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【摘 要】 本文对掺加复合纤维的混凝土的应用特点进行了简要陈述，介绍了目前水构筑物中应用比较多的复合纤维混凝土种类和其特点，重点介绍了复合纤维的研究应用状况，对目前有关掺加复合纤维混凝土的阻裂理论进行了简要介绍，最后提出复合纤维混凝土作为一种新型的复合材料在水构筑物混凝土结构中的防渗效果应用趋势。
【关键词】 复合纤维增韧剂；复合纤维混凝土；阻裂；防渗；新型；趋势
【中图分类号】 TU573.582 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2013）05-012-01
混凝土是土木工程中最主要的材料，混凝土结构广泛应用于各种房屋及构筑物中，然而，在使用过程中混凝土的耐久性正在受到人们的不断重视。耐久性问题在很大程度上影响了（构）建筑物的安全性能和使用功能，如混凝土屋面的渗水现象、严寒地区混凝土的冻融破坏、CL离子侵蚀对沿海建筑的破坏、钢筋锈蚀造成的混凝土裂缝开展等。这些问题不仅影响了人们的正常使用，缩短了建筑物的使用寿命，由于要经常进行大量维修加固，给经济造成了很大的损失。
为了提高混凝土的耐久性，人们研制出了抗裂能力强、抗渗性好、抗冻融的高性能混凝土，为了达到以上性能，往往的做法是在混凝土伴制过程中加入各种外添加剂，如减水剂、膨胀剂等，在一定程度上改善了混凝土的抗渗性。
1 污水池混凝土结构的设计要求
笔者以参建的苏州第一污水处理厂提标改造项目为例，该水厂规模为20万m3/d，主要新建的水池为污泥均质池、滤布滤池、二沉池、曝气池。由于环保要求需确保周边环境不受影响，并达到“零排放”目标，因此对池体防渗性能提出更高的要求。
工程图纸设计要求该4个池体混凝土中需掺加复合纤维增韧剂，相关技术指标为：⑴使用掺量：占胶凝材料总质量的10%；⑵抗压强度：7d≥20MPa；28d≥40Mpa；⑶凝结时间：初凝≥45min；终凝≤12h；⑷纤维性能：抗拉强度≥270Mpa；弹性模量≥3000Mpa。
根据设计要求，混凝土强度为C30P8，施工中在混凝土中掺加了某复合纤维增韧剂，掺量占总质量的13%，经试验复检，该复合纤维增韧剂抗拉强度为525Mpa，弹性模量为4364 Mpa，其余指标均符合要求（见表）。
2 复合纤维增韧剂的作用机理
目前研究较多的主要是钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等。本工程选用的是掺入复合纤维增韧剂的高性能混凝土。
复合纤维增韧剂是根据复合材料的性能叠加理论，从最有效提高混凝土的抗裂性能角度入手，将改性纤维、补偿收缩抗裂剂及高分子聚合物等有效功能组分复合，通过先进的生产工艺而制成；在混凝土中加入复合纤维增韧剂，其中的纤维大量均匀分布在混凝土基体中，通过纤维的桥接、脱粘、拔出，消除了裂纹端部的应力集中，使裂纹朝向不利扩展的方向偏转，不仅提高了混凝土的抗裂性能，更重要是显著提高了混凝土的韧性；内含的抗裂組分可提高混凝土各组成材料界面间的粘结强度，从根本上提高混凝土的抗裂性能；另外高分子聚合物的掺入，直接填充于混凝土毛细孔中，降低了孔隙率，使混凝土更加致密，大大提高混凝土的抗渗性；多种功能组分在性能方面取长补短、最终达到提高混凝土的韧性、抗裂性、抗冻性等耐久性能。
