纖維混凝土研究應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

　　纖維混凝土是一種新型的復(fù)合材料，是當(dāng)代混凝土改性研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，近年來(lái)，以鋼纖維、合成纖維、碳纖維及玻璃纖維為代表的纖維，在混凝土中應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展，纖維混凝土是繼鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土之后的又一次重大突破。由于纖維和混凝土的共同作用，使混凝土具有一系列優(yōu)越的性能，因而受到國(guó)內(nèi)外工程界的極大關(guān)注和青睞，并廣泛應(yīng)用于各工程領(lǐng)域。

　　一、纖維在混凝土中的作用在混凝土中摻入短而細(xì)且均勻分布的纖維后，明顯具有阻裂、增強(qiáng)和增韌的效果。纖維與水泥基材料復(fù)合的主要目的在于克服后者的弱點(diǎn)，以延長(zhǎng)其使用壽命，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。纖維在混凝土中主要起著以下三方面的作用：

　　1.阻裂作用纖維可阻礙混凝土中微裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展，這種阻裂作用既存在于混凝土的未硬化的塑性階段，也存在于混凝土的硬化階段。水泥基體在澆注后的24小時(shí)內(nèi)抗拉強(qiáng)度低，若處于約束狀態(tài)，當(dāng)其所含水分急劇蒸發(fā)時(shí)，極易生成大量裂縫，此時(shí)，均勻分布于混凝土中的纖維可承受因塑性收縮引起的拉應(yīng)力，從而阻止或減少裂縫的生成。混凝土硬化后，若仍處于約束狀態(tài)，因周圍環(huán)境溫度與濕度的變化，而使干縮引起的拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，也極易生成大量裂縫，在此情況下纖維仍可阻止或減少裂縫的生成。

　　2.增強(qiáng)作用混凝土不僅抗拉強(qiáng)度低，而且因存在內(nèi)部缺陷而往往難于保證。當(dāng)混凝土中加入適當(dāng)?shù)睦w維后，可使混凝土的抗拉強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度等有一定的提高。

　　3.增韌作用纖維混凝土在荷載作用下，即使混凝土發(fā)生開裂，纖維還可橫跨裂縫承受拉應(yīng)力，并可使混凝土具有良好的韌性。韌性是表征材料抵抗變形性能的重要指標(biāo)，一般用混凝土的荷載——撓度曲線或拉應(yīng)力——應(yīng)變曲線下的面積來(lái)表示。另外，還可提高和改善混凝土的抗凍性、抗?jié)B性以及耐久性等性能。

　　應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是纖維混凝土中纖維的作用，并非所有纖維都能同時(shí)起到以上三方面的作用，有時(shí)只起到其中兩方面或單一方面的作用，這與纖維品種、纖維性能、纖維與混凝土界面間的黏結(jié)狀況以及基體混凝土的類別和強(qiáng)度等級(jí)等因素密切相關(guān)。

　　二、纖維的分類和性能1.纖維的分類纖維可以按照不同的原則進(jìn)行分類。從工程實(shí)用觀點(diǎn)考慮，可按纖維的材質(zhì)、彈性模量以及長(zhǎng)度分類，見表1. 2.纖維的主要力學(xué)性能由于纖維品種的不同，它們的力學(xué)性能（包括抗拉強(qiáng)度、彈性模量、斷裂延伸率等）不盡相同，甚至其中某些性能指標(biāo)有較大差異。一般來(lái)說(shuō)，纖維抗拉強(qiáng)度均比水泥基體的抗拉強(qiáng)度要高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但不同品種纖維的彈性模量值相差很大，有些纖維（如鋼纖維與碳纖維）的彈性模量高于水泥基體，而大多數(shù)有機(jī)纖維（包括很多合成纖維與天然植物纖維）的彈性模量甚至低于水泥基體。纖維與水泥基體的彈性模量的比值對(duì)纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料的力學(xué)性能有很大影響，如該比值愈大，則在承受拉伸或彎曲荷載時(shí)，纖維所分擔(dān)的應(yīng)力份額也愈大。纖維的斷裂延伸率一般要比水泥基體高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，但若纖維的斷裂延伸率過大，則往往使纖維與水泥基體過早脫離，因而未能充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。表2列出增強(qiáng)水泥基材料用纖維的主要力學(xué)性能。

