纖維混凝土的應用與研究

馬婉婷

【摘要】本文以工程中重要的新型材料——纖維混凝土為研究基礎，在查閱了大量文獻的基礎上，從纖維混凝土的作用機理、種類、作用等方面進行了研究，并在結語部分對其進行了展望。這些都會對今后的工程實踐起到了重要的借鑒意義。

【關鍵字】纖維 混凝土 新型

1、引言

纖維混凝土（1）通常是以水泥凈漿、砂漿或者混凝土為基材，以非連續的短纖維或者連續的長纖維作增強材料所組成的水泥基復合材料，主要作用是通過橋接作用來限制圍觀裂縫的發展，從而改善混凝土的性能。

2、作用機理

阻止水泥基體中原有缺陷的擴展并有效延緩新裂縫（2）的出現；通過阻裂提高水泥基體的密實性，防止外界水分侵入；改善水泥基體抗凍、抗疲勞等性能，提高其耐久性；抗沖擊。提高水泥基體的耐受變形的能力，從而改善其韌性和抗沖擊性；抗拉。在使用高彈性模量纖維前提下，可以起到提高基體的抗拉強度的作用；改善水泥構造物的表觀性態，使其更加致密、細潤、平整、美觀。

3、種類

3.1鋼纖維混凝土其技術特點是能提高混凝土的韌性（3）和抗拉強度，但是鋼纖維攪拌時易結團，混凝土和易性差，泵送困難、難以施工且易銹蝕，鋼纖維混凝土的自重大、在制造方面使用大量的鋼材，加大了對鋼材的消耗，增加成本較多。

3.2 盡管玻璃纖維（4）已用于鋪設混凝土路面，但是玻璃纖維在使用中暴露很大的缺點，如玻璃纖維混凝土暴露于大氣中一段時間后，其強度和韌性會有大幅度下降，即由早期高強度、高韌性向普通混凝土退化。

3.3合成纖維包括聚丙烯纖維、聚酯和聚丙烯腈纖維等，它與鋼纖維的相似點是不受水化產物的侵蝕，有一定的抗拉強度，可三維亂向分布于混凝土基體中，其阻裂原理是充分發揮了纖維數量優勢，具有很大的表面積，對微裂縫約束，使之不至于連通，效果顯著。

4、作用

4.1非結構性裂縫

由外力所產生應力而引起的裂縫可用提高混凝土鋪砌面、板墻結構的結構強度加以補償。然而由混凝土本身收縮引起的內蘊應力長期以來是一個需加控制 的問題。沉陷和收縮裂縫初期在一段時間內是無法觀察到的，它們常被表面抹光于表面彌合，或者只是不夠寬 而看不到，直到混凝土裂縫由于荷載使這些微裂隙薄弱面發展成可見裂縫。在隨處都有纖維的混凝土中，亦可最大限度減小在有強度狀態下混凝土可能出現裂縫的寬度和長度。

4.2微觀補強

與鋼絲網補強比較，纖維混凝土除能防止裂縫的集中出現外，還有對混凝土補強防止塑性收縮裂縫的出現，加強抗沖擊、抗磨損、抗破損，具有防銹防蝕，并有安全、使用方便等優點。另外纖維混凝土不必使用吊車、固定鋼絲網等設備，因而可加快施工進度，節省施工費用。合成材料纖維絲是一種惰性材料，并不影響混凝土的成型特性，它能適應多種表面處理工藝，如壓實成型、手抹刀擠抹、動力抹壓、表面涂層處理、涂顏色、干刷、加入液體早強硬化劑和加氣劑等。粘滯性亦即振動時的和易性好，不因加入纖維而影響其和易性。纖維不對水泥的化學水解作用產生任何影響，它完全是純力學作用改善其工作和力學性能。

4.3減少塑性裂縫和滲透性

摻加合成材料纖維的混凝土，明顯增加了混凝土早期抗收縮裂縫和震動引起 裂縫的能力。因為大部分混凝土裂縫在澆筑后第一個24h內產生，這時混凝土最敏感產生震動裂縫、收縮裂縫和沉陷裂縫。早期裂縫一旦發生，會增加混凝土的滲透性，并使混凝土暴露于易損傷環境的表面增加，這使混凝土早期老化，并縮短其使用壽命。在加州大學伯克利分校和圣荷西州立大學進行板件裂縫試驗表明，纖維絲在控制混凝土 裂縫的作用甚至在不是很好的養護條件下都十分明顯。試驗采用了很多不同原料和配比，并加和不加纖維摻料兩種情況，無一例外，纖維混凝土在抑制裂縫發生方面比無纖維的對比試件要少90%～100% 。混凝土板為無纖維摻加料的試板，2.5h就開始有微細裂縫，大部分裂縫在4h就已出現。而摻纖維的混凝土板在25h，甚至28d后未見裂縫。

4.4增強抗磨損能力

結果表明，根據轉動切削試驗法纖維混凝土增強抗磨損能力105%。使用纖維后增加的粗糙度，將使混凝土在同樣外露表面磨損試驗條件下，抗磨損能力增加1倍。試驗結果指出，纖維摻量為0.9kg/m3的板其撓曲強度比有鋼絲網的高2%，比素混凝土板高8%。而荷載-撓度曲線表明纖維混凝土完全可以用于代替焊接鋼絲網混凝土，鋼絲網一般都用于控制干縮裂縫的目的，特別在無鋼筋的混凝土結構。

4.5增加抗破損能力

纖維混凝土和素混凝土抗破損能力試驗用壓縮試驗機測定。試件尺寸為525mm×150 mm ×150 mm，高寬比為3.5∶1，以模擬高層建筑的柱子，壓力強度機加載速度為0.635 mm/m in。試驗結果表明，纖維混凝土試件的壓縮變形比素混凝土試件大10%，且并不碎塌，而素混凝土試件在出現第一個裂縫后，很快就碎裂坍塌。這一纖維混凝土的特性對考慮震動荷載下結構對生命財產的影響時是十分重要的。在混凝土劈裂時，纖維就顯露，纖維從混凝土中拉出時，整個長度都和混凝土水泥漿粘結良好。

4.5增加抗沖擊能力

對有鋼筋的梁和無鋼筋的梁，加入的纖維束對混凝土有明顯增加其能量吸收的作用。纖維束有兩種作用，它們使裂縫間阻止其進一步發展，并在承受應力時，于鋼筋周圍加強混凝土和鋼筋的連結。當纖維量達0.5%時，對有鋼筋的混凝土梁抗沖擊能力有明顯提高。

結 語

纖維混凝土發展經歷告訴我們：必須在纖維上有所突破，才能使纖維混凝土這種高性能混凝土真正得到廣泛使用。纖維混凝土是一種新型建筑材料，可有效防止混凝土因早期干縮。但對纖維束本身的性能，如纖維絲的直徑強度、拉伸變形等尚未見有詳盡介紹。單價也是涉及應用前景的問題。我國某些科研院所和高等學校也已開始著手進行這方面研究，但應用于實際工程，尚有相當工作要做。

參考文獻

[1]李麗. 鋼纖維與水泥砂漿界面粘結性能的試驗研究[J]. 洛陽大學學報. 2002（04）

[2]王成啟.不同彈性模量的纖維對高強混凝土力學性能的影響[J]. 混凝土與水泥制品. 2002（03）

[3]許達.CF纖維混凝土的性能試驗與研究[J]. 鐵道標準設計. 2002（06）

[4]申豫斌.碳纖維水泥砂漿的配制及力學性能測試[J]. 混凝土. 2001（07）