纖維混凝土概述

    1.混凝土的非結構性裂縫

    混凝土出現(xiàn)裂縫，長期以來認為是一種正常的現(xiàn)象，并認為不影響其使用。當混凝土應力超過其強度時就出現(xiàn)裂縫。由外力所產(chǎn)生應力而引起的裂縫可用提高混凝土鋪砌面、板墻結構的結構強度加以補償。然而由混凝土本身收縮引起的內(nèi)蘊應力長期以來是一個需加控制 的問題。由于這類裂縫不可預見它們發(fā)生的種類、位置和機理，其絕大多數(shù)是由于干燥過程產(chǎn)生的收縮應力引起的內(nèi)蘊裂縫。這些裂縫是混凝土澆筑后的第一個24h內(nèi)形成。沉陷和收縮裂縫初期在一段時間內(nèi)是無法觀察到的，它們常被表面抹光于表面彌合，或者只是不夠寬 而看不到，直到混凝土裂縫由于荷載使這些微裂隙薄弱面發(fā)展成可見裂縫。

    塑性收縮裂縫一般貫穿整個構件或板塊，使混凝土達到其設計強度前就形成薄弱面而降低其整體性。幾種內(nèi)蘊裂縫的成因和出現(xiàn)的時間如表1。

    合成纖維混凝土是在混凝土中加入由聚丙烯制成的合成材料纖維絲，以增強塑性混凝土的抗拉能力，顯著降低其塑性流動和收縮微裂紋。這種減少或消除塑性裂紋使混凝土獲得其最佳的長期整體性。由聚丙烯制成的合成材料纖維絲是特為應用于混凝土而開發(fā)的產(chǎn)品，它制成纖維束。當這種纖維束用量為0.9 kg/m3加入混凝土拌合料，經(jīng)拌合使其打開并分散成無數(shù)單個纖維。這些纖維呈各向均勻分布于整個混凝土，使混凝土得到輔助的加強，以防止收縮裂縫。在隨處都有纖維的混凝土中，亦可最大限度減小在有強度狀態(tài)下混凝土可能出現(xiàn)裂縫的寬度和長度。

    加入聚丙烯纖維的混凝土可減小其泌水率和總量，增加塑性混凝土的延伸度，由此可成倍增加抗塑性沉陷裂縫的作用。

    2.　微觀補強的現(xiàn)代技術

    為避免混凝土表面裂縫，常應用鋼絲網(wǎng)，這總是擔心它們的位置是否正確或已移動，給施工增加難度。而現(xiàn)今開發(fā)的聚丙烯纖維混凝土，是一種極為高級的在混凝土塑性和硬化過程中對其進行補強的現(xiàn)代新技術。

    與鋼絲網(wǎng)補強比較，纖維混凝土除能防止裂縫的集中出現(xiàn)外，還有對混凝土補強防止塑性收縮裂縫的出現(xiàn)，加強抗沖擊、抗磨損、抗破損，具有防銹防蝕，并有安全、使用方便等優(yōu)點。另外纖維混凝土不必使用吊車、固定鋼絲網(wǎng)等設備，因而可加快施工進度，節(jié)省施工費用。

    合成材料纖維絲是一種惰性材料，并不影響混凝土的成型特性，它能適應多種表面處理工藝，如壓實成型、手抹刀擠抹、動力抹壓、表面涂層處理、涂顏色、干刷、加入液體早強硬化劑和加氣劑等。

    纖維混凝土不會生銹和表面有銹蝕污點，合成纖維絲不腐蝕和耐酸堿。在通常纖維用量下新鮮混凝土粘滯性亦即振動時的和易性好，不因加入纖維而影響其和易性。纖維不對水泥的化學水解作用產(chǎn)生任何影響，它完全是純力學作用改善其工作和力學性能。預先加入的纖維，在中心混凝土工廠或混凝土攪拌卡車上按規(guī)定時間和速度拌合，卸料后纖維都能均勻分布于混凝土中，攪拌過度也不會改變其工作性能。

    3.　纖維束--先進的混凝土技術

    美國生產(chǎn)合成材料纖維束的公司FIBERMESH在全世界范圍實施一項連續(xù)的研究計劃，以推動纖維束用于混凝土結構，在一些著名的大學和研究機構進行的研究有：塑性裂縫、沖擊 試驗、撓曲強度、靜載強度試驗、耐久性、噴漿、氯離子穿透性、鋼筋腐蝕、疲勞強度、抗磨損、受拉應力應變、流變性能、裂縫寬度、粘結性能、抗壓強度試驗、泌水性、抗震試驗 、抗凍性、稠度、石油反應、耐久級別。

    纖維束是專為發(fā)展新型混凝土而生產(chǎn)的合成材料產(chǎn)品。合成材料工業(yè)和混凝土技術工程師們緊密合作以發(fā)展新型混凝土、灰漿、砂漿和澆筑制品的研究和生產(chǎn)，這為合成材料在混凝土工業(yè)中的應用提供了可靠的技術保證。根據(jù)試驗研究和應用實踐，纖維混凝土有下列優(yōu)點。

