纖維對混凝土的影響及應(yīng)用

彭亮

【摘 要】混凝土材料已經(jīng)被沿用了很多年，其性質(zhì)基本能滿足需要。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對混凝土的性能經(jīng)濟(jì)要求越來越多，也越來越高，纖維混凝土應(yīng)運(yùn)而生。

【關(guān)鍵詞】混凝土；纖維

一、前言

由纖維和水泥、混凝土、砂漿等混合而成的復(fù)合材料統(tǒng)稱為纖維混凝土。普通混凝土的主要缺點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度差、韌性太低、加入某些纖維后，可以增強(qiáng)混凝土的各種性能[1]。纖維按照材料性質(zhì)可分為：金屬纖維、無機(jī)纖維、有機(jī)纖維等。近些年來纖維開始被摻加入鋼筋混凝土中，組成了鋼筋-纖維復(fù)合混凝土，為混凝土的應(yīng)用又開辟了新的道路，擴(kuò)大了纖維混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域。纖維混凝土按照基體不同又能分為：纖維水泥、纖維砂漿。為了獲得各種需要功能的纖維混凝土，有時(shí)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。

二、纖維混凝土的特性

混凝土作為一種多孔材料，在其內(nèi)部本身就存在很多相互連通的有害孔，而雜亂無序的鋼纖維可填充到混凝土的孔隙當(dāng)中，改變混凝土的孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)摻入適量的鋼纖維時(shí)可降低混凝土的孔隙率，減少混凝土中的有害孔，使得混凝土的孔結(jié)構(gòu)分布趨于合理，密實(shí)度提高，有利于改善混凝土的力學(xué)性能。并且采用了鋼筋和纖維制品增強(qiáng)以后，筑造的工程結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，穩(wěn)定性好，可以滿足各種需要。而且科學(xué)技術(shù)人員一直致力于混凝土的改進(jìn)研究，其中在纖維摻加入混凝土中改性的研究從未間斷，取得了各種各樣性能的纖維混凝土材料[2]。白敏等[3]研究了水膠比為0.45，鋼纖維摻量為0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%的五種混凝土的力學(xué)性能以及其水化28天后的微觀形貌。結(jié)果表明：鋼纖維對混凝土的抗壓強(qiáng)度改善并不明顯，當(dāng)鋼纖維摻量為1.5%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度僅比普通混凝土提高了7.4%；但鋼纖維的摻入大大提高了混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，當(dāng)鋼纖維摻量為1.5%時(shí)，混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度提高了80%，當(dāng)鋼纖維摻量為2.0%時(shí)，混凝土抗拉強(qiáng)度提高了近一倍。混凝土的宏觀力學(xué)性能特征與微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果相吻合。牛荻濤，姜磊[4] 為了研究鋼纖維混凝土的抗凍性能，采用快凍法進(jìn)行了五種不同鋼纖維摻量的混凝土在水中和3.5%氯化鈉溶液中凍融試驗(yàn)。通過分析凍融循環(huán)次數(shù)和鋼纖維體積率對鋼纖維混凝土凍融后質(zhì)量損失、劈裂強(qiáng)度損失和相對動彈性模量變化的影響，分析了凍融環(huán)境下鋼纖維對混凝土的增強(qiáng)機(jī)理。并且用壓汞法和SEM從微觀上研究了鋼纖維混凝土的孔徑分布特征，討論了微觀結(jié)構(gòu)對其抗凍性能的影響。王艷[5] 測試了碳化和酸雨侵蝕共同作用下鋼纖維混凝土的質(zhì)量變化率、劈拉強(qiáng)度變化率、溶蝕深度、中性化深度，系統(tǒng)研究了碳化和酸雨侵蝕共同作用下鋼纖維混凝土的耐久性能.結(jié)果表明：碳化加速了酸雨侵蝕下混凝土的溶蝕；碳化和酸雨侵蝕共同作用下的混凝土質(zhì)量損失率、劈拉強(qiáng)度損失率以及溶蝕深度都大于單獨(dú)酸雨侵蝕作用下的混凝土質(zhì)量損失率、劈拉強(qiáng)度損失率以及溶蝕深度，中性化深度大于單獨(dú)酸雨侵蝕下中性化深度和單獨(dú)碳化作用下中性化深度的疊加。

在纖維配料和拌和中采取相應(yīng)措施使得纖維在基體中均勻分散開，可以使得原本的混凝土具有水下不分散性能。與普通混凝土相比，纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度都變大了。另外纖維混凝土可以降低混凝土的早期裂縫，并可降低溫度裂縫和長期裂縫。纖維混凝土的裂后變形性能明顯改善，當(dāng)纖維混凝土受壓時(shí)，基體能做到裂而不碎，另外纖維混凝土的抵抗瞬間沖擊爆炸的能力顯著增加。當(dāng)混凝土中添加的纖維具有某些特殊功能時(shí)，可以增加纖維混凝土的耐腐蝕和耐老化能力，該類混凝土可以用在某些腐蝕物質(zhì)流通的通道內(nèi)。

