纤维混凝土的应用及前景

陈坤

【摘 要】纤维混凝土时当代迅速发展的新型复合建筑材料，尤其以钢纤维混凝土及合成纤维混凝土发展最快。钢纤维对混凝土具有显著的阻裂、增强和增韧作用，经过多年的研究和工程实践，钢纤维混凝土的优良性能已经得到全世界广大工程界的认可、在土木、水利等许多工程领域都得到广泛的应用。

【关键词】钢纤维混凝土

【中图分类号】TV431+.3 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0211-01

一、纤维混凝土概述

纤维增强混凝土简称纤维混凝土，它是以水泥浆、砂浆或者混凝土为基体，以金属纤维、无机非金属纤维、合成纤维或天然有机纤维为增强材料组成的复合材料。

纤维混凝土以其基体不同，可分为纤维水泥和纤维砂浆。

纤维混凝土，这里是狭义的纤维混凝土，专指基体含有粗骨料的混凝土。依基体混凝土的特征，又可以分为纤维轻质混凝土、纤维膨胀混凝土、纤维高强混凝土等等。

纤维弹性模量是否高于基体混凝土的弹性模量，其增强增韧效果有明显差异，故可分为两类：高弹模纤维增强混凝土和低弹模纤维增强混凝土。其中高弹模纤维有：钢纤维、不锈钢纤维、石棉、矿棉、玻璃纤维、劳纶纤维、高弹模聚乙烯纤维等；低弹模纤维有：纤维素纤维、麻纤维、草纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维等。

为了获得需要的纤维混凝土特性的较低成本，有时将两种或者两种以上纤维复合使用，称为混杂纤维混凝土。

通常，纤维是短切、乱向、均匀分布于混凝土基体中。但是有时采用连续的纤维（如单丝、网、布、束等）分布于基体中，称为连续纤维增强混凝土。

二、纤维混凝土的特性

由于混凝土材料本身抗拉强度低、韧性差等固有弱点在很长一段时间里限制了其材料本身优势的发挥，而采用纤维增强混凝土则是正确的解决途径。纤维的掺入，使混凝土性能发生明显改善，和普通混凝土相比，纤维混凝土具有以下特点：

1、在配合比设计和拌合工艺上采取相应措施可使纤维在基体中分散均匀，拌合物具有良好的施工性能。拌合物的粘聚性增强，可用于某些特殊施工需要。

2、与普通混凝土相比，纤维混凝土的抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度均有提高，尤其对于高弹模纤维混凝土或者高含量纤维混凝土提高的幅度更大。

3、纤维在基体中科明显降低早期收缩裂缝，并可降低温度裂缝和长期收缩裂缝。

4、纤维混凝土的裂后变形性能明显改善，弯曲任性（P-Δ曲线下某一变形前的面积）提高到几倍到几十倍，压缩韧性也有一定程度提高，极限应变提高。

5、纤维混凝土的收缩变形和徐变变形较基体混凝土有一定程度降低。

6、纤维混凝土的抗压疲劳和弯拉疲劳性能，以及抗冲击和抗爆炸性能显著提高。

7、高弹模纤维增强混凝土用于钢筋混凝土和预应力混凝土构件，可显著提高构件的抗剪强度、抗冲切强度、局部受压强度和抗扭强度并延缓裂缝出现，降低裂缝宽度，提高构件的裂后刚度，提高构件的延性。

8、由于纤维可降低混凝土微裂缝和阻止宏裂缝扩展，故可使其耐磨性、耐空蚀性、耐冲刷性、抗冻融性和抗渗性有不同程度的提高，对钢筋混凝土构件中钢筋的防腐蚀有利。

9、纤维混凝土中纤维的耐腐蚀性和耐老化与纤维品种和基体特性有关。如在碱性环境中不受腐蚀、耐紫外线、耐候性好的碳纤维、石棉纤维等增强混凝土耐久性好。

三、纤维混凝土的工程应用

纤维混凝土在工程中应用比较广泛、用量比较大的有石棉纤维水泥制品和玻璃纤维水泥制品，钢纤维混凝土以及合成纤维混凝土。

石棉水泥最早在1879年问世，1900年奥地利人哈谢克发明了著名的哈谢克法生产石棉水泥板，使石棉水泥走向工业化生产和使用。石棉水泥工业在20世纪70年代到达高峰，全世界产量超过2000万吨、而20世纪70年代中期，发现石棉粉尘有致癌危害，引起各国的密切关注，一些国家开始限制和减少石棉的开采和使用。到目前为止，全世界石棉水泥制品与非石棉水泥制品的产量仍在4：1左右。

