纖維混凝土的應(yīng)用及前景

陳坤

【摘 要】纖維混凝土?xí)r當(dāng)代迅速發(fā)展的新型復(fù)合建筑材料，尤其以鋼纖維混凝土及合成纖維混凝土發(fā)展最快。鋼纖維對混凝土具有顯著的阻裂、增強和增韌作用，經(jīng)過多年的研究和工程實踐，鋼纖維混凝土的優(yōu)良性能已經(jīng)得到全世界廣大工程界的認可、在土木、水利等許多工程領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】鋼纖維混凝土

【中圖分類號】TV431+.3 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0211-01

一、纖維混凝土概述

纖維增強混凝土簡稱纖維混凝土，它是以水泥漿、砂漿或者混凝土為基體，以金屬纖維、無機非金屬纖維、合成纖維或天然有機纖維為增強材料組成的復(fù)合材料。

纖維混凝土以其基體不同，可分為纖維水泥和纖維砂漿。

纖維混凝土，這里是狹義的纖維混凝土，專指基體含有粗骨料的混凝土。依基體混凝土的特征，又可以分為纖維輕質(zhì)混凝土、纖維膨脹混凝土、纖維高強混凝土等等。

纖維彈性模量是否高于基體混凝土的彈性模量，其增強增韌效果有明顯差異，故可分為兩類：高彈模纖維增強混凝土和低彈模纖維增強混凝土。其中高彈模纖維有：鋼纖維、不銹鋼纖維、石棉、礦棉、玻璃纖維、勞綸纖維、高彈模聚乙烯纖維等；低彈模纖維有：纖維素纖維、麻纖維、草纖維、聚丙烯纖維、尼龍纖維等。

為了獲得需要的纖維混凝土特性的較低成本，有時將兩種或者兩種以上纖維復(fù)合使用，稱為混雜纖維混凝土。

通常，纖維是短切、亂向、均勻分布于混凝土基體中。但是有時采用連續(xù)的纖維（如單絲、網(wǎng)、布、束等）分布于基體中，稱為連續(xù)纖維增強混凝土。

二、纖維混凝土的特性

由于混凝土材料本身抗拉強度低、韌性差等固有弱點在很長一段時間里限制了其材料本身優(yōu)勢的發(fā)揮，而采用纖維增強混凝土則是正確的解決途徑。纖維的摻入，使混凝土性能發(fā)生明顯改善，和普通混凝土相比，纖維混凝土具有以下特點：

1、在配合比設(shè)計和拌合工藝上采取相應(yīng)措施可使纖維在基體中分散均勻，拌合物具有良好的施工性能。拌合物的粘聚性增強，可用于某些特殊施工需要。

2、與普通混凝土相比，纖維混凝土的抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度均有提高，尤其對于高彈模纖維混凝土或者高含量纖維混凝土提高的幅度更大。

3、纖維在基體中科明顯降低早期收縮裂縫，并可降低溫度裂縫和長期收縮裂縫。

4、纖維混凝土的裂后變形性能明顯改善，彎曲任性（P-Δ曲線下某一變形前的面積）提高到幾倍到幾十倍，壓縮韌性也有一定程度提高，極限應(yīng)變提高。

5、纖維混凝土的收縮變形和徐變變形較基體混凝土有一定程度降低。

6、纖維混凝土的抗壓疲勞和彎拉疲勞性能，以及抗沖擊和抗爆炸性能顯著提高。

7、高彈模纖維增強混凝土用于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，可顯著提高構(gòu)件的抗剪強度、抗沖切強度、局部受壓強度和抗扭強度并延緩裂縫出現(xiàn)，降低裂縫寬度，提高構(gòu)件的裂后剛度，提高構(gòu)件的延性。

8、由于纖維可降低混凝土微裂縫和阻止宏裂縫擴展，故可使其耐磨性、耐空蝕性、耐沖刷性、抗凍融性和抗?jié)B性有不同程度的提高，對鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的防腐蝕有利。

9、纖維混凝土中纖維的耐腐蝕性和耐老化與纖維品種和基體特性有關(guān)。如在堿性環(huán)境中不受腐蝕、耐紫外線、耐候性好的碳纖維、石棉纖維等增強混凝土耐久性好。

三、纖維混凝土的工程應(yīng)用

纖維混凝土在工程中應(yīng)用比較廣泛、用量比較大的有石棉纖維水泥制品和玻璃纖維水泥制品，鋼纖維混凝土以及合成纖維混凝土。

石棉水泥最早在1879年問世，1900年奧地利人哈謝克發(fā)明了著名的哈謝克法生產(chǎn)石棉水泥板，使石棉水泥走向工業(yè)化生產(chǎn)和使用。石棉水泥工業(yè)在20世紀(jì)70年代到達高峰，全世界產(chǎn)量超過2000萬噸、而20世紀(jì)70年代中期，發(fā)現(xiàn)石棉粉塵有致癌危害，引起各國的密切關(guān)注，一些國家開始限制和減少石棉的開采和使用。到目前為止，全世界石棉水泥制品與非石棉水泥制品的產(chǎn)量仍在4：1左右。