三、纖維混凝土在工程中的應(yīng)用

纖維混凝土在工程中應(yīng)用比較廣泛，這跟混凝土的種類繁多，功能多樣有關(guān)系[6]。其中用量最大的纖維主要分為四種：石棉纖維混凝土、玻璃纖維混凝土制品、鋼纖維混凝土制品、以及合成纖維混凝土制品。石棉混凝土制品問世于1879年，從產(chǎn)品出現(xiàn)走向工程應(yīng)用，石棉混凝土用品的產(chǎn)量越來越大。因?yàn)樵擃惱w維增強(qiáng)混凝土有耐腐蝕、耐紫外線、耐候性的特點(diǎn)。但石棉纖維制品的石棉粉塵具有致癌作用，因此應(yīng)當(dāng)采取控制粉塵污染侵害的前提下才能大量使用。玻璃纖維混凝土誕生于1957年，由前蘇聯(lián)發(fā)明制造。我國開發(fā)研究也比較早，大部分的玻璃纖維被廣泛應(yīng)用是使用的耐堿性玻璃纖維，制造耐堿性玻璃纖維可以通過對玻璃纖維做耐堿圖層和增加玻璃纖維中防老化元素的含量來實(shí)現(xiàn)。玻璃纖維可用于建造儲藏倉之類，它具有自重輕、成本低、耐久性非常好的特點(diǎn)。因此具有良好的應(yīng)用前景。鋼纖維混凝土是當(dāng)前全世界范圍內(nèi)應(yīng)用最為廣泛用量最大的工程結(jié)構(gòu)材料[7]。

鋼纖維混凝土最早出現(xiàn)在1910年，但是在1963年才獲得巨大的發(fā)展。鋼纖維增強(qiáng)混凝土具有極強(qiáng)的耐久性，提高了混凝土的抗裂、抗拉強(qiáng)度還有韌性等。此外當(dāng)鋼纖維銹蝕的時(shí)候不會膨脹，因此對基體混凝土有很好的保護(hù)作用，鋼纖維混凝土的耐久性非常好。主要應(yīng)用在公路路面、橋梁建設(shè)、機(jī)場道面、工業(yè)建筑用地等。還可以應(yīng)用于橋梁承臺，交通隧道，軍事工程中去，起到支護(hù)和抗沖擊的作用[8]。趙順波[9]等提出等體積鋼纖維替代粗骨料并將鋼纖維質(zhì)量計(jì)入砂率公式來直接進(jìn)行鋼纖維高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)的方法。通過試驗(yàn)研究碎石級配、鋼纖維長度和體積率對新拌鋼纖維混凝土的坍落度和硬化鋼纖維混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、彎曲抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律， 與現(xiàn)行纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定的相關(guān)強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行對比分析。

在通常的使用中，主要與玻璃纖維、鋼纖維等聯(lián)合使用，某些特殊纖維配制的混凝土，絕熱性能和耐久性優(yōu)良；還有碳纖維、芳綸纖維混凝土等結(jié)構(gòu)材料，可以很好的適應(yīng)溫度變化對混凝土造成的漲縮破壞，甚至可以防止火災(zāi)等。因此合成纖維混凝土材料的應(yīng)用種類最廣，最有技巧性。其主要應(yīng)用領(lǐng)域如：在游泳池的池底，橋面板、屋面剛性防水層、隧洞、防護(hù)坡等部位。

四、結(jié)語

鋼纖維混凝土用于增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)，可以改善無筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土的性能。合成纖維及混雜纖維混凝土中，高模量合成纖維已經(jīng)得到發(fā)展，在許多防腐蝕、防電磁特殊領(lǐng)域得以應(yīng)用。其中，芳綸纖維混凝土的性能最為優(yōu)異，增強(qiáng)增韌能力甚至超過鋼纖維混凝土，但芳綸纖維價(jià)格太高，應(yīng)用受限，因此降低芳綸纖維價(jià)格，提高芳綸制造技術(shù)是目前我們研究的一個(gè)重點(diǎn)。碳纖維混凝土和陶瓷纖維混凝土具有在航空航天工業(yè)應(yīng)用的特殊性能，其特點(diǎn)是具有極高的抗拉強(qiáng)度和高彈性模量，有望在軍事工程、化工容器等領(lǐng)域得到較大發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]林倩，吳飚.淺談纖維混凝土[J].綜合論述，2011：01.

[2]李燕飛；楊健輝；丁鵬；趙紅兵.混雜纖維混凝土力學(xué)性能研究[J].應(yīng)用研究，2013（02）.

[3]白敏，牛荻濤. 鋼纖維改善混凝土力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2013，（10）：2084-2089.

[4]牛荻濤，姜磊。鋼纖維混凝土抗凍性能試驗(yàn)研究[J]. 土 木 建 筑 與 環(huán) 境 工 程，2012，（8）：80-84.

[5]王艷. 碳化與酸雨侵蝕共同作用下鋼纖維混凝土的耐久性能[J].土木工程學(xué)報(bào)，2008，（7）：1-6

[6]李繼業(yè)，劉經(jīng)強(qiáng)，徐羽白.特殊材料新型混凝土技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007

[7]鋼纖維混凝土的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)[J]，2008

[8]張曉峰.平陰黃河大橋鋼纖維混凝土橋面鋪裝技術(shù)研究.2009.

[9]趙順波，杜暉.鋼纖維高強(qiáng)混凝土配合比直接設(shè)計(jì)方法研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2008，（7）：1-6.endprint