纤维对混凝土的影响及应用

　　【摘要】混凝土材料已经被沿用了很多年，其性质基本能满足需要。随着社会经济发展，人们对混凝土的性能经济要求越来越多，也越来越高，纤维混凝土应运而生。
　　【关键词】混凝土；纤维
　　一、前言
　　由纤维和水泥、混凝土、砂浆等混合而成的复合材料统称为纤维混凝土。普通混凝土的主要缺点是抗拉强度差、韧性太低、加入某些纤维后，可以增强混凝土的各种性能〔1〕。纤维按照材料性质可分为：金属纤维、无机纤维、有机纤维等。近些年来纤维开始被掺加入钢筋混凝土中，组成了钢筋纤维复合混凝土，为混凝土的应用又开辟了新的道路，扩大了纤维混凝土的应用领域。纤维混凝土按照基体不同又能分为：纤维水泥、纤维砂浆。为了获得各种需要功能的纤维混凝土，有时将两种或者两种以上纤维复合使用，称为混杂纤维混凝土。
　　二、纤维混凝土的特性
　　混凝土作为一种多孔材料，在其内部本身就存在很多相互连通的有害孔，而杂乱无序的钢纤维可填充到混凝土的孔隙当中，改变混凝土的孔结构。当掺入适量的钢纤维时可降低混凝土的孔隙率，减少混凝土中的有害孔，使得混凝土的孔结构分布趋于合理，密实度提高，有利于改善混凝土的力学性能。并且采用了钢筋和纤维制品增强以后，筑造的工程结构坚固耐用，稳定性好，可以满足各种需要。而且科学技术人员一直致力于混凝土的改进研究，其中在纤维掺加入混凝土中改性的研究从未间断，取得了各种各样性能的纤维混凝土材料〔2〕。白敏等〔3〕研究了水胶比为0。45，钢纤维掺量为0、0。5、1。0、1。5和2。0的五种混凝土的力学性能以及其水化28天后的微观形貌。结果表明：钢纤维对混凝土的抗压强度改善并不明显，当钢纤维掺量为1。5时，混凝土的抗压强度仅比普通混凝土提高了7。4；但钢纤维的掺入大大提高了混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度，当钢纤维掺量为1。5时，混凝土劈裂抗拉强度提高了80，当钢纤维掺量为2。0时，混凝土抗拉强度提高了近一倍。混凝土的宏观力学性能特征与微观结构分析结果相吻合。牛荻涛，姜磊〔4〕为了研究钢纤维混凝土的抗冻性能，采用快冻法进行了五种不同钢纤维掺量的混凝土在水中和3。5氯化钠溶液中冻融试验。通过分析冻融循环次数和钢纤维体积率对钢纤维混凝土冻融后质量损失、劈裂强度损失和相对动弹性模量变化的影响，分析了冻融环境下钢纤维对混凝土的增强机理。并且用压汞法和SEM从微观上研究了钢纤维混凝土的孔径分布特征，讨论了微观结构对其抗冻性能的影响。王艳〔5〕测试了碳化和酸雨侵蚀共同作用下钢纤维混凝土的质量变化率、劈拉强度变化率、溶蚀深度、中性化深度，系统研究了碳化和酸雨侵蚀共同作用下钢纤维混凝土的耐久性能。结果表明：碳化加速了酸雨侵蚀下混凝土的溶蚀；碳化和酸雨侵蚀共同作用下的混凝土质量损失率、劈拉强度损失率以及溶蚀深度都大于单独酸雨侵蚀作用下的混凝土质量损失率、劈拉强度损失率以及溶蚀深度，中性化深度大于单独酸雨侵蚀下中性化深度和单独碳化作用下中性化深度的叠加。
　　在纤维配料和拌和中采取相应措施使得纤维在基体中均匀分散开，可以使得原本的混凝土具有水下不分散性能。与普通混凝土相比，纤维混凝土的抗拉强度、弯拉强度、抗剪强度都变大了。另外纤维混凝土可以降低混凝土的早期裂缝，并可降低温度裂缝和长期裂缝。纤维混凝土的裂后变形性能明显改善，当纤维混凝土受压时，基体能做到裂而不碎，另外纤维混凝土的抵抗瞬间冲击爆炸的能力显著增加。当混凝土中添加的纤维具有某些特殊功能时，可以增加纤维混凝土的耐腐蚀和耐老化能力，该类混凝土可以用在某些腐蚀物质流通的通道内。
　　三、纤维混凝土在工程中的应用