    3.1　減少塑性裂縫和混凝土的滲透性

    試驗表明，摻加合成材料纖維的混凝土，明顯增加了混凝土早期抗收縮裂縫和震動引起 裂縫的能力。加入量為0.9kg/m3聚丙烯纖維增大了抗拉強度，這一點特別重要。因為大部分混凝土裂縫在澆筑后第一個24h內(nèi)產(chǎn)生，這時混凝土最敏感產(chǎn)生震動裂縫、收縮裂縫和沉陷裂縫。早期裂縫一旦發(fā)生，會增加混凝土的滲透性，并使混凝土暴露于易損傷環(huán)境的表面增加，這使混凝土早期老化,并縮短其使用壽命。

    在加州大學伯克利分校和圣荷西州立大學進行板件裂縫試驗表明，纖維絲在控制混凝土 裂縫的作用甚至在不是很好的養(yǎng)護條件下都十分明顯。試驗采用了很多不同原料和配比，并加和不加纖維摻料兩種情況，無一例外，纖維混凝土在抑制裂縫發(fā)生方面比無纖維的對比試件要少90％～100％ ?；炷涟鍨闊o纖維摻加料的試板，2.5h就開始有微細裂縫，大部分裂縫在4h就已出現(xiàn)。而摻纖維的混凝土板在25h，甚至28d后未見裂縫。

    對素混凝土和加入不同量纖維的補強混凝土試件的滲透性進行比較，由滲透量表明，在摻加量為9593kg/m3時，滲透系數(shù)減少33％～44％，而摻加量為1.186 kg/m3時，滲透系數(shù)減少高達79％。

    3.2增強抗磨損能力

    應用美國陸軍工程兵團所采用的混凝土或砂漿表面抗磨損試驗(轉動切削法)方法，以評價其抗磨損性能。其結果表明，根據(jù)轉動切削試驗法纖維混凝土增強抗磨損能力105％。使用纖維后增加的粗糙度，將使混凝土在同樣外露表面磨損試驗條件下，抗磨損能力增加1倍。

    也曾與挪威高速公路試驗室合作進行抗磨損試驗。試驗在挪威有釘帽的輪胎測試混凝土磨損試驗機上進行。其結果表明，C－75有纖維的混凝土試樣比無纖維的對比試樣，其抗磨 損能力增加52％，而其試件磨損損失量少34.4％。C－50纖維混凝土試樣，水泥用量雖少，但所顯示比C－75對比試樣的抗磨損能力增加20％，而其材料磨損損失量少17.2％。

    3.3靜載試驗表明可替代焊接鋼絲網(wǎng)

    此項試驗的目的是在大比尺下比較摻加建議用量纖維混凝土板和素混凝土板的撓曲變形和強度，以及因為控制干縮裂縫而配有鋼絲網(wǎng)的板的比較。試驗結果指出，纖維摻量為0.9kg/m3的板其撓曲強度比有鋼絲網(wǎng)的高2％，比素混凝土板高8％。而荷載－撓度曲線表明纖維混凝土完全可以用于代替焊接鋼絲網(wǎng)混凝土，鋼絲網(wǎng)一般都用于控制干縮裂縫的目的，特別在無鋼筋的混凝土結構。

    3.4增加抗破損能力

    纖維混凝土和素混凝土抗破損能力試驗用壓縮試驗機測定。試件尺寸為525mm×150 mm ×150 mm，高寬比為3.5∶1，以模擬高層建筑的柱子，壓力強度機加載速度為0.635 mm/m in。試驗結果表明，纖維混凝土試件的壓縮變形比素混凝土試件大10％，且并不碎塌，而素混凝土試件在出現(xiàn)第一個裂縫后，很快就碎裂坍塌。這一纖維混凝土的特性對考慮震動荷載下結構對生命財產(chǎn)的影響時是十分重要的。在混凝土劈裂時，纖維就顯露，纖維從混凝土中拉出時，整個長度都和混凝土水泥漿粘結良好。

    3.5　增加抗沖擊能力

    纖維混凝土復雜的抗沖擊試驗，是大不列顛哥倫比亞大學應用由Mindess博士研制的沖 擊試驗機上進行的。結果表明，對有鋼筋的梁和無鋼筋的梁，加入的纖維束對混凝土有明顯增加其能量吸收的作用。纖維束有兩種作用，它們使裂縫間阻止其進一步發(fā)展，并在承受應力時，于鋼筋周圍加強混凝土和鋼筋的連結。當纖維量達0.5％時，對有鋼筋的混凝土梁抗沖擊能力有明顯提高。

     4.結束語

    纖維混凝土是一種新型建筑材料，它將合成化學纖維和傳統(tǒng)的混凝土相結合，可有效防止混凝土因早期干縮，塌沉所引起的內(nèi)蘊裂縫?，F(xiàn)美國高層建筑樓面，高速公路路面，荷載較大的倉庫地面、停車場、貯水池等結構已得到廣泛應用。值得我國參考研究。但對纖維束本身的性能，如纖維絲的直徑強度、拉伸變形等尚未見有詳盡介紹。單價也是涉及應用前景的問題。至今美國仍在開展纖維混凝土的研究，以便使新產(chǎn)品的發(fā)展有牢固的科學依據(jù)。我國某些科研院所和高等學校也已開始著手進行這方面研究，但應用于實際工程，尚有相當工作要做。