　　三、纖維混凝土的分類和特性1.纖維混凝土的分類以水泥為主要組分的水泥基體材料可分為水泥凈漿、水泥砂漿和混凝土。纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料以其基體的集料含量和粒徑不同，可分為：

　　纖維增強(qiáng)水泥凈漿：指在不含集料的水泥凈漿或摻有細(xì)粉活性材料或填料的水泥凈漿基體中摻入纖維。多用于建筑制品，如石棉水泥瓦、石棉水泥板、玻璃纖維水泥墻板等。

　　纖維增強(qiáng)水泥砂漿：指在含有細(xì)集料的水泥砂漿基體中摻入纖維。多用于防裂、抗?jié)B結(jié)構(gòu)。如聚丙烯纖維抹面砂漿、鋼纖維防水砂漿等。

　　通常將纖維增強(qiáng)水泥凈漿和纖維增強(qiáng)水泥砂漿統(tǒng)稱為纖維增強(qiáng)水泥。纖維增強(qiáng)水泥中的纖維，主要起著增強(qiáng)材料的作用，可明顯提高基體材料的抗拉、抗折、抗剪、抗沖擊、抗疲勞等力學(xué)性能，不同程度地增進(jìn)復(fù)合材料的延性與韌性，主要用以制作薄壁的水泥制品。

　　纖維增強(qiáng)混凝土：指在含有粗、細(xì)集料的混凝土基體中摻入纖維，簡(jiǎn)稱為纖維混凝土（FRC）。依混凝土基體的特征不同，可分為纖維普通混凝土、纖維高強(qiáng)混凝土、纖維膨脹混凝土、纖維耐火混凝土等。有時(shí)為了獲得需要的纖維混凝土特性和降低成本，將兩種或兩種以上纖維混合使用，或按纖維功能不同組合使用，分別稱為混合纖維混凝土或組合纖維混凝土。

　　按照纖維彈性模量是否高于基體混凝土的彈性模量，其增強(qiáng)、增韌效果有明顯差異，故可分為兩類：高彈性模量纖維混凝土和低彈性模量纖維混凝土。

　　通常，纖維是短切、亂向、均勻分布于混凝土基體中。但是有時(shí)采用連續(xù)的纖維（如單絲、網(wǎng)、布、束等）分布于基體中，稱為連續(xù)纖維增強(qiáng)混凝土。

　　目前在不少國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料中，對(duì)纖維增強(qiáng)水泥和纖維增強(qiáng)混凝土往往不作明確區(qū)分，常把纖維增強(qiáng)水泥也稱纖維增強(qiáng)混凝土，這樣易引起混淆，誤以為在纖維增強(qiáng)混凝土中纖維也可起著主要增強(qiáng)材料的作用，試圖在某些結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中減少作為主要增強(qiáng)材料的鋼筋的用量。再如，當(dāng)前國(guó)際上正在大力開發(fā)的“活性粉末混凝土”（reactivepowderconcrete，RPC），在有些國(guó)家又稱之為“超高性能混凝土”（ultrahighperformanceconcrete，　UHPC），實(shí)際上按其纖維摻量、水泥基體的組成以及復(fù)合材料的力學(xué)性能等，理應(yīng)歸屬于纖維增強(qiáng)水泥，而不應(yīng)歸屬于纖維增強(qiáng)混凝土，在該復(fù)合材料中纖維起著主要增強(qiáng)材料的作用，有助于大幅度提高抗拉、抗折、抗剪、抗沖擊與抗疲勞等力學(xué)性能。

　　這樣的分類主要是考慮到因基體的不同，而使纖維與基體的相互制約以及復(fù)合材料的制備工藝等有很大差異，從而影響到復(fù)合材料的一系列性能及其應(yīng)用范圍等。表3對(duì)纖維增強(qiáng)水泥與纖維增強(qiáng)混凝土的主要不同點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比。根據(jù)此表不難看出將纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料分為兩大類是合理的。

