纖維混凝土在市政工程中的應用探討

關鍵詞：纖維混凝土；工作機理；工程應用

中圖分類號： TU528. 572 　文獻標識碼：A 　文章編號：100927716 (2005) 0220123202

0 　前言

混凝土具有價格低廉、易于成型、施工方便、就地取材范圍廣、耐久性能良好的優(yōu)點，目前已經成為世界上用量最大、使用范圍最廣的建筑材料之一。僅在我國每年混凝土的用量就高達10億m³ ?？梢灶A測在今后相當長的一段時間內，混凝土仍然是建筑工程中最主要的建筑材料。在市政工程建設當中，混凝土的工程應用比重更是如此[1] 。但是，混凝土本身也存在一些致命的缺點，這就是自重較大、抗拉強度低、極限拉伸應變小、抗沖擊強度低等。尤其是當混凝土澆注之后暴露在溫差大、濕度低等自然條件下，混凝土就會由于溫度梯度、濕度梯度、化學反應的因素產生收縮。當這些收縮產生的拉應力與拉應變超過混凝土的抗拉強度或極限應變時，混凝土就會產生微裂縫。這些微裂縫在外部作用的影響下，會逐漸積累并進一步擴展成為裂縫，裂縫最終有可能貫穿整個混凝土構件。

為了改善混凝土的這一缺點，工程技術人員和材料研究人員進行了長期的探索研究，在各種混凝土的改進技術中，纖維混凝土的開發(fā)研究是近幾年來混凝土技術發(fā)展較快的技術之一。

1 　纖維混凝土的種類

纖維混凝土是以水泥、水、骨料、外加劑為基體，以金屬纖維、合成纖維作為增強材料而組成的具有復合材料工作性能的新型混凝土。纖維材料從早期的短鋼絲發(fā)展到目前的玻璃纖維、塑料纖維、碳纖維等各種纖維材料。

1。1 　鋼纖維混凝土

鋼纖維混凝土是一種性能優(yōu)良的新型建筑材料，也是最早應用于混凝土中的復合材料。它能夠顯著提高混凝土的抗拉、抗剪、抗折強度和抗裂、抗沖擊、抗疲勞、抗震抗爆等性能。

早期混凝土工程中采用的鋼纖維主要品種有：用細鋼絲切斷生產的圓直型鋼纖維，用熔抽法生產的鋼纖維，用薄鋼板剪切生產的平直型或扭曲型鋼纖維。隨著鋼纖維生產和鋼纖維混凝土應用技術的發(fā)展，人們對鋼纖維性能的認識不斷深入。根據試驗研究和工程應用實際情況，鋼絲切斷圓直型纖維與基體的粘結性能差，碳鋼熔抽型纖維在高溫冷卻過程中表面往往會形成氧化皮，從而嚴重降低了纖維與基體的粘結性能。因而這幾種類型的鋼纖維在工程應用中被逐漸淘汰。相應的高強鋼絲切斷端鉤型纖維、鋼錠銑削端鉤型纖維、剪切異型纖維、低合金鋼熔抽型纖維，因其增強了與混凝土基體的粘結力，對混凝土的阻裂、增強、增韌效果顯著，在工程中逐漸得以廣泛應用。

1。2 　合成纖維混凝土

合成纖維混凝土是近幾年來發(fā)展較快的工程復合材料。工程中目前常用的纖維品種有聚丙烯晴纖維、聚丙烯纖維、改性聚酯纖維、聚氨酯纖維等。在眾多的合成纖維中，以聚丙烯纖維應用最為廣泛。

2 　纖維混凝土的工作機理

纖維混凝土的工作機理類似于復合材料機理。復合力學原理是基于線彈性、均質順向連續(xù)配置的纖維而形成的復合材料。當混凝土中加入適量的纖維之后，水泥漿體作為砂、石等骨料的膠凝材料，同時握裹了大量的纖維。正是這些均勻分散的纖維相互搭聯形成了散亂分布的網狀結構，起到了承托骨料的作用，從而有效減少了骨料的離析，減少了泌水，提高了粘結性及保水性，從而在一定程度上提高了混凝土的抗拉強度和韌性。

3 　影響纖維混凝土工作性能的關鍵因素

(1) 混亂不定向均勻分布：纖維在混凝土中能否混亂不定向均勻分布，是關系到纖維混凝土能否達到預期性能的關鍵。如果在混凝土攪拌過程中，無法使纖維均勻散亂分布，往往會造成纖維的分層、結球，無法使混凝土形成纖維復合材料的工作機理，從而也無法提高混凝土的工作性能。

(2) 纖維與混凝土的握裹力：大量的試驗結果表明，纖維混凝土破壞時，在混凝土破壞面上的纖維往往是被拔出的，而被拉斷的纖維很少見到。因而增強纖維與混凝土的握裹力對提高混凝土的抗拉強度相當重要。

對于鋼纖維混凝土而言，增強其與混凝土的握裹力主要是采取異型斷面纖維，比較常見的鋼纖維就是高強鋼絲切斷端鉤型纖維、鋼錠銑削端鉤型纖維、剪切異型纖維、低合金鋼熔抽型纖維，這類纖維增強了與混凝土基體的粘結力，對混凝土的阻裂、增強、增韌效果顯著。

對于合成纖維混凝土而言，增強其與混凝土的握裹力同樣如此，主要是對纖維的表面進行處理，如接枝極性基因(使纖維與水泥基體間形成化學鍵連接) 、堿蝕表面粗糙化處理等，以增強與混凝土基體的粘結力。

(3) 合適的纖維摻量：在纖維混凝土中，應當根據設計預期的目的來決定纖維的實際摻量。在工程應用中，纖維的摻量還與混凝土的具體配合比、骨料和其它外加劑有關。對于鋼纖維混凝土而言，當鋼纖維的摻入量低于一定程度時，就不能達到增強的作用。對于不同品種的鋼纖維，一般其摻入量不能小于混凝土體積的0.5%。同時，當鋼纖維的摻入量超過混凝土體積的2%以上時，由于拌合性能較差，施工質量往往無法保證。

對于合成纖維混凝土而言，一般情況下纖維的摻入量應達到0.7～0.9kg/ m³。

4 　纖維混凝土在市政工程中的應用方向

市政工程混凝土用量量多面廣，我國目前又處于大規(guī)模建設市政工程建設的高潮時期，因而纖維混凝土的應用前景非常廣泛。針對不同的工程特點，纖維混凝土的選擇應當有所側重。一般而言，對抗裂、抗疲勞、抗沖擊要求高的工程，采用鋼纖維混凝土具有比較高的性價比。同時，對于隧道工程中的噴射混凝土、預制混凝土樁端、抗震要求比較高的框架節(jié)點，往往多采用鋼纖維混凝土。為防止地下鋼筋混凝土結構開裂而產生的滲漏問題，往往采用合成纖維混凝土。此外，對于建筑物的內外粉刷層，應采用合成纖維砂漿，對防止龜裂能夠起到明顯的改善作用。

參考文獻

[1]薛偉辰，姚武. 先進纖維混凝土[M] . 上海：同濟大學出版社，2004.

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