　　纤维混凝土在工程中应用比较广泛，这跟混凝土的种类繁多，功能多样有关系〔6〕。其中用量最大的纤维主要分为四种：石棉纤维混凝土、玻璃纤维混凝土制品、钢纤维混凝土制品、以及合成纤维混凝土制品。石棉混凝土制品问世于1879年，从产品出现走向工程应用，石棉混凝土用品的产量越来越大。因为该类纤维增强混凝土有耐腐蚀、耐紫外线、耐候性的特点。但石棉纤维制品的石棉粉尘具有致癌作用，因此应当采取控制粉尘污染侵害的前提下才能大量使用。玻璃纤维混凝土诞生于1957年，由前苏联发明制造。我国开发研究也比较早，大部分的玻璃纤维被广泛应用是使用的耐碱性玻璃纤维，制造耐碱性玻璃纤维可以通过对玻璃纤维做耐碱图层和增加玻璃纤维中防老化元素的含量来实现。玻璃纤维可用于建造储藏仓之类，它具有自重轻、成本低、耐久性非常好的特点。因此具有良好的应用前景。钢纤维混凝土是当前全世界范围内应用最为广泛用量最大的工程结构材料〔7〕。
　　钢纤维混凝土最早出现在1910年，但是在1963年才获得巨大的发展。钢纤维增强混凝土具有极强的耐久性，提高了混凝土的抗裂、抗拉强度还有韧性等。此外当钢纤维锈蚀的时候不会膨胀，因此对基体混凝土有很好的保护作用，钢纤维混凝土的耐久性非常好。主要应用在公路路面、桥梁建设、机场道面、工业建筑用地等。还可以应用于桥梁承台，交通隧道，军事工程中去，起到支护和抗冲击的作用〔8〕。赵顺波〔9〕等提出等体积钢纤维替代粗骨料并将钢纤维质量计入砂率公式来直接进行钢纤维高强混凝土配合比设计的方法。通过试验研究碎石级配、钢纤维长度和体积率对新拌钢纤维混凝土的坍落度和硬化钢纤维混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲抗拉强度的影响规律，与现行纤维混凝土结构技术规程规定的相关强度计算公式进行对比分析。
　　在通常的使用中，主要与玻璃纤维、钢纤维等联合使用，某些特殊纤维配制的混凝土，绝热性能和耐久性优良；还有碳纤维、芳纶纤维混凝土等结构材料，可以很好的适应温度变化对混凝土造成的涨缩破坏，甚至可以防止火灾等。因此合成纤维混凝土材料的应用种类最广，最有技巧性。其主要应用领域如：在游泳池的池底，桥面板、屋面刚性防水层、隧洞、防护坡等部位。
　　四、结语
　　钢纤维混凝土用于增强混凝土结构，可以改善无筋混凝土和预应力混凝土的性能。合成纤维及混杂纤维混凝土中，高模量合成纤维已经得到发展，在许多防腐蚀、防電磁特殊领域得以应用。其中，芳纶纤维混凝土的性能最为优异，增强增韧能力甚至超过钢纤维混凝土，但芳纶纤维价格太高，应用受限，因此降低芳纶纤维价格，提高芳纶制造技术是目前我们研究的一个重点。碳纤维混凝土和陶瓷纤维混凝土具有在航空航天工业应用的特殊性能，其特点是具有极高的抗拉强度和高弹性模量，有望在军事工程、化工容器等领域得到较大发展。
　　【参考文献】
　　〔1〕林倩，吴飚。浅谈纤维混凝土〔J〕。综合论述，2011：01。
　　〔2〕李燕飞；杨健辉；丁鹏；赵红兵。混杂纤维混凝土力学性能研究〔J〕。应用研究，2013（02）。
　　〔3〕白敏，牛荻涛。钢纤维改善混凝土力学性能和微观结构的研究〔J〕。硅酸盐通报，2013，（10）：20842089。
　　〔4〕牛荻涛，姜磊。钢纤维混凝土抗冻性能试验研究〔J〕。土木建筑与环境工程，2012，（8）：8084。
　　〔5〕王艳。碳化与酸雨侵蚀共同作用下钢纤维混凝土的耐久性能〔J〕。土木工程学报，2008，（7）：16
　　〔6〕李继业，刘经强，徐羽白。特殊材料新型混凝土技术〔M〕。北京：化学工业出版社，2007
　　〔7〕钢纤维混凝土的研究现状和发展动态〔J〕，2008
　　〔8〕张晓峰。平阴黄河大桥钢纤维混凝土桥面铺装技术研究。2009。
　　〔9〕赵顺波，杜晖。钢纤维高强混凝土配合比直接设计方法研究〔J〕。土木工程学报，2008，（7）：16。