　　應(yīng)該指出，迄今為止，國(guó)際上對(duì)纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料的分類是不明確的。不少國(guó)家將纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料等同于纖維增強(qiáng)混凝土。如國(guó)際材料與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合會(huì)（RILEM）的19-FRC委員會(huì)將纖維混凝土（fiberconcrete）定義為“水硬性水泥不摻集料或摻有各種尺寸的集料，并摻有分散性的纖維增強(qiáng)體所組成”。按此定義顯然是包括了水泥凈漿、水泥砂漿和混凝土三種基體。

　　再如，在中國(guó)與英國(guó)命名為玻璃纖維增強(qiáng)水泥（glassfiberreinforcedcement縮寫為GRC）的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，在美、法、德等國(guó)則命名為玻璃纖維增強(qiáng)混凝土（glassfiberreinforcedconcrete，縮寫為GFRC）。

　　國(guó)際上對(duì)纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料分類與命名的不一致，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)于有關(guān)的文獻(xiàn)中，應(yīng)注意區(qū)分所用水泥基體，以免將纖維增強(qiáng)水泥與纖維增強(qiáng)混凝土混淆。

　　2.纖維混凝土的特性在混凝土中摻入纖維，使混凝土性能發(fā)生明顯改善，與普通混凝土相比，纖維混凝土具有以下特性：

　?。?）纖維在混凝土基體中可明顯降低早期收縮裂縫，并可降低溫度裂縫和長(zhǎng)期收縮裂縫。

　?。?）纖維混凝土開裂后，抵抗變形性能明顯改善，彎曲韌性提高幾倍到幾十倍，壓縮韌性也有一定程度的提高，極限應(yīng)變有所提高。受壓破壞時(shí)，基體裂而不碎。

　?。?）高彈模的纖維混凝土對(duì)抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度（又稱彎拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度）、抗剪強(qiáng)度提高明顯，對(duì)于低彈模的纖維混凝土變化幅度不大。

　?。?）纖維混凝土的彎曲疲勞和受壓疲勞性能顯著提高。

　?。?）具有優(yōu)良的抗沖擊、抗爆炸等性能。

　　（6）高彈模纖維增強(qiáng)混凝土用于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，可顯著提高構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度、抗沖切強(qiáng)度、局部受壓強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，并延緩裂縫出現(xiàn)，降低裂縫寬度，提高構(gòu)件的裂后剛度，提高構(gòu)件的延性。

　?。?）由于纖維可減少混凝土的微裂縫和阻礙宏觀裂縫擴(kuò)展，使混凝土的耐磨性、耐空蝕性、耐沖刷性、抗凍融性和抗?jié)B性有不同程度的提高。

　?。?）某些特殊纖維配制的混凝土，其熱學(xué)性能、電學(xué)性能、耐久性能較普通混凝土也有變化。如碳纖維混凝土導(dǎo)電性能顯著提高，并具有一定“壓阻效應(yīng)”；低熔點(diǎn)合成纖維配制的纖維混凝土在火災(zāi)過程中，細(xì)微纖維熔化可降低混凝土的爆裂。

　　（9）基體混凝土中摻入纖維后，會(huì)使拌合料的工作性有所降低，因此在配合比設(shè)計(jì)和拌合工藝上采取相應(yīng)措施，使纖維在基體中分散均勻，拌合料具有良好的工作性。

　?。?0）提高混凝土的耐久性。

　　應(yīng)該說(shuō)明的是，纖維混凝土的上述特性，并非所有纖維混凝土都同時(shí)具有這些特性，纖維混凝土的特性與纖維品種、纖維性能、纖維與混凝土界面間的黏結(jié)狀況以及基體混凝土的類別和強(qiáng)度等級(jí)等因素有關(guān)。

　　四、纖維混凝土研究應(yīng)用的現(xiàn)況目前，纖維混凝土領(lǐng)域中的前沿技術(shù)是鋼纖維高強(qiáng)高性能混凝土、層布鋼纖維混凝土、聚丙烯粗纖維混凝土、混合和組合纖維混凝土等的研究和應(yīng)用。與此同時(shí)，不能不提出的是纖維增強(qiáng)水泥中的漬漿鋼纖維水泥（有稱SIFCON）、滲澆鋼纖維網(wǎng)水泥（有稱SIMCON）、活性粉末水泥（RFC）、纖維增強(qiáng)無(wú)宏觀缺陷水泥（FRMDFC）以及PVA纖維增強(qiáng)水泥（或稱工程復(fù)合材料ECC）等的研究和應(yīng)用也是十分創(chuàng)新的內(nèi)容。

