当纤维遇到混凝土——纤维混凝土

平常我们所见到的的混凝土是以水泥石、砂浆为基料，它的主要缺点是：抗拉强度低、极限延伸率小、性脆。而纤维正好是抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好，可以克服这些缺点。那么将两者结合起来的纤维混凝土究竟怎么样呢？下面小编就带大家好好的了解下这融合的产物——纤维混凝土。

纤维混凝土（fiber reinforced concrete）是纤维和水泥基料（水泥石、砂浆或混凝土）组成的复合材料的统称。所用纤维按其材料性质可分为：①金属纤维。如钢纤维(钢纤维混凝土)、不锈钢纤维(适用于耐热混凝土)。②无机纤维。主要有天然矿物纤维（温石棉、青石棉、铁石棉等）和人造矿物纤维（抗碱玻璃纤维及抗碱矿棉等碳纤维）。③有机纤维。主要有合成纤维（聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙、芳族聚酰亚胺等）和植物纤维（西沙尔麻、龙舌兰等），合成纤维混凝土不宜使用于高于60℃的热环境中。

纤维混凝土与普通混凝土相比，虽有许多优点，但毕竟代替不了钢筋混凝土。人们开始在配有钢筋的混凝土中掺加纤维，使其成为钢筋-纤维复合混凝土，这又为纤维混凝土的应用开发了一条新途径。

以水泥浆、砂浆或混凝土作基材，以纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料，称为纤维混凝土。纤维可控制基体混凝土裂纹的进一步发展，从而提高抗裂性。由于纤维的抗拉强度大、延伸率大，使混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击强度及延伸率和韧性得以提高。纤维混凝土的主要品种有石棉水泥、钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土及碳纤维混凝土、植物纤维混凝土和高弹模合成纤维混凝土等。

1.钢纤维混凝土

(l)材料。制备普通钢纤维混凝土，主要使用低碳钢纤维。制备耐火混凝土，则必须使用不锈钢纤维。圆截面长直形钢纤维直径一般为o.25～0. 75mm;扁平形钢纤维厚度为0. 15～0. 4mm，宽度为0.25～0. 9mm，长度均为20～60mm。为改善界面黏结，还有端部带弯钩的钢纤维等。

钢纤维混凝土一般使用425号、525号普通硅酸盐水泥，高强钢纤维混凝土可使用625号硅酸盐水泥或明矾石水泥。使用的粗骨料最大粒径以不超过15mm为宜。为改善拌和物和易性，必须使用减水剂或高效减水剂。混凝土的砂率一般不应低于50%，水泥用量比普通未掺纤维的应高10%左右。

(2)掺量。为保证纤维能均匀分布于}昆凝土，长径比不应大于100，一般为60～80。对每种规格的纤维都有一最大掺量的限值，一般为0.5%～2%(体积率)。

(3)搅拌。钢纤维混凝土采用强制式搅拌机搅拌，为使纤维能均匀分散于混凝土中，应通过摇筛或分散机加料。搅拌的投料顺序与普通混凝土不同。一种方法是先将粗细集料、水泥和水加入搅拌机，搅拌均匀后再将纤维加入搅拌。另一种方法分三步，第一步先将粗细集料搅拌均匀，第二步加入纤维搅拌，最后将水泥和水加入再搅拌。

(4)捣实。不同的捣实方法，对纤维的取向有很大的影响。采用泵送至仓内，不加插搞，纤维在其中呈三维乱向;如采用插入式振动装置捣实，则大部分纤维呈三维乱向，少部分为二维乱向;采用平面振动器振捣，则大部分呈二维乱向，少部分为三维乱向;采用喷射方式，纤维在喷射面上呈二维乱向;采用“离心法”或“挤出法”，纤维取向介于一维定向与二维乱向之间;如果在磁场中振捣，纤维则沿磁力线方向分布。

(5)力学性能。掺入钢纤维，显著地改善了混凝土的力学性能。当掺量在许可范围之内，可提高抗拉强度30%—50%，抗弯强度可提高50%～100%，韧性可提高10～50倍，抗冲击强度可提高2～9倍，抗压强度提高较小，可达15%～25%。钢纤维混凝土还可使干缩率降低10%～30%。

钢纤维混凝土成本高，施工难度也比较大，必须用在最应该用的工程上。如重要的隧道、地铁、机场、高架路床、溢洪道以及防爆防震工程等。

2.玻璃纤维混凝土

在玻璃纤维混凝土中使用的纤维必须是抗碱玻璃纤维，以抵抗混凝土中Ca (OH)z的侵蚀。抗碱玻璃纤维，在普通硅酸盐水泥中也只能减缓侵蚀，欲大幅度提高使用寿命，应该使用硫铝酸盐水泥。

玻璃纤维混凝土对粗细骨料及配合比无特殊要求，与钢纤维混凝土基本类同。玻璃纤维混凝土在力学性能方面肯定比钢纤维泥凝土低，抗压强度与未掺纤维的相比，还略有降低。但其韧性很高，可提高30～120倍，而且具有较好的耐火性能。主要用于非承重与次要承重的构件上。

3.聚丙烯纤维混凝土

聚丙烯膜裂纤维是一种束状的合成纤维，拉开后成网络状，也可切成长度为19～64mm的短切使用。为防止老化，使用前应装于黑色包装容器中。

施工工艺分为搅拌法与喷射法。纤维的掺量因工艺不同而异。采用搅拌法切短长度为40～70mm，体积掺率为0.4%～1%;采用喷射法切短长度为20～60mm，体积掺率为2%～6%。聚丙烯纤维}昆凝土，力学性能不高，一旦混凝土开裂，纤维混凝土即发生开裂，抗压强度亦无明显提高。唯抗冲击强度较高，可提高2～10倍。收缩率可降低75%。可用于非承重的板、停车场等。

制造纤维混凝土主要使用具有一定长径比（即纤维的长度与直径的比值）的短纤维。但有时也使用长纤维（如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯纤化薄膜）或纤维制品（如玻璃纤维网格布、玻璃纤维毡）。其抗拉极限强度可提高30～50%。

纤维在纤维混凝土中的主要作用，在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷（拉、弯）初期，当配料合适并掺有适宜的高效减水剂时，水泥基料与纤维共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；当基料发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。

若纤维的体积掺量大于某一临界值，整个复合材料可继续承受较高的荷载并产生较大的变形，直到纤维被拉断或纤维从基料中被拨出，以致复合材料破坏。 与普通混凝土相比，纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度，尤以韧性提高的幅度为大。

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