以此保證混凝土施工的經濟性、有效性，充分發揮纖維材料的作用，提高結構質量。

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