　　1.鋼纖維高強(qiáng)高性能混凝土（簡(jiǎn)稱SFRHSC、SFRHPC）

　　由于高強(qiáng)混凝土脆性明顯，采用鋼纖維改善高強(qiáng)混凝土的性能尤為必要。因此鋼纖維高強(qiáng)高性能混凝土，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)近年來(lái)研究應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)，開展了大量的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明，在高強(qiáng)高性能混凝土基體中摻入適量的鋼纖維后，形成的鋼纖維高強(qiáng)高性能混凝土，既具有高強(qiáng)高性能混凝土自身優(yōu)點(diǎn)，又對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土基體起到增強(qiáng)、增韌和阻裂作用，可顯著地改善其脆性性質(zhì)，并能較大地提高混凝土基體的抗拉、抗疲勞、抗沖擊爆炸等一系列性能。

　　鋼纖維高性能混凝土最主要的優(yōu)點(diǎn)是在于其拌合料具有良好的工作性，硬化后混凝土又有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)密實(shí)性、耐久性和較高的強(qiáng)度。為此，在材料和配合比方面，與鋼纖維普通混凝土相比，水膠比低，膠凝材料用量大，通常在500kg/m3～600kg/m3.如果完全使用水泥，既不經(jīng)濟(jì)，且水化放熱量大，對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)的形成不利。因此，鋼纖維高性能混凝土要摻入一定量的微細(xì)填充材料來(lái)代替部分水泥。目前使用較多的微細(xì)填充材料有硅粉、磨細(xì)礦渣、粉煤灰及沸石粉等，主要應(yīng)用于國(guó)防工程和重要的建筑工程及橋梁工程。

　　2.層布鋼纖維混凝土（簡(jiǎn)稱LSFC）

　　層布鋼纖維混凝土是指在構(gòu)筑物混凝土截面的頂層和底層或底層約20mm厚度內(nèi)，撒布適量的鋼纖維澆筑而成的混凝土，稱為層布鋼纖維混凝土。層布鋼纖維混凝土適用于面板類結(jié)構(gòu)工程，如路面、橋面、地坪等。

　　應(yīng)用表明，鋼纖維普通混凝土（SFPC）路面的厚度，當(dāng)鋼纖維體積率為0.8%～1.5%，約為同類混凝土路面厚度的40%～60%，使路面的物理力學(xué)性能有明顯改善，厚度可大幅度減薄，但是，路面工程的總造價(jià)一般比同類混凝土路面要高10%～20%，從經(jīng)濟(jì)分析角度看，造價(jià)相應(yīng)要高，影響了鋼纖維混凝土在路面的推廣應(yīng)用。

