纤维混凝土的应用研究

纤维混凝土的应用研究

徐立强

山东天元装饰工程有限公司

摘要：混凝土高强化是混凝土研究发展多年来的努力方向。但是混凝土的弱点为抗拉、抗弯、抗冲击、抗爆以致韧性差等却限制着其优势的充分发挥，．随着混凝土强度的不断提高，这一弱点也愈益突出。聚丙烯纤维具有耐化学腐蚀性强、强度高、加工性好、质轻、蠕变收缩小、价格低廉和在低掺量下对混凝土的抗裂、增韧效果显著等优良的技术经济性能，因而在建筑工程中得到越来越广泛的应用。

关键词：混凝土；纤维；强化

第1章绪论

混凝土作为当代应用最广泛的建筑材料，有易成型、能耗低、耐久性好、价格便宜等优点，但混凝土自重大、脆性大、抗拉强度低等弱点限制了它的扩大使用。因此人们致力于混凝土向轻质、高强、改变脆性等方向发展，采用纤维增强混凝土是混凝土改性的一个重要手段，它可使混凝土的抗拉强度、变形能力、耐动荷能力大大提高。在承重结构中，国内目前常用的是钢纤维。

第2章纤维混凝土的作用和增强机理

相对于普通混凝土，纤维混凝土有更加良好的性能，纤维在其中的作用由此可见。

2.1纤维混凝土的作用

取决于纤维自身的性质以及它在混凝土基体中散布混合的状态。纤维加入水泥基体中主要有以下作用：阻裂：阻止水泥基体中原有缺陷（微裂缝）的扩展并有效延缓新裂缝的出现。纤维的作用可大大减少甚至彻底消除宏观裂缝产生。防渗：因减少了水泥基体中的连通裂缝，故可有效阻止外界水分侵入。耐久：改善水泥基体抗冻、抗疲劳等性能，提高耐久性。增韧与抗冲击：提高水泥基体耐受变形的能力，从而改善其韧性和抗冲击性。增强：在使用高弹性模量的前提下，可以起到提高基体的抗拉（剪）强度作用。

2.2纤维混凝土增强机理

水泥混凝土具有成本低、硬化前塑性好、硬化后抗压强度高、耐久性好等优点，广泛应用在各种土木工程中，但也存在脆性大、易开裂、抗拉强度低等缺点。为了克服这些缺点，长期以来，人们提出了很多增强办法，其中在水泥混凝土中加入适量的短纤维是一种有效的增强办法。

（1）提高抗拉强度

均匀分布的短纤维对混凝土抗拉强度的增强机理主要有两种解释模型：

<1>纤维间距理论，又称“纤维阻裂机理"，是根据线弹性断裂力学来说明纤维对于裂缝发生和发展的约束作用。这种理论认为混凝土内部有尺度不同的初始微裂缝、孔隙和缺陷，在施加外力荷载时，这些部位产生比较大的应力集中，引起裂缝的扩展，最终导致结构破坏。为了增加混凝土原来有缺陷材料的强度，必须增加其韧性，约束其缺陷的发展，尽可能减小缺陷程度，降低混凝土内部裂缝端部的应力集中系数。

<2>复合材料理论，将纤维混凝土所构成材料的整体视为一个多相体系，简化为纤维和混凝土的两相复合材料，其性能是各个相性能的加和值。由于材料的复合，改善了材料的力学性能，不仅保留了原组成材料的特色，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得原组分所没有的优良性能，并具有可设计性，包括根据材料的使用要求进行选材设计和进行增强体的比例、分布、排列、取向等的复合结构设计。

（2）提高抗裂性能

混凝土在硬化形成强度的过程中，会因体积的收缩和干缩而产生内部应力，这些应力一旦超过基体的抗拉强度，便在混凝土内部引起“微裂缝"。混凝土破坏常常是从这些微裂缝开始的，在外力作用下，微裂缝不断扩展，并互相贯通搭接，形成一个裂缝网络而使混凝土破坏。

