趙 琳 遼寧工業(yè)大學(xué)土木建筑工程學(xué)院

1 前言

普通混凝土雖然作為主要建筑結(jié)構(gòu)材料得到廣泛的應(yīng)用。但是普通混凝土力學(xué)性能存在著一定的缺陷，即:它的抗拉強(qiáng)度、抗沖擊韌性性能、抗爆等性能比較差。纖維混凝土是以普通混凝土作為基材，以適量同時(shí)可以單摻、雙摻及三摻的纖維（不同的形狀、長(zhǎng)徑比、類型等）作為增強(qiáng)材料，以不同的比例摻入到混凝土中,從而形成的一種優(yōu)良性能的結(jié)構(gòu)材料。

2 纖維混凝土的發(fā)展簡(jiǎn)況

20世紀(jì)初美國(guó)學(xué)者H.F.Porter首先提出采用試驗(yàn)研究了鋼纖維水泥混凝土的抗拉性能。20世紀(jì)40年代，多國(guó)的學(xué)者通過(guò)系列試驗(yàn)研究了纖維混凝土的力學(xué)性能，但研究成果均未能詳細(xì)闡述其增強(qiáng)機(jī)理，因而限制其在土木工程結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用。

20世紀(jì)60年代，J.P.Romualdi等學(xué)者首次提出了纖維混凝土的阻裂機(jī)理。

20世紀(jì)70年代，美國(guó)Battelle公司采用了熔抽技術(shù)，導(dǎo)致鋼纖維的價(jià)格有所降低，為鋼纖維混凝土的工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

20世紀(jì)80年代，鋼纖維混凝土在土木工程得到廣泛應(yīng)用,其他纖維在水泥混凝土中的應(yīng)用也有較大進(jìn)展，常用的纖維如圖1～圖4。

圖1 玄武巖纖維

圖4 鋼纖維

3 纖維混凝土的多項(xiàng)性能研究

3.1 抗凍性能的研究

在我國(guó)尤其東北地區(qū)，由于溫差變化大，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件等工程結(jié)構(gòu)物遭受凍融損傷，使其安全性能得不到保證。長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員不斷通過(guò)多種手段提高混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性能，在混凝土基體中加入纖維以提高其耐久性成為重要的研究方法之一。

孫家瑛通過(guò)系列試驗(yàn)研究了植物纖維和聚丙烯纖維混凝土的抗凍性能，發(fā)現(xiàn)在混凝土中摻入這兩種纖維均可提高混凝土的抗凍性能，且植物纖維提高抗凍性能效果更顯著。何銳等采用聚乙烯纖維和聚丙烯塑鋼纖維成型混凝土研究其抗凍性，發(fā)現(xiàn)混凝土在凍融后彎曲韌性出現(xiàn)損傷但未出現(xiàn)脆性斷裂；趙兵兵等進(jìn)行玄武巖－聚丙烯混雜纖維混凝土抗凍性能試驗(yàn)，試驗(yàn)找到了在凍融條件下改善強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失的最佳纖維摻量；何柏等研究了3種不同回潮率纖維成型混凝土的抗凍性能規(guī)律，不同回潮率纖維對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)改善不同，且隨凍融次數(shù)的增加，親水性纖維對(duì)混凝土抗凍性影響更明顯，凍融循環(huán)前后纖維混凝土受壓破壞形態(tài)如圖5所示。

圖2 纖維素纖維

圖3 聚丙烯纖維

圖5 凍融循環(huán)前后纖維混凝土受壓破壞形態(tài)