　　層布鋼纖維混凝土的提出是考慮到鋼纖維普通混凝土的造價(jià)較高，這已經(jīng)成為當(dāng)前推廣應(yīng)用鋼纖維普通混凝土路面的瓶頸，同時(shí)施工不甚方便，如果施工方法不當(dāng)，易引起鋼纖維的結(jié)團(tuán)和裸露在混凝土路面的表面，導(dǎo)致鋼纖維的銹蝕，影響路面的外觀等缺陷。試驗(yàn)表明，層布鋼纖維混凝土比普通混凝土有著優(yōu)良的彎拉強(qiáng)度、抗裂性能、韌性、抗沖擊性能及彎拉疲勞強(qiáng)度等性能。層布鋼纖維混凝土比鋼纖維普通混凝土造價(jià)較低，在保證與鋼纖維普通混凝土性能相當(dāng)?shù)那闆r下，鋼纖維的用量約可節(jié)省70%.近年，由武漢理工大學(xué)、武漢東洲鋼纖維發(fā)展有限責(zé)任公司及湖北省恩施州交通局等單位共同研究，提出了一種稱為上、下層布式鋼纖維混凝土路面，即分別在普通混凝土路面板的下層（底層）和上層（頂層）鋪撒適量的鋼纖維，形成一種新的復(fù)合路面結(jié)構(gòu)。通過研究和應(yīng)用表明，用少量的鋼纖維對(duì)普通混凝土路面板承受最大彎拉應(yīng)力易斷裂的薄弱處進(jìn)行有效增強(qiáng)，可減薄混凝土路面的厚度，提高混凝土路面的耐久性和承載能力，此種路面不僅優(yōu)于普通混凝土路面，而且也勝于鋼纖維普通混凝土路面，突出的優(yōu)點(diǎn)是鋼纖維用量少，單位水泥用量降低，工程造價(jià)低、施工工藝簡(jiǎn)便易行，有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)進(jìn)一步推廣我國(guó)的鋼纖維混凝土面類結(jié)構(gòu)工程（路面、道面、橋面、地面等）的應(yīng)用有重要作用。該技術(shù)尤其在降低鋼纖維混凝土路面造價(jià)和簡(jiǎn)化施工工藝方面有重要突破，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，已在我國(guó)的105、107、209、312、318國(guó)道部分路段及湖北、河南、江西、浙江、云南、海南、山西等省市部分一、二級(jí)公路路段，相繼修筑了層布鋼纖維混凝土路面大約300余公里，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。為了更好地推廣應(yīng)用這一新技術(shù)，已將有關(guān)層布鋼纖維混凝土路面的內(nèi)容，列入中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS38-2004. 3.聚丙烯粗纖維混凝土過去研究應(yīng)用較多的是聚丙烯細(xì)纖維（當(dāng)量Φ10μm～100μm）混凝土，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)聚丙烯粗纖維（當(dāng)量Φ10μm～1000μm）研究應(yīng)用，十分熱門。

　　聚丙烯粗纖維按形態(tài)基本上可分為單絲纖維與纖維束兩種。在纖維束中許多單絲纖維相互纏繞在一起，與混凝土拌合時(shí)再分散成為單絲。聚丙烯粗纖維在混凝土中的體積率為0.3%～2.0%.目前在工程中使用較多的有日本產(chǎn)的Barchip粗纖維、美國(guó)產(chǎn)的FortaFerro粗纖維與HPP152纖維，新近我國(guó)浙江寧波大成新材料股份有限公司研制的大成（DC）粗纖維，試驗(yàn)表明，具有優(yōu)良的性能。

　　Barchip粗纖維抗拉強(qiáng)度為620MPa～758MPa，彈性模量為6GPa，密度為0.90～0.92g/cm3，纖維橫截面尺寸為1.6mm×0.6mm，長(zhǎng)度為30mm、42mm和48mm，纖維表面有凹凸形的壓紋。DC粗纖維抗拉強(qiáng)度為530MPa，彈性模量為7GPa，密度為0.95g/cm3，纖維直徑為0.91mm，長(zhǎng)度為30mm、40mm和50mm，橫截面為五葉形，長(zhǎng)度方向有波浪形壓紋。

　　通過試驗(yàn)證明，當(dāng)摻量6kg/m3時(shí)的DC粗纖維混凝土與摻量60kg/m3的鋼纖維混凝土的性能接近計(jì)算，假定DC粗纖維40元/kg3，鋼纖維6元/kg3，則每m3混凝土中纖維費(fèi)用：DC粗纖維混凝土240元/m3；鋼纖維360元/m3.可見，在混凝土性能相當(dāng)時(shí)，每m3混凝土中DC粗纖維的費(fèi)用比鋼纖維降低33%. 4.混合和組合纖維混凝土結(jié)合不同纖維的優(yōu)勢(shì)，將鋼纖維與合成纖維或是不同種類的合成纖維混合在一起摻入混凝土，配制成混合纖維混凝土，由于單一纖維的增強(qiáng)作用是有限的，而不同尺度和不同性質(zhì)的纖維混合增強(qiáng)，使其在水泥基材中不同結(jié)構(gòu)和不同性能層次上逐級(jí)阻裂與強(qiáng)化，充分發(fā)揮各纖維的尺度和性能效應(yīng)，并在不同的尺度和性能層次上相互激發(fā)、相互補(bǔ)充、取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到進(jìn)一步提高阻裂、抗收縮、抗?jié)B、抗疲勞、抗變形及強(qiáng)度等性能的目的。