玻璃纤维用于增强水泥以及混凝土最早于1957年由前苏联皮尤科维奇提出，并于1964年出版了关于玻璃纤维混凝土的专著。前苏联、中国、英国、德国等国开发研究焦躁。玻璃纤维水泥制品主要有玻璃纤维水泥波纹瓦、平板瓦、玻璃纤维水泥墙板、空心墙板、保温复合墙板、永久模板、玻璃纤维水泥管、管衬、现浇空心楼板的圆孔内模等。

钢纤维混凝土时目前作为工程结构材料用途最广，用量较大的一种纤维混凝土。我国在20世纪70年代开始了钢纤维混凝土的研究和应用。刚纤维混凝土主要应用领域有：公路路面、桥面、机场道面、码头铺面和工业建筑地面；房屋和桥梁结构、水工结构、特种结构；复杂应力区；抗震框架结构节点、牛腿、剪力墙连梁；交通隧道、输水隧洞的衬砌支护以及预制构件、军事工程等。

合成纤维用于增强水泥混凝土最早始于1965年由S.Goldfein提出，建议用聚丙烯纤维作为混凝土的掺合料，建造美国工兵部队的防爆结构。我国起步比较晚，目前应用较多的纤维品种是聚丙烯纤维，尼龙纤维和高弹模聚乙烯纤维。主要应用于：桥面板、路面、工业建筑地面，水池底板、池壁、渠道、输水和排水管道、水工建筑物等。

四、纤维混凝土的发言前景

纤维混凝土在今30年中有了突飞猛进的发展。随着纤维和混凝土新材料的不断出现，纤维混凝土理论和应用技术的发展，尤其是工程界对混凝土力学性能和耐久性能奥球越来越高，纤维混凝土的发展前景十分可观。

1、钢纤维混凝土结构

钢纤维用于增强混凝土结构不仅仅是阻裂和增韧，在许多场合下钢纤维参与结构受力，从而改善无筋混凝土、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的性能。国外目前广泛应用于桥面板、工业地坪、隧洞喷射支护、除此之外在钢筋高强混凝土和预应力混凝土中采用钢纤维增强和局部增强将是很有效的。

2、钢纤维高性能混凝土

20世纪80年代美国Lankard研制成一种高强度高含量钢纤维混凝土，中文译作渍浆混凝土。它的钢纤维体积率5%—20%，最高可达27%。其抗压强度为100—250MPa，抗拉强度可达38MPa，弯拉强度可达84MPa。而近几年开发出一种砂浆渗浇钢纤维网混凝土其强韧效果更是成倍提高，有望用于军事工程、保险库、防爆仓库等方面。

3、合成纤维及混杂纤维混凝土

随着石油工业的发展，合成纤维品种越来越多，产量增加成本降低，合成纤维用于增强混凝土的发展前景十分好。目前被大家认可的低弹模纤维低渗量用于防止砂浆混凝土早期收缩裂缝，其应用领域将不断扩大。

4、碳纤维混凝土及陶瓷纤维混凝土

碳纤维质轻、高强、高弹模、导电性良好、线胀系数为零，是一种性能极为优良的复合材料组分，世界各国将其广泛应用于土木工程中，采用短切碳纤维配制的纤维水泥和纤维混凝土可获得优良的力学性能，而且还获得了高耐腐蚀性和热学性能，有望在军事工程、化工容器等领域得到应用。

五、小结

我国自20世纪70年代开始了钢纤维混凝土理论和应用研究，30年来发展很快钢纤维混凝土在公路、隧道、码头铺面、刚性防水等方面工程中得到了广泛的应用，在未来的工程建设中，纤维混凝土也将会成为结构材料研究的重要领域。

参考文献

[1]樊承谋、赵景海 钢纤维混凝土应用技术 哈尔滨；黑龙江科学技术出版社 1986

[2]赵国藩、彭少民 钢纤维混凝土结构 北京；中国建筑工业出版社1999

[3]程庆国、高程彬 钢纤维混凝土理论及应用 北京；中国铁道出版社 1999

[4]高丹盈、赵军 朱海棠 钢纤维混凝土设计与应用 北京；中国建筑工业出版社 2002