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纤维混凝土研究进展
王晓翠'吴凯2徐玲琳
(1、311231浙江杭州浙江建设职业技术学院建筑工程系;2、201804上海同济大学材料科学与工程学院)
摘要!混凝土是一种脆性材料,具有抗拉强度低、易开裂、变形性能差等弱点,而采用纤维增强混凝土是对混
凝土进行政性的重要途径。本文概述了现阶瑖纤维混凝土的分类、研究和发展动态,并对纤维混凝土在实际应用过
程中需注意的问题进行了总结。
关鍵词]混凝土;纤维;分类;进展
中图分类号]TU528.527[文献标志码]A文章编号」1003-1324(2012)-04-0071-04
混凝土是一种多相复合材料,由于各组成材料性质的高强钢丝切断端钩型纤维、钢锭铣削端钩型纤维、剪切
的差异和施工养护的影响,混凝土内部不可避免地存在大异型纤维、低合金钢熔抽型纤维,因其增强了与混凝土基
量的微裂缝,这些裂缝的存在,影响了混凝土的性能,特体的粘结力,对混凝土的阻裂、增强、增韧的效果显著,
别是降低了混凝士抗拉强度,这也是混凝土呈脆性破坏的在工程中逐渐得以广泛应用。
主要原因。通过加入掺合料和化学外加剂实现混凝土的密1.2碳纤维混凝土
实性和强度的提高,是制备高性能混凝土的主要途径。但
碳纤维混凝土是将碳纤维均匀地分散在水泥基体
是,混凝土的抗拉强度与抗压强度之比仅为6%6作用,仍存中,用以增加混凝土的物理力学性能的一种复合材料。碳
在拉压比低、韧性差与收缩大等缺点。随着抗压强度的提纤维混凝土的主要特征具有普通增强型混凝土所不具备的
高,混凝土脆性表现得愈明显”。而纤维具有抑制混凝土收优良机械性能、防水渗透性能、耐自然温差性能,在强碱
缩、提高泥凝土抗拉强度、増加混凝土韧性的作用,能够环境下具有稳定的化学性能、持久的机械强度和尺寸的稳
解决高强高性能混凝土中出现的拉压比低、韧性差和收缩定性。用碳纤维取代钢筋,可消除钢觞混凝土的盐水降
大的问题,也能适应现有施工水平和设备条件。因此,纤解和劣化作用,使建筑构件重量减轻,安装施工方便,缩
维混凝士是当今混凝土技术发展的重要趋势。
短建筑工期。
碳纤维还具有巖动阻尼特性,可吸收震动波,使防震
1分类
能力和抗弯强度提高十几倍。碳纤维混凝土具有很高的抗
1钢纤维混凝土
拉性、抗弯性、抗断裂性、抗蚀性等特点。由于碳纤维的
在普通泥凝土中掺人适量钢纤维配制而成的混凝土,较小的膨胀系数,碳纤维混凝土的耐热性较好,温度变形
称为钢纤维混凝土或钢纤维增强泥凝士。与普通混凝土相也较小。
比,其抗拉强度、抗弯强度、耐磨、耐冲击、耐疲劳、韧
碳纤维混凝土中碳纤维主要作用是:阻止混凝虫内部
性、抗裂和抗爆等性能都得到很大提高。
微裂缝的扩展并阻止宏观裂缝的发生及发展。因此对于其
早期混凝土工程中采用的钢纤维主要品种有:用细钢抗拉强度和主要由主拉应力控的抗剪、抗弯、抗扭强度等
丝切断生产的园直型钢纤维,用熔抽法生产的钢纤维,用均有明显改善;同时具有高基体的抗变形能力,从而改善
薄钢板剪切生产的平直型或扭曲型钢纤维。随着混凝土应其抗拉、抗弯和冲击韧性。碳纤维体积分数为1.18%时,试
用技术的发展,人们对钢纤维性能的认识不断深人。根据件劈拉强度提高1.2%,按复合规则,碳纤维的增强作应随
试验研究和工程应用实际情况,钢丝切断圆直型纤维与基水泥中纤维含量的增大而增加,在碳纤维的重量百分含量
体的粘结性能差,碳钢熔抽型纤维在高温冷却过程中表面小于5%时,这个关系几乎是线性的,含量再增加时,碳纤
住往会形成氧化皮,从而严重降低了纤维与基体的粘结性维难以在基体中分散均匀,不能起到增强效果,甚至使碳
能。因而这几种类型的钢纤维在工程中被逐渐淘汰。相应纤维混凝土抗拉强度降低。此外,碳纤维混凝土还具有良