　　自20世紀(jì)60年代以來(lái)，利用不同纖維的作用和功能，將多種纖維同時(shí)摻入混凝土中，以進(jìn)一步提高混凝土的性能，稱此種混凝土為混合（混雜）纖維混凝土。混合纖維混凝土中纖維是有其內(nèi)在規(guī)律性和按一定的比例關(guān)系摻入，才能發(fā)揮效用。

　　根據(jù)近年來(lái)的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r和纖維摻入的方法不同，可將其分為混合纖維混凝土與組合纖維混凝土。混合纖維混凝土是指用兩種或兩種以上不同尺寸或不同品種的纖維，適量摻入混凝土組分材料中，按一定程序經(jīng)混合攪拌而成整體的混凝土?；旌侠w維混凝土可分為兩種：同一種類（相同品種、質(zhì)量）但不同尺寸的混合纖維混凝土和不同種類的混合纖維混凝土，如在混凝土中摻入不同尺寸的鋼纖維，構(gòu)成混合鋼纖維混凝土。不同種類纖維混凝土又可分為尺寸相同的纖維、尺寸不同的纖維、作用不同的纖維構(gòu)成的混合纖維混凝土，如其尺寸相近和尺寸不同的鋼纖維和合成纖維構(gòu)成的混合纖維混凝土。

　　組合纖維混凝土是指用兩種或兩種以上作用和功能不同的纖維，其中有的纖維摻入主要是為了增強(qiáng)和增韌，有的纖維主要是為了阻裂。摻入的纖維有的與混凝土各組分材料混合攪拌，有的纖維并不與混凝土各組分材料混合攪拌，而是將纖維分布于不同結(jié)構(gòu)層次，將不同功能的纖維組合應(yīng)用，并與混凝土拌合料結(jié)合，構(gòu)成整體的纖維混凝土，稱為組合纖維混凝土。

　　混合纖維混凝土與組合纖維混凝土的作用原理是，通過合理的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮不同纖維的優(yōu)點(diǎn)，使它們互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，在不同的結(jié)構(gòu)層次和受力階段，既發(fā)揮各單一纖維的作用和功能，又發(fā)揮多種纖維復(fù)合的疊加作用，可明顯提高或改善原先單一纖維混凝土的若干性能，以取得優(yōu)良的綜合性能，并可降低其成本。如用彈性模量高、長(zhǎng)而粗的鋼纖維或碳纖維與短而細(xì)的合成纖維混合摻入混凝土，在受力時(shí)，高模量的纖維在基體出現(xiàn)較小與中等寬度的裂縫時(shí)，可發(fā)揮最佳的增強(qiáng)作用，而低模量纖維在基體出現(xiàn)大裂縫才充分發(fā)揮其增強(qiáng)、增韌作用，與采用單一的纖維混凝土相比，既可提高混凝土的強(qiáng)度，又能明顯提高其韌性、抗沖擊性、耐疲勞及抗裂等性能，并可降低成本。

　　5.纖維增強(qiáng)水泥近年發(fā)展起來(lái)的高性能高含量纖維增強(qiáng)水泥主要有以下幾種：

　　1）漬漿鋼纖維水泥（有稱SIFCON），是將水泥漿或水泥砂漿滲澆到鋼纖維堆體中的高強(qiáng)度高韌性復(fù)合材料。研究表明，當(dāng)鋼纖維體積率10%時(shí)，其抗沖擊能力耗能大約提高300倍。20世紀(jì)80年代，美國(guó)Lankard研制的漬漿鋼纖維水泥，其鋼纖維體積率5%～20%，最高達(dá)27%.抗壓強(qiáng)度達(dá)100MPa～250MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)38MPa，彎拉強(qiáng)度可達(dá)84MPa，彎曲韌性較普通混凝土提高3個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　2）滲澆鋼纖維網(wǎng)水泥（有稱SIMCON），是將水泥漿或水泥砂漿滲澆到預(yù)置于模具中的是定向分布的鋼絲網(wǎng)，而不是亂向分布的鋼纖維。其增強(qiáng)增韌效果比SIFCON成倍提高。SIFCON和SIMCON對(duì)于承受重復(fù)荷載作用和爆炸作用的結(jié)構(gòu)具有顯著的優(yōu)越性，可望用于軍事工程、保險(xiǎn)庫(kù)、防爆倉(cāng)庫(kù)容器、橋面接縫等結(jié)構(gòu)。

