土木工程中常用纤维混凝土应用分析.doc

混凝土抗拉强度低、易开裂、脆性大、变形性能差不利于抗震、自重大等弱点限制了其应用范围。采用纤维增强混凝土是混凝土改性的一个重要途径，纤维材料的掺人可大大提高混凝土的抗拉强度、抗裂、抗疲劳性能、断裂韧性及变形性能。近几年来纤维混凝土的发展很快，工程中常用的纤维主要有如下几种。

1碳纤维混凝土
碳纤维在水泥浆的强碱性环境中稳定性好，无毒无害，无石棉纤维的致癌结构，性能优于玻璃纤维、钢纤维，而且比其他纤维对水的湿润性大，与混凝土的粘结紧密因而增强效果最好。近年的研究还表明，碳纤维的掺入不仅可显著提高混凝土的强度和韧性，而且其电学性能也有了明显改善，具备本征自感应、自调节功能，它可以作为传感器并以电信号输出的形式，反映自身受力状况和内部的损伤程度；作为驱动器调节自身温度、应力及变形，在智能材料结构系统的研究和开发中倍受关注。
含有碳纤维的水泥试件称为CFRC，碳纤维的掺量和长度对CFRC 试件的一系列性能(如压敏性)有重要影响，只有适当掺量的纤维均匀分散在水泥基体中，碳纤维对水泥浆体的改良作用才能充分地发挥出来，然而由于碳纤维单丝细小、表面积大，在水泥浆体中容易结团，所以碳纤维的分散问题一直是碳纤维水泥基复合材料的一个难题。迄今为止，已有不少研究人员对这个问题进行了大量的探索，取得了一定的进展，但难以进入实用。FRC中乱向分布的碳纤维主要作用是: 阻止混凝土内部微裂缝的扩展并阻滞宏观裂缝的发生和发展。因此对于其抗拉强度和主要由主拉应力控制的抗剪、抗弯、抗扭强度等均有明显改善；同时提高基体的抗变形能力，从而改善其抗拉、抗弯和抗冲击韧性。碳纤维对混凝土的抗压强度提高不多，有时还略有下降，但在基体中加入超细颗粒(如硅粉)可使CFRC的抗压强度明显增加，掺有10％硅粉的CFRC 是基体抗压强度的4倍。此外，CFRC还具有良好的耐化学腐蚀性、抗渗透性、耐磨性、耐干缩性及耐久性。
研究表明，纤维增强混凝土的效果主要取决于基体强度、纤维掺量、碳纤维与基体间的粘结强度、纤维的长度及纤维在基体中的分散程度。其中改善纤维与基体间的粘结强度是提高纤维增强效果的主要途径之一。

2钢纤维混凝土
钢纤维混凝土适用于对抗拉、抗弯、抗裂、抗冲击、抗疲劳和耐磨等性能要求较高的工程和部位。与普通的钢筋混凝土相比，钢纤维混凝土具有较高的抗拉强度、抗裂性能和耐磨性能，其韧性和抗疲劳性能为同等级普通混凝土的数倍。钢纤维增强混凝土的应用起始于20 世纪60年代。目前，钢纤维混凝土主要用于工业厂房地坪、隧道衬砌、公路路面、桥梁以及机场跑道、滑行道和停机坪，并逐步扩展到民用建筑结构中。钢纤维混凝土在施工过程中的质
量控制要点主要有以下几个。
(1)水灰比W/C 宜采用0.45～0.5，稠度可参照同类工程对普通混凝土所要求的稠度确定，其坍落度值可比相应的普通混凝土的要求值小20mm。
(2)钢纤维试配配合比确定后，应进行拌合物的性能试验，检验其稠度、粘聚性、保水性是否满足施工要求。若不满足要求，则应在保持水灰比不变的条件下，调整用水量或砂率直到满足要求为止，并据此确定用于强度试验的基准配合比。
(3)检查拌合物中钢纤维是否分散均匀，有无结团现象；测定钢纤维的体积含量(水洗法)和钢纤维混凝土的密度，并经常在出料口检查拌合物的和易性。

3玻璃纤维混凝土
玻纤混凝土是在普通混凝土中加入抗碱玻纤( 均匀乱向分布)，由于玻纤维的加入，混凝土的物理力学性能得到了很好的提高。由于玻纤维在混凝土中的均匀乱向分布，玻纤维防裂效果明显，具有显著的抗裂和抗疲劳性能，特别是抗早期的塑性收缩裂纹的能力；另外还具有较高的抗拉强度，抗弯强度，抗冲击能力较强，且耐磨，韧性良好。
玻纤维混凝土材料的选择：(1)玻璃纤维采用长度12mm、直径14um的耐碱玻璃纤维短切原丝，且各种性能指标符合国家现行的有关标准。(2)水泥选择硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥。(3)细骨料采用细度模数为2.4～3.0的中砂。(4)粗骨料宜采用5mm～15mm左右的碎石或卵碎石。(5)采用高效减水剂，以提高混凝土的性能。(6)玻纤维掺量为13kg/m3±0.2kg/m3，并且严格按照生产厂家提供的玻纤掺量执行，以保证玻纤混凝土达到设计的预期目的。

4聚丙烯纤维混凝土
玻璃纤维耐碱性差，钢纤维易锈蚀、磁化和产生屏闭，聚丙烯纤维与尼龙纤维一样具有高强力和良好的抗碱性，但与尼龙纤维不一样，聚丙烯网状纤维具有疏水性，使其在冰冻、解冻介质中有独特的可取性，而且，聚丙烯适合加工成网状纤维，聚丙烯网状纤维经与混凝土搅拌后，大部分以又枝纤维、小部分以网片状与混凝土相结合，而这些叉枝网片状的纤维以三维方向与混凝土的固结作用大大优于其他种类单纤维(平直或弯曲)以一维方向与混凝土固结，在拉伸状态下单股纤维单向伸展易失去它在混凝土基体内的粘结固定作用，而叉枝、网片状纤维可以在三维方向粘结牵制不易拉出，纤维的断裂拉伸强度就会被充分应用。因此，网状纤维不仅可减少初始混凝土收缩，还可用于混凝土塑性收缩的控制。
聚丙烯网状纤维在搅拌前是以条束状单独存在的分离体，投入料斗内搅拌后可以非常均匀地在水泥、砂石中进行第一次分散，然后在水、水泥、砂石的冲击下第二次分散，纤维就会撕裂成无数的叉枝纤维和张开的纤维网，均匀地与水泥、砂石以三维方式粘结。

5使用过程中的注意事项
(1)纤维材料的选择要根据结构的使用环境、受力特点等，选择抗拉强度高，耐久性能好，易施工，成本低的纤维材料。
(2)控制好纤维长度和截面形态可使纤维在混凝土中分布均匀，不结团，同时与混凝土有较大的接触表面，有较好的粘结强度。
(3)配制混凝土时既要保证强度的要求，又要有较好的和易性，还要方便施工，能与纤维结合紧密。
(4)掺入纤维材料后混凝土的表面抗裂性能、抗拉性能、抗折性能等都有明显的改善，这要求配制混凝土时的水灰比不能过大，因此在配制混凝土时要加入一定量的减水剂、缓凝剂，从而进一步提高混凝土的性能，充分发挥纤维材料的作用。

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