（3）提高抗变形能力

纤维与水泥基料有极强的结合力，纤维能迅速和混凝土均匀混合，形成三维不定向支撑体系，成为致密的乱向分布的网状增强系统，增强了混凝土的韧性和整体强度。

（4）增强抗冻性能

在混凝土中加入纤维，可以缓解温度变化而引起的混凝土内部应力的作用，阻止温度裂缝的扩展。实践及研究表明，在混凝土中加入微纤维可作为一种有效的混凝土温差补偿抗裂手段，可以增强混凝土的抗冻性能。

2.3纤维混凝土制备和施工要点

2.3.1纤维混凝土的制备

（1）原料进厂

按批次抽样检验后．各种原材料方可人厂。聚丙烯纤维作为聚丙烯纤维混凝土的重要原材料之一，应注意以下几点：

通过厂家提供的产品合格证及检验报告，判断该种纤维是否满足该种混凝土的要求：生产厂家将聚丙烯纤维按一定重量分袋包装（0.6kg／袋～0.9kg/袋），方便计量、投放。聚丙烯纤维不宜暴晒，应堆放在干燥、阴凉处，以免老化变性。

（2）配合料搅拌

根据每次搅拌混凝土的体积，按照配合比要求（或建议掺量正确计量每次加入的纤维量将纤维投入上料系统。）将集料连同纤维一起加入搅拌机，搅拌时调整干拌时间较普通混凝土增加25％，加入水泥和水后湿拌时间较普通混凝土增加30％，使纤维充分分散。

（3）搅拌完成后随机取样，如纤维已均匀分散成单丝，则混凝土可投入使用，如仍有成束纤维则延长搅拌时间20～30s即可使用。4）为改善拌合物的和易性．可掺加适量的引气剂、也可掺人不超过水泥用量20％的粉煤灰（Ⅱ级）。

（4）输送

输送过程中是要求始终使聚丙烯纤维混凝土拌合物保持均匀、不离析、不分层状态。要求混凝土罐车在输送过程中罐体保持3-6dmin的转速转动，及时将混凝土送到指定浇筑点。拌合好的纤维混凝土由搅拌站输送至浇筑部位，时间不应超过60min。

（5）泵送

开始泵送时，混凝土处于慢速、匀速并随时可反泵的状态。泵送速度先慢后快，逐步加速。同时，观察混凝土泵的压力和各系统的工作情况，待各系统运转正常后，方可以正常速度进行泵送。

2.3.2纤维混凝土质量控制

严格按照国家相关的标准、规范对入场的砂、石、水泥、粉煤灰、外加剂、掺合料等原材料进行抽检，确保原材料的质量。加强对实验室的技术管理，确保配合比科学、经济、合理。采用合理的生产工艺，并对生产过程进行实时监控．维护好备的正常运转，确保拌和物的质量。

2.4纤维混凝土优势

普通钢筋混凝土有外观缺陷和隐蔽缺陷两种。外观缺陷有：蜂窝、麻面、露筋、空洞、层隙、涨裂、掉角、磨损、风化、表面腐蚀、制作及安装偏差、构建的变形及倾斜等。隐蔽缺陷有：混凝土强度不足、抗渗等级不够、抗冻等级不足、内部空洞、蜂窝、拌合物和易性不好等。

添加纤维后的纤维混凝土能改善和加强混凝土性能，提高混凝土的抗冲击性，抗裂、抗渗、抗热、抗腐蚀能力，提高拌合物的和易性，有效的预防和避免普通混凝土的缺陷。而添加不同纤维对混凝土的改良和性能的提升改善又有所不同。

结论

聚丙烯纤维在防止砂浆、混凝土早期收缩裂缝方面的显著作用已得到许多工程实例和试验研究的证实。利用聚丙烯纤维混凝土良好的抗冲磨性能将其应用于水利水电的各水下工程部位是合理的选择，而且还可以不必提高混凝土标号。具有良好的经济效益和实用效益。聚丙烯混凝土有较高的粘稠性，很适宜用于喷射混凝土。喷射聚丙烯纤维混凝土与喷射普通混凝土比较，能显著减少回弹损失，增加一次喷射厚度，提高生产能力，降低总成本，并能防止产生裂纹。

参考文献

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