3.2 混摻纖維高溫后力學(xué)性能的研究

近年研究發(fā)現(xiàn)摻入單一品種的纖維對(duì)其力學(xué)性能的提高幅度不明顯,因此研究趨勢(shì)轉(zhuǎn)向了混雜纖維混凝土。劉沐宇等通過(guò)試驗(yàn)探討纖維混凝土高溫后的殘余力學(xué)性能，試驗(yàn)結(jié)果表明:超過(guò)800℃,殘余抗壓強(qiáng)度降低了46%,而抗拉強(qiáng)度降低了68%,與素混凝土相比,纖維混凝土具有較好的耐高溫性能。Sanchayan等通過(guò)試驗(yàn)探討鋼-聚乙烯醇混雜纖維活性粉末混凝土高溫性能,試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著溫度的升高,質(zhì)量損失率逐漸提高,纖維摻量對(duì)其性能影響較小。高超等通過(guò)試驗(yàn)探討研究了溫度與強(qiáng)度變化的規(guī)律,試驗(yàn)結(jié)果表明：小于200℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度均略有增加,高于200℃,隨著溫度的升高,抗壓強(qiáng)度開(kāi)始降低。劉鑫等通過(guò)試驗(yàn)探討鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度受溫度影響規(guī)律（20℃，200℃，400℃，600℃，800℃）,試驗(yàn)結(jié)果表明：高溫下抗壓強(qiáng)度的變化呈先升后降的趨勢(shì)，在400℃時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值。

3.3 混摻纖維混凝土力學(xué)性能的研究

自從混凝土問(wèn)世以來(lái)，由于混凝土的抗拉強(qiáng)度較低導(dǎo)致受拉區(qū)域容易開(kāi)裂，如何解決混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件開(kāi)裂問(wèn)題，一直是工程應(yīng)用研究的熱點(diǎn)課題?；炷恋呐芽估瓘?qiáng)度與混凝土的強(qiáng)度等級(jí)呈線性關(guān)系，但是拉壓比反而隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高而減小，實(shí)際上是資源的浪費(fèi)。目前學(xué)者普遍認(rèn)為：纖維的摻入，可以有效提高混凝土的抗拉和韌性性能。我國(guó)纖維混凝土研究相比國(guó)外雖然起步較晚,但也取得了豐富的成果，我國(guó)的CECS 38—2004《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對(duì)鋼纖維、合成纖維等的物理力學(xué)性能與施工等方面作了要求，但有關(guān)混雜纖維混凝土的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍為空白。大量研究表明，鋼纖維在混凝土受荷作用時(shí)，起到阻裂的效果，可以大幅提高抗拉強(qiáng)度和韌性性能；合成纖維則能有效減小混凝土的收縮變形，但效果沒(méi)有鋼纖維顯著。孫偉和錢(qián)紅萍等研究發(fā)現(xiàn)，三種不同尺度、同一性質(zhì)的鋼纖維混雜，較單摻一種鋼纖維的混凝土，在阻裂、減少收縮等方面均有明顯的增強(qiáng)效應(yīng)。Mitsui K和Kojima M等配置合成纖維與鋼纖維混雜高強(qiáng)度混凝土，其韌性和抗裂性能指標(biāo)都得到了明顯提高，且減小了混凝土的自收縮性。Eethar T D和Ramlib M通過(guò)試驗(yàn)研究了鋼纖維和棕櫚纖維的混雜纖維混凝土，采用摻量分別為1.5%的鋼纖維和0.5%棕櫚纖維混雜，韌性指數(shù)得到明顯提高，此外混雜纖維還可以提高鋼筋混凝土構(gòu)件的整體彎曲韌性和彎曲剛度。

4 結(jié)束語(yǔ)

纖維混凝土能夠明顯提高其強(qiáng)度、延性及耐久性能。鋼纖維對(duì)混凝土抗拉、抗壓強(qiáng)度的提高好于聚丙烯纖維，但對(duì)其彎曲強(qiáng)度影響基本一樣；高溫作用下聚丙烯纖維好于鋼纖維混凝土；纖維混凝土強(qiáng)度均隨水泥含量的增大而降低；纖維混凝土的抗沖擊性能等性能得到明顯改善，使得其能更好應(yīng)用于橋隧工程結(jié)構(gòu)、海洋平臺(tái)等大型工程結(jié)構(gòu)并能提高其耐久性能。