　　3）活性粉末水泥（RFC），采用水泥、超細(xì)粉料（硅粉、石英粉）及石英細(xì)砂和細(xì)短鋼纖維、超塑化劑、極低水灰比經(jīng)蒸壓養(yǎng)護(hù)制成的一種超高強(qiáng)復(fù)合材料，抗壓強(qiáng)度可達(dá)200MPa和800MPa，彎拉強(qiáng)度最高可達(dá)60MPa～140MPa.RFC目前處于開發(fā)的初級(jí)階段，加拿大用于在嚴(yán)寒地區(qū)建筑一座人行橋，法國(guó)研究用于儲(chǔ)藏核廢料的儲(chǔ)罐。

　　4）纖維增強(qiáng)無(wú)宏觀缺陷水泥（FRMDFC），采用碳化硅纖維或是芳綸纖維、水泥、水和水溶性聚合物等制作成的復(fù)合體內(nèi)無(wú)宏觀缺陷。

　　5）PVA纖維增強(qiáng)加水泥（常稱ECC），密歇根大學(xué)工程學(xué)教授維克托·李將經(jīng)過等離子處理PVA纖維加入水泥砂漿中，制成了一種重量輕，并且更具有耐久性的可彎曲材料，這種纖維增強(qiáng)材料，使脆性材料轉(zhuǎn)為韌性更好的材料，在承受巨大壓力時(shí)，它會(huì)彎曲而不是斷裂。

　　ECC已在美國(guó)、日本、韓國(guó)、瑞士和澳大利亞得到應(yīng)用，可用于建造新的結(jié)構(gòu)物，如橋面板，道路路面，建筑物隔墻、洞庫(kù)、隧道襯砌等，也可用于舊有結(jié)構(gòu)物修整、翻新，可以在工地現(xiàn)澆，也可制成規(guī)格板材?，F(xiàn)場(chǎng)拼裝，它可用螺栓連接或用砂漿連接，可用于一般建筑物也可用于抗地震加固。

　　據(jù)稱ECC材料有望解決我們面臨的一些橋面耐久性問題，例如過早出現(xiàn)裂縫等。李教授估計(jì)，如將保養(yǎng)和維修成本考慮在內(nèi)的話，在60年內(nèi)，用ECC材料建橋的成本可能比使用傳統(tǒng)材料降低37%.高性能纖維增強(qiáng)水泥與普通纖維增強(qiáng)水泥相比較，主要有以下特點(diǎn)：使用高抗壓強(qiáng)度與高致密度的水泥基體；增大纖維體積率或使用直徑較細(xì)的纖維，以增多單位體積復(fù)合材料中的纖維數(shù)量；增強(qiáng)纖維與水泥基體的界面黏結(jié)，在復(fù)合材料受荷載過程中，使纖維不致拉斷，在其拉應(yīng)力接近極限強(qiáng)度時(shí)由水泥基體中拔出；復(fù)合材料兼具高抗壓、高抗拉與高抗折強(qiáng)度、高延性、高韌性、高抗沖擊性與高抗疲勞性。

　　五、纖維混凝土的發(fā)展前景根據(jù)我國(guó)工程建設(shè)發(fā)展的需要，在各工程領(lǐng)域更多地應(yīng)用性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的纖維混凝土是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著我國(guó)纖維生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量的提高，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，纖維品種的引進(jìn)或自主開發(fā)能力的提高，纖維的數(shù)量和質(zhì)量，能滿足未來(lái)發(fā)展的需要。同時(shí)，通過近年來(lái)的研究和工程應(yīng)用，取得了大量的研究成果，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并編制了有關(guān)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，不僅為設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)，也為我國(guó)纖維混凝土事業(yè)的今后發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

