纖維混凝土應用研究現狀初探

摘 要：進入到新世紀以來，隨著我國的國民經濟水平飛速的發展，我國的公路交通行業的發展也是十分迅速的，其中各類的路面路基處理技術也取得了非常大的進步，而所謂的纖維混凝土指的就是一類在混凝土基體中加入了高性能短切纖維后所形成的新型建筑材料，而正是由于加了纖維，這種新型的建筑材料就有效的克服了混凝土抗疲勞性能差、抗拉強度低并且容易開裂的缺點。其中高性能的芳綸纖維是一種低密度、高強度、高模量并且耐磨性能十分優異的高科技纖維，其全稱為芳香族聚酰胺纖維，從其研發問世至今，在我國的各類工程項目中都得到了大量的生產和使用。

關鍵詞：纖維混凝土；研究現狀；芳綸纖維

混凝土的最主要優點就是高抗壓強度，但是同時混凝土也是存在著明顯的缺點，如抗疲勞性能差、抗拉強度低、構建本體的自重大、抗沖擊碎裂性能差、容易產生裂紋以及易于塑性干縮開裂等等，因此混凝土在工程中的應用范圍就有很大的局限性。在混凝土強度不斷提升的情況下，這些確定也就越來越突出了，近些年來，國內外的專家學者都在大力的探索和研究提高混凝土性能的方法和措施，特別是提高它的耐久性能和抗拉強度，正是在這種背景下，提出了一類以傳統混凝土為基體的新型復合材料-纖維混凝土。在混凝土的內部纖維能夠以很多的數量廣泛的分布其中，這樣在形成微裂縫的過程中，就會受到數量眾多的纖維的阻擋，降低其能量，從而起到抗裂的作用。

1 纖維混凝土的發展和現狀

1.1 纖維混凝土的概述

通常情況下，所謂纖維混凝土都是以砂漿、水泥凈漿或是混凝土作為基體材料的，在配以無機纖維、金屬纖維或是有機纖維等增強材料所組成的水泥基復合材料就是纖維混凝土了。它是一種將抗拉強度高、抗堿性能良好、極限延伸率大并且細而短的纖維廣泛的分布在混凝土基體中的新型建筑材料，混凝土早期產生裂縫或是受到外力時，纖維是有著重要的預防作用的。在纖維混凝土最初的受力階段，混凝土是與纖維共同受力的，并且混凝土應是外力的主要承擔者，當外力持續作用一段時間后或是外力不斷提高的過程中，裂縫也會隨之擴展到一定的程度，混凝土就不會再承擔外力，此時纖維就成了外力的主要承擔者，而纖維也就成為了阻止裂縫繼續擴展的最重要的因素。因此與傳統的混凝土相比，纖維混凝土不但有效的克服了抗疲勞性能差、抗拉強度低以及容易開裂的缺點，同時纖維混凝土的抗阻裂、抗彎拉、抗爆、抗沖擊以及延性和韌性等性能都得到了明顯的提升，而且其對混凝土的防水、防凍、抗滲以及防護筋等方面也做出了一定的貢獻。由于在混凝土中所摻入材料種類的差異性，我們一般將纖維混凝土分為碳纖維混凝土、鋼纖維混凝土、混雜纖維混凝土、芳綸纖維、杜拉纖維以及高強聚乙烯纖維等等。

1.2 纖維混凝土的發展情況

為了改善傳統混凝土的抗疲勞性能差、抗阻裂性能差、抗拉性能差以及延性差的缺點，對于在混凝土中添加纖維從而改善其性能的研究工作，發展的也是十分迅速。現階段研究較多的有芳綸纖維、杜拉纖維、碳纖維、鋼纖維、尼龍纖維以及耐堿玻璃纖維等，自從上個世紀的60年代開始，國外就已經開始研究將合成纖維作為水泥砂漿的增強材料的可能性了，也發現了尼龍、聚乙烯以及聚丙烯等纖維材料的優異的抗沖擊性能。在上個世紀的70年代，以英國和美國為首的發到國家已經能夠將聚丙烯單絲纖維應用到混凝土的實體工程中了，同時美國也開發出了絲束相連的聚丙烯膜裂纖維，替代了鋼筋網片，在控制混凝土的收縮工作中取得了優異的效果。而從80年代初期開始，國外又相繼研發出了一系列的可以在混凝土中添加的單絲合成纖維，如尼龍、聚酯、聚乙烯、聚丙烯以及聚丙烯腈等，由于其價格相對便宜并且化學耐腐蝕性高，因此應用的十分廣泛。近幾年來，由于我國在工程施工過程中經常性的出現問題，我國也已經開始研究合成纖維混凝土這一新技術了。通過大量的實體工程的施工以及實驗室中的試驗已經證明了，在瀝青混凝土中添加聚丙烯增強纖維或芳綸纖維，不但能夠提高混凝土的泌水性，促進其早期養護工作的順利開展，同時還能抑制混凝土早期塑性收縮和離析裂縫的產生及發展，避免了因干縮硬化而出現溫度裂縫和微裂縫的情況，大大的提高了混凝土的抗裂、抗拉、抗磨以及抗沖擊的性能。