收稿日期:2012-01-11
万方数据
REATE LIVING I居业71
建材料与应用 CONSTRUCTION MATERIALS AND APPLICATION
好的耐蚀性、抗渗透性、耐磨性、耐干缩性及耐久性。
击、高韧性构件的制作,找到了一条很有发展前途的路
1.3玻璃纤维混凝土
子。此外,聚丙烯纤维不锈蚀,其耐酸、耐碱性能也好。
玻璃纤维混凝土(GRC)是将弹性模量较大的抗碱玻璃
纤维,均匀地分布于水泥砂浆、普通混疑土基材中而制得
2纤维的作用
的一种复合材料。近20年来,玻璃纤维混凝土在英国、美
纤维混凝土是以水泥浆、砂浆或混凝土为基材,以金
国、日本等40多个国家已开始大量应用。它将轻质、高强属纤维、无机非金属纤维、合成纤维或天然纤维为增虽材
和高韧性优点集于一体,在建筑领域中占有独特地位。特料组成的复合材料。由于纤维并不改変混凝土中各种材料
别自20世纪90年代以来,低碱度水泥和超抗碱玻璃纤维的本身的化学性能,因而不会破坏混凝土的耐久性。纤维在
相继出现,把玻璃纤维泥凝土技术引向新的发展阶段。
增强水泥基材纤维的抗拉强度、弹性模量和提高极限延伸
由于玻璃纤维的直径仅为5~20m,几乎与水泥的颗率等方面都远较素混凝土大,将这些纤维掺人混凝土中,
粒相接近,使用玻璃纤维时,所用的结合材料为水泥浆,不但可有效地限制水泥基体中微裂缝的扩展,还可提高混
或者在其中掺入细砂来使用,几乎不使用粒径较大的粗骨凝土强度,弥补普通混凝土的自身缺陷,延长其使用寿
料。所以,用这种素材制作而成的复合材料,又称为增强命,扩大其应用领域。
补强水泥。
纤维加入水泥基体中,主要有以下三方面的作用2:
采用玻璃纤维混凝士是建筑工程今后发展方向,它不
(1)阻裂作用;
仅可以弥补普通混凝士制品自重大、抗拉强度低、耐冲击
混凝土内部缺陷是混凝土破坏的诱导因素,纤维加入
性能差等不足,而且还具有普通混凝土所不具有的特性。后可阻止基体中原有缺陷(微裂缝)的扩展并有效延缓新
玻璃纤绯混凝土制品较薄,质量较轻。由于采用抗拉强度裂纹的出现。这种阻裂作用既存在于硬化前的塑性阶段,
极高的玻璃纤维作增强材料,因而其抗拉强度很高。玻璃也存在于硬化阶段。混凝土未硬化前,由于水泥基体在浇
纤维均匀分布于混凝土中,可以防止混凝土制品的表面注后24h内抗拉强度较低,此时均匀分布于混凝土单位体积
龟裂,由于在破坏时能大量吸收能量,因而耐冲击性能优内较大数量的纤维,犹如存在于混凝土内的大量微细筋,
良、抗弯强度较高。此外,玻璃纤维混凝土制品脱模性它们构成均匀乱向支撑体系,不但可承受因塑形收缩引起
好、加工方便,易做成各种形状的异型制品。
的拉应力,还可有效地限制混凝土由于早期(塑性期和硬
1.4聚丙烯纤维混凝土
化初期)离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂隙的发生
聚丙烯纤维混凝土是将切成一定长度的聚丙烯纤维,和发展,减小原生裂隙的数量和尺度。混凝土硬化以后,
均匀地分布在水泥砂浆或普通混凝土的基材中,用以增强若基体仍处于约束状态,当因周围环境温度、湿度的变化
基材的物理力学性能的一种复合材料。这种纤维混凝土具而使干缩引起的拉应力超过其抗拉强度时,也极易生成大
有轻质、抗拉强度高、抗冲击和抗裂性能等优点,也可以量裂缝,在这种情况下纤维仍可阻止或减少裂縫的生成。
以聚丙烯纤维代替部分钢筋而降低混凝土的自重,从而增
(2)增强作用;
加结构的抗震能力。
混凝土不仅抗拉强度低,而且内部由于原材料、施
聚丙烯纤维混疑土是研究与应用最多的合成纤维混疑士。工、养护和使用等方面的原因不可避免地存在很多初始缺
随结品度不同,聚