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纖維增強混凝土的種類
發布人:周偉 發布時間:2011年2月23日 被瀏覽 4490
      纖維混凝土通常指以水泥凈漿、砂漿或者混凝土為基體,以非連續的短纖維或者連續的長纖維作增強材料所組成的水泥基復合材料。通常所說的混凝土大多數是以水泥作為基材的建筑材料,但廣義概念下的混凝土也可以由水泥外的其它材料作為粘結材料,例如瀝青混凝土。自人類開始采用水泥混凝土作為建筑材料的時候開始,就在探索向其中加入各種各樣的纖維。20世紀50年代以來,世界上許多工業發達國家關于纖維混凝土的研究取得了明顯的成就,其中包括:鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、聚丙烯纖維混凝土和碳纖維混凝土等,此外,還開始了對聚乙烯醇纖維混凝土和玄武巖混凝土等的研究。
 
1.      鋼纖維混凝土
      鋼纖維混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete,簡寫為SFRC)就是在普通混凝土中摻入適量短鋼纖維而形成的可澆筑、可噴射成型的一種新型復合材料。其中所摻的鋼纖維是用鋼質材料加工制成的短纖維,常用的有:切斷型鋼纖維、剪切型鋼纖維、銑削型鋼纖維、熔抽型鋼纖維等。鋼纖維在混凝土中主要是限制混凝土裂縫的擴展,從而使其抗拉、抗彎、抗剪強度較普通混凝土有顯著提高,其抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性有較大改善,使原本屬于脆性材料的混凝土變成具有一定塑性性能的復合材料,從而改善了結構使用的壽命,對節省工程造價等具有重要的經濟效益和社會效益。
 
2.      玻璃纖維混凝土
      玻璃纖維是玻璃纖維增強混凝土(GRC)的肋筋材料,屬于無機纖維。20世紀40年代,歐洲最早開始研究玻璃纖維混凝土,當時采用的玻璃纖維一般是中堿玻璃纖維,將其摻入到普通硅酸鹽水泥(pH≥12.5)中時,纖維受到水泥的腐蝕,從而喪失原有抗拉強度,失去混凝土的增強效果,因此玻璃纖維混凝土在土木工程上的應用受到阻礙。因此,需要發展一種具有耐堿能力的玻璃纖維混凝土。60年代末,耐堿玻璃纖維研究成功,隨之進行了大量抗堿玻璃纖維混凝土特性的試驗研究。70年代初以來,耐堿玻璃纖維在美國得到推廣和應用。隨后在工程中得到了大量的應用,成為一種成熟的建筑裝飾材料。90年代以后,GRC開始被引進到中國大陸,得到了一定的發展。
 
3.      聚丙烯纖維混凝土
      聚丙烯纖維是一種經特殊工藝進行紡絲、切斷、親水處理后生產的高強度束狀單絲纖維,它主要通過改變混凝土的物理力學性能來達到改變混凝土內部結構的效果。聚丙烯纖維并不改變混凝土中各種材料的化學性能和構成,且與混凝土有良好的親和性,可以很好地與混凝土材料混合,而且能夠在混凝土中均勻分布。由于聚丙烯纖維同混凝土中水泥基體有緊密的結合力,能在混凝土中形成一種均勻的亂向支持體系,所以它滲入混凝土能產生有效的三維加強效果,就像在混凝土中加入了大量的微小細筋從而提高了混凝土的整體性。
      由于纖維以單位體積內少量均勻分布于混凝土內部,故微裂縫在發展的過程中必遭遇到纖維的阻擋,消耗了能量,難以進一步發展,從而阻斷裂縫達到了抗裂的作用。纖維的加入猶如在混凝土中摻入巨大數量的微細筋,這些纖維筋抑制了混凝土開裂的進程,提高了混凝土的斷裂韌性,而這些單靠加強鋼筋是不能實現的。
 
4.      碳纖維混凝土
      碳纖維是在20世紀60年代研制出的一種高性能纖維,具有密度小、抗拉強度與彈性模量高、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞、與混凝土粘結良好、導電性好于熱膨脹系數小等諸多優點。而碳纖維混凝土比普通混凝土具有更高的抗拉、抗折強度,并具有良好的沖擊性、抗疲勞性能和阻裂性能。因而碳纖維是目前較為理想的增強混凝土的纖維,但由于碳纖維成本較高,應用受到一定的限制。
 
5.      聚乙烯醇纖維
      聚乙烯醇(PVA)纖維是一種化學纖維,具有良好的親水性,纖維表面能夠吸附少量自由水,與水泥基體的粘結強度很高;而聚丙烯(PP)等合成纖維表面疏水性,其界面粘結強度比PVA纖維低。日本生產的PVA纖維,分散性能很好,對混凝土施工性能幾乎沒有影響。PVA纖維本身具備較高的強度和彈性模量,它不僅能夠有效抑制混凝土早期的塑性裂縫,而且可以提高混凝土的韌性及抗沖擊性能,同時改善混凝土的抗滲性、抗凍性、抗碳化性能、耐磨性能,從而提高混凝土的耐久性。
      PVA纖維混凝土最早是由V.C.Li于1992年在美國密歇根大學研究制成的,被稱為ECC,它是一種高延性的纖維增強水泥基復合材料,是基于微觀力學原理優化設計的具有偽應變硬化特性和多縫開裂特征的一種新型土木工程材料,其纖維摻量一般在2%左右,拉應變在2%~5%,是普通混凝土的幾百倍,抗壓強度配合比可高達70~80MPa。
 
6.      玄武巖纖維混凝土
      玄武巖纖維是一種新的混凝土增強材料,由純天然的火山巖(含玄武巖)礦石經高溫熔融、拉絲而成,是典型的硅酸鹽纖維,具有天然的相容性和優越的力學性能。在混凝土中摻加亂向短切玄武巖纖維后,混凝土的強度及抗斷裂性能會得到明顯改善,同時,提高混凝土的抗滲性、抗凍性和抗收縮性。
      無機的玄武巖纖維與有機的聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維纖維相比,抗老化的性能更好,因此,玄武巖纖維混凝土是一種有代表性的高性能混凝土,其耐久性和長期性能的改善,可以拓寬用于港口、深水碼頭、跨海大橋以及嚴寒地區等。

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