2 芳綸纖維的研究現狀

2.1 芳綸纖維的應用特性

芳綸纖維作為一種新型的高性能的混凝土增強纖維，由于其具有優異的物理性能和化學性能，其已經在我國的20多個城市中的上千個實體工程中得到了成功的應用，同時也取得了非常好的施工效果和經濟效益，因此建筑工程界的設計、教學、施工、研發等各個方面對芳綸纖維也更加的關注了。相比于其他類型的纖維混凝土，芳綸纖維主要具有以下的應用特性：（1）不導電性。在現代工程的施工過程中，如地鐵工程、公路工程、隧道工程以及工業廠房等等，對于絕緣性能的要求都是很高的，所以在這些工程的加固補強的工作中，芳綸纖維也是有著明顯的優勢，也給這些領域提供了重要的選擇機會。（2）抗疲勞性能好。傳統類型的混凝土的抗疲勞性能是一個重要的缺陷，而高強度的合成纖維就能很好的改善這一缺陷，并且芳綸纖維與碳纖維相比，無論芳綸纖維是承受長期的靜荷載還是動荷載，芳綸纖維都有足夠的強度，它的韌性和抗疲勞性能都非常好，而在眾多的FRP材料中，芳綸纖維的抗剪切能力也是最強的。（3）耐腐蝕性能好。與其它類型的FRP復合材料相比，芳綸纖維的耐強堿腐蝕性是有著明顯的優勢，由于海水等水體中含有較多的氯離子，其對混凝土結構的腐蝕性很強，鋼結構容易銹蝕膨脹，混凝土容易碳化，而只有芳綸纖維在加固和防護工程中才是最佳的選擇。

2.2 我國對芳綸纖維的研究情況

我國是從上個世紀的70年代開始從事芳綸的研究工作，在上個世紀的80年代又相繼的通過了芳綸1313和芳綸1414的鑒定工作，他們也就相當于美國杜邦公司所研制出的Kevlar和Nomex。在我國發展國民經濟的“七五”規劃期間，也就是上個世紀的86年-90年這個時間段，晨光化工研究院、西安交通大學、上海合成纖維研究所、北京橡膠工業研究設計院以及南通合成樹脂廠等機構共同開始了對芳香族聚酰胺的研究工作，緊接著于上個世紀的90年代，晨光化工研究院、東華大學化學纖維研究所、上海合成纖維研究所以及沈陽市紅星密封材料等機構所共同研發出來的對位芳綸的性能已十分接近國際的領先水準，然而由于資源和成本等因素的限制，我國工程中所使用的芳綸還是以國外進口為主的。在21世紀初，山東煙臺氨綸股份有限公司提出了我國的第一個芳綸1313工程項目，并通過引進國外的先進技術成果的開發出了20多種科技含量很高的有色芳綸纖維，其質量與國外的最先進的芳綸纖維的質量也是可以媲美的。

3 結束語

與傳統的瀝青混凝土相比，各類結構形式的纖維混凝土都是有著其所不具備的明顯優點的，當然各種類型的纖維混凝土自身也都是有一定的局限性的，仍然需要進一步的研究和探索。在研究纖維混凝土的工作中，國內外的研究工作都取得了一定的技術成果，但在投入到實體工程使用的過程中也暴露出了一定的問題，特別是纖維混凝土的穩定性、重復性、壓敏性能激勵以及它的施工工藝和質量控制工作都是需要進一步的研究和探索，只有真正的解決了這些問題，才能促進纖維混凝土在我國實體工程的應用中取得更加優異的效果。

參考文獻

[1]楊桂麗.纖維混凝土應用研究現狀初探[J].廣東建材，2007.

[2]王元豐.淺談芳綸纖維布在混凝土結構中的應用和發展[J].公路交通科技，2006.