玻璃纖維用于增強水泥以及混凝土最早于1957年由前蘇聯(lián)皮尤科維奇提出，并于1964年出版了關(guān)于玻璃纖維混凝土的專著。前蘇聯(lián)、中國、英國、德國等國開發(fā)研究焦躁。玻璃纖維水泥制品主要有玻璃纖維水泥波紋瓦、平板瓦、玻璃纖維水泥墻板、空心墻板、保溫復(fù)合墻板、永久模板、玻璃纖維水泥管、管襯、現(xiàn)澆空心樓板的圓孔內(nèi)模等。

鋼纖維混凝土?xí)r目前作為工程結(jié)構(gòu)材料用途最廣，用量較大的一種纖維混凝土。我國在20世紀(jì)70年代開始了鋼纖維混凝土的研究和應(yīng)用。剛纖維混凝土主要應(yīng)用領(lǐng)域有：公路路面、橋面、機場道面、碼頭鋪面和工業(yè)建筑地面；房屋和橋梁結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)；復(fù)雜應(yīng)力區(qū)；抗震框架結(jié)構(gòu)節(jié)點、牛腿、剪力墻連梁；交通隧道、輸水隧洞的襯砌支護以及預(yù)制構(gòu)件、軍事工程等。

合成纖維用于增強水泥混凝土最早始于1965年由S.Goldfein提出，建議用聚丙烯纖維作為混凝土的摻合料，建造美國工兵部隊的防爆結(jié)構(gòu)。我國起步比較晚，目前應(yīng)用較多的纖維品種是聚丙烯纖維，尼龍纖維和高彈模聚乙烯纖維。主要應(yīng)用于：橋面板、路面、工業(yè)建筑地面，水池底板、池壁、渠道、輸水和排水管道、水工建筑物等。

四、纖維混凝土的發(fā)言前景

纖維混凝土在今30年中有了突飛猛進的發(fā)展。隨著纖維和混凝土新材料的不斷出現(xiàn)，纖維混凝土理論和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，尤其是工程界對混凝土力學(xué)性能和耐久性能奧球越來越高，纖維混凝土的發(fā)展前景十分可觀。

1、鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)

鋼纖維用于增強混凝土結(jié)構(gòu)不僅僅是阻裂和增韌，在許多場合下鋼纖維參與結(jié)構(gòu)受力，從而改善無筋混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的性能。國外目前廣泛應(yīng)用于橋面板、工業(yè)地坪、隧洞噴射支護、除此之外在鋼筋高強混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土中采用鋼纖維增強和局部增強將是很有效的。

2、鋼纖維高性能混凝土

20世紀(jì)80年代美國Lankard研制成一種高強度高含量鋼纖維混凝土，中文譯作漬漿混凝土。它的鋼纖維體積率5%—20%，最高可達27%。其抗壓強度為100—250MPa，抗拉強度可達38MPa，彎拉強度可達84MPa。而近幾年開發(fā)出一種砂漿滲澆鋼纖維網(wǎng)混凝土其強韌效果更是成倍提高，有望用于軍事工程、保險庫、防爆倉庫等方面。

3、合成纖維及混雜纖維混凝土

隨著石油工業(yè)的發(fā)展，合成纖維品種越來越多，產(chǎn)量增加成本降低，合成纖維用于增強混凝土的發(fā)展前景十分好。目前被大家認可的低彈模纖維低滲量用于防止砂漿混凝土早期收縮裂縫，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大。

4、碳纖維混凝土及陶瓷纖維混凝土

碳纖維質(zhì)輕、高強、高彈模、導(dǎo)電性良好、線脹系數(shù)為零，是一種性能極為優(yōu)良的復(fù)合材料組分，世界各國將其廣泛應(yīng)用于土木工程中，采用短切碳纖維配制的纖維水泥和纖維混凝土可獲得優(yōu)良的力學(xué)性能，而且還獲得了高耐腐蝕性和熱學(xué)性能，有望在軍事工程、化工容器等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

五、小結(jié)

我國自20世紀(jì)70年代開始了鋼纖維混凝土理論和應(yīng)用研究，30年來發(fā)展很快鋼纖維混凝土在公路、隧道、碼頭鋪面、剛性防水等方面工程中得到了廣泛的應(yīng)用，在未來的工程建設(shè)中，纖維混凝土也將會成為結(jié)構(gòu)材料研究的重要領(lǐng)域。

參考文獻

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