　　隨著纖維和混凝土新材料的不斷出現(xiàn)，纖維混凝土理論和應(yīng)用技術(shù)的成熟，尤其是工程界對(duì)混凝土的力學(xué)性能和耐久性要求愈來(lái)愈高，纖維混凝土的發(fā)展前景十分可觀。

　　由于石油工業(yè)的發(fā)展，合成纖維品種越來(lái)越多，產(chǎn)量不斷增加，成本不斷降低，合成纖維用于增強(qiáng)混凝土的發(fā)展前景十分看好。目前已被大家認(rèn)可的低彈性模量纖維低摻量（體積率0.1%左右）用于防止和減少砂漿、混凝土早期收縮裂縫，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)不斷擴(kuò)大，與此同時(shí)，用合成纖維代替石棉制作纖維水泥制品，如波紋瓦、屋面板、內(nèi)墻裝飾板等。

　　開發(fā)高彈性模量的合成纖維，用于混凝土增強(qiáng)和增韌，將使合成纖維更有用武之地。目前已見報(bào)道的有高強(qiáng)模聚乙烯纖維和高彈性模量尼龍纖維、芳綸纖維。其中，芳綸纖維增強(qiáng)混凝土的性能最為優(yōu)異。芳綸纖維抗拉強(qiáng)度高達(dá)3000MPa，彈性模量130GPa，耐腐蝕，無(wú)磁性，不導(dǎo)電，線脹系數(shù)為負(fù)值，用它配置的纖維混凝土在相同體積率下，其增強(qiáng)增韌效果比鋼纖維混凝土顯著提高。但因芳綸纖維價(jià)格太高，目前應(yīng)用還十分有限，僅用于對(duì)防腐蝕、防電磁有特殊要求的部位。

　　點(diǎn)評(píng)1.纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料分為纖維增強(qiáng)水泥凈漿、纖維增強(qiáng)水泥砂漿和纖維增強(qiáng)混凝土，通常將纖維增強(qiáng)水泥凈漿與纖維增強(qiáng)水泥砂漿統(tǒng)稱為纖維增強(qiáng)水泥。

　　2.從理論研究和工程實(shí)踐表明，采用纖維增強(qiáng)混凝土是混凝土改性的有效途徑。纖維在混凝土中起著增強(qiáng)、增韌和阻裂的作用，其作用的大小，根據(jù)纖維類型、品種、表面性質(zhì)和基體混凝土的強(qiáng)度等因素密切相關(guān)。

　　3.纖維混凝土比普通混凝土具有抗拉、彎拉、抗剪、韌性、抗裂、抗沖擊、抗爆炸以及抗疲勞等一系列優(yōu)越的性能，因而適用的工程領(lǐng)域廣泛。

　　4.根據(jù)使用要求，合理選用纖維和纖維混凝土，對(duì)于有增強(qiáng)、增韌要求的工程，以選用高模量的纖維為好，對(duì)于有增韌和阻裂要求的工程，以選用低模量的纖維為宜。

　　5.正確掌握施工技術(shù)，嚴(yán)把原材料的質(zhì)量和數(shù)量關(guān)，正確選用配合比和施工工藝，是保證纖維混凝土工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

　　6.不斷研究和開發(fā)纖維和纖維混凝土的性能，提高纖維產(chǎn)品的質(zhì)量和降低產(chǎn)品的價(jià)格，研究改進(jìn)工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造，將纖維用于結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，充分發(fā)揮纖維的作用，努力降低工程造價(jià)。

　　總之，具有獨(dú)特性能的纖維混凝土既是一種新型復(fù)合材料，又是一門新興的材料科學(xué)，在纖維混凝土的領(lǐng)域中，還有許多理論和應(yīng)用問題尚待今后進(jìn)一步研究開發(fā)，工程應(yīng)用中有時(shí)可能初期投資較大，但是從提高使用性能、延長(zhǎng)使用壽命、減少維護(hù)費(fèi)用等綜合效益和長(zhǎng)期效益考慮，是十分有利的，深信纖維混凝土必將在我國(guó)的工程建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用，未來(lái)應(yīng)用的前景將更加廣闊。