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纤维增强混凝土的种类
发布人:周伟 发布时间:2011年2月23日 被浏览 3715
      纤维混凝土通常指以水泥净浆、砂浆或者混凝土为基体,以非连续的短纤维或者连续的长纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料。通常所说的混凝土大多数是以水泥作为基材的建筑材料,但广义概念下的混凝土也可以由水泥外的其它材料作为粘结材料,例如沥青混凝土。自人类开始采用水泥混凝土作为建筑材料的时候开始,就在探索向其中加入各种各样的纤维。20世纪50年代以来,世界上许多工业发达国家关于纤维混凝土的研究取得了明显的成就,其中包括:钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和碳纤维混凝土等,此外,还开始了对聚乙烯醇纤维混凝土和玄武岩混凝土等的研究。
 
1.      钢纤维混凝土
      钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete,简写为SFRC)就是在普通混凝土中掺入适量短钢纤维而形成的可浇筑、可喷射成型的一种新型复合材料。其中所掺的钢纤维是用钢质材料加工制成的短纤维,常用的有:切断型钢纤维、剪切型钢纤维、铣削型钢纤维、熔抽型钢纤维等。钢纤维在混凝土中主要是限制混凝土裂缝的扩展,从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度较普通混凝土有显著提高,其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性有较大改善,使原本属于脆性材料的混凝土变成具有一定塑性性能的复合材料,从而改善了结构使用的寿命,对节省工程造价等具有重要的经济效益和社会效益。
 
2.      玻璃纤维混凝土
      玻璃纤维是玻璃纤维增强混凝土(GRC)的肋筋材料,属于无机纤维。20世纪40年代,欧洲最早开始研究玻璃纤维混凝土,当时采用的玻璃纤维一般是中碱玻璃纤维,将其掺入到普通硅酸盐水泥(pH≥12.5)中时,纤维受到水泥的腐蚀,从而丧失原有抗拉强度,失去混凝土的增强效果,因此玻璃纤维混凝土在土木工程上的应用受到阻碍。因此,需要发展一种具有耐碱能力的玻璃纤维混凝土。60年代末,耐碱玻璃纤维研究成功,随之进行了大量抗碱玻璃纤维混凝土特性的试验研究。70年代初以来,耐碱玻璃纤维在美国得到推广和应用。随后在工程中得到了大量的应用,成为一种成熟的建筑装饰材料。90年代以后,GRC开始被引进到中国大陆,得到了一定的发展。
 
3.      聚丙烯纤维混凝土
      聚丙烯纤维是一种经特殊工艺进行纺丝、切断、亲水处理后生产的高强度束状单丝纤维,它主要通过改变混凝土的物理力学性能来达到改变混凝土内部结构的效果。聚丙烯纤维并不改变混凝土中各种材料的化学性能和构成,且与混凝土有良好的亲和性,可以很好地与混凝土材料混合,而且能够在混凝土中均匀分布。由于聚丙烯纤维同混凝土中水泥基体有紧密的结合力,能在混凝土中形成一种均匀的乱向支持体系,所以它渗入混凝土能产生有效的三维加强效果,就像在混凝土中加入了大量的微小细筋从而提高了混凝土的整体性。
      由于纤维以单位体积内少量均匀分布于混凝土内部,故微裂缝在发展的过程中必遭遇到纤维的阻挡,消耗了能量,难以进一步发展,从而阻断裂缝达到了抗裂的作用。纤维的加入犹如在混凝土中掺入巨大数量的微细筋,这些纤维筋抑制了混凝土开裂的进程,提高了混凝土的断裂韧性,而这些单靠加强钢筋是不能实现的。
 
4.      碳纤维混凝土
      碳纤维是在20世纪60年代研制出的一种高性能纤维,具有密度小、抗拉强度与弹性模量高、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、与混凝土粘结良好、导电性好于热膨胀系数小等诸多优点。而碳纤维混凝土比普通混凝土具有更高的抗拉、抗折强度,并具有良好的冲击性、抗疲劳性能和阻裂性能。因而碳纤维是目前较为理想的增强混凝土的纤维,但由于碳纤维成本较高,应用受到一定的限制。
 
5.      聚乙烯醇纤维
      聚乙烯醇(PVA)纤维是一种化学纤维,具有良好的亲水性,纤维表面能够吸附少量自由水,与水泥基体的粘结强度很高;而聚丙烯(PP)等合成纤维表面疏水性,其界面粘结强度比PVA纤维低。日本生产的PVA纤维,分散性能很好,对混凝土施工性能几乎没有影响。PVA纤维本身具备较高的强度和弹性模量,它不仅能够有效抑制混凝土早期的塑性裂缝,而且可以提高混凝土的韧性及抗冲击性能,同时改善混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化性能、耐磨性能,从而提高混凝土的耐久性。
      PVA纤维混凝土最早是由V.C.Li于1992年在美国密歇根大学研究制成的,被称为ECC,它是一种高延性的纤维增强水泥基复合材料,是基于微观力学原理优化设计的具有伪应变硬化特性和多缝开裂特征的一种新型土木工程材料,其纤维掺量一般在2%左右,拉应变在2%~5%,是普通混凝土的几百倍,抗压强度配合比可高达70~80MPa。
 
6.      玄武岩纤维混凝土
      玄武岩纤维是一种新的混凝土增强材料,由纯天然的火山岩(含玄武岩)矿石经高温熔融、拉丝而成,是典型的硅酸盐纤维,具有天然的相容性和优越的力学性能。在混凝土中掺加乱向短切玄武岩纤维后,混凝土的强度及抗断裂性能会得到明显改善,同时,提高混凝土的抗渗性、抗冻性和抗收缩性。
      无机的玄武岩纤维与有机的聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维纤维相比,抗老化的性能更好,因此,玄武岩纤维混凝土是一种有代表性的高性能混凝土,其耐久性和长期性能的改善,可以拓宽用于港口、深水码头、跨海大桥以及严寒地区等。

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