研究中发现，由于水泥基材自身具有多相、多组分、多尺度层次的非均质特性，通常一种纤维很难达到预期的增强增韧效果，将高弹模和低弹模、大尺度和小尺度的纤维混杂，使其在水泥基材不同结构和性能层次上发挥作用，从而达到增强增韧的目的。
3 掺入复合纤维增韧剂的混凝土的特点
掺加复合纤维增韧剂的混凝土具有更好的抗渗、抗腐蚀、高强度等特点，极大的提高了混凝土的耐久性。具体表现如下：⑴复合纤维增韧剂中的阻裂纤维在混凝土中起到“二次加强筋”的效果、阻碍了沉降裂缝的产生，并和高效抗裂组分产生的阻裂效应一起从理化两方面为混凝土提供双重保护、达到抑制开裂、减少收缩的双重效果，显著提高混凝土的防水抗裂性能；⑵可有效阻止塑性混凝土的泌水离析现象；⑶提高混凝土的抗氯离子渗透性能和抗硫酸盐等的侵蚀，并能有效阻止钢筋的锈蚀损害；⑷抗渗和抗冻性能都有不同程度的提高；⑸显著提高混凝土的抗化学侵蚀、耐磨性、抗碳化能力，有效提高混凝土的耐久性；⑹与各种水泥和其它化学外加剂适应性好。
掺入复合纤维的混凝土是一种新型的复合材料，尤其在污水处理厂的水池结构中应用效果更佳，是一种理想的高效混凝土。
4 复合纤维混凝土研究现状
纤维增强混凝土是一种新型复合材料。研究者和工程技术人员往往只是关注单一纤维增韧混凝土的性能，对复合纤维混凝土各种性能的研究甚少。众所周知，混凝土是多相、多层次的复合材料，小到微米级的C-S-H凝胶，粗到毫米级的砂子，大到厘米级的碎石，如果只是掺入单一纤维，势必仅仅改善了混凝土某一层次的性能。为了从整体上提高混凝土的性能，所加入的纤维理应也是多层次的，即混杂纤维。包括：⑴不同品种纤维相同几何形态的混杂；⑵同种品种不同几何形态的纤维混杂。
在国内，经有关研究表明混杂纤维混凝土的抗压、抗弯、抗拉强度随两种纤维体积率变化的规律，发现存在正负两种混杂效果。认为正效应是高弹性模量纤维在宏观层次上增强——承受拉应力能力增强，高延性纤维在微观层次上增韧——延缓或阻止裂纹的扩展，从而产生协同作用的结果；而负效应则是由于两种纤维在基体中的平均间距小到一定距离后，纤维间相互搭接、交叉、缠绕、重叠，从而与水泥浆体的接触面积减少，与基体的粘接削弱，以致增韧效果减小。而这种混杂效应直接与混杂纤维的体积率有关。因此以合适的混杂比进行纤维混杂对孔结构有很好的改善，且明显提高了混凝土的抗渗性能。
5 掺加复合纤维的混凝土应用效果
笔者的污水处理厂项目通过严格控制复合纤维增韧剂的掺量，按照设计配合比进行了混凝土的配置。经过对各池体的满水试验测试表明，池体的渗漏很少，满足规范要求，达到了较好的防渗要求。
6 结语
通过工程实践表明，掺入复合纤维增韧剂的混凝土具有良好的抗渗性能，特别是在污水池这种特殊结构中的应用起到了高性能与环保的双重效果。当然，良好的混凝土质量及性能还与混凝土的原材料、外加剂的用量、混凝土的振捣技术等密切相关，各种因素的综合作用才是确保混凝土各项性能指标实现的关键。
参考文献
1 黄承逵.纤维混凝土结构，2004
2 蔡安兰.混杂纤维高性能混凝土的收缩抗裂性能，2011
3 王成启等.不同弹性模量的纤维对高强混凝土力学性能的影响，2002
【关键词】 复合纤维增韧剂；复合纤维混凝土；阻裂；防渗；新型；趋势
【中图分类号】 TU573.582 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727-5123（2013）05-012-01
混凝土是土木工程中最主要的材料，混凝土结构广泛应用于各种房屋及构筑物中，然而，在使用过程中混凝土的耐久性正在受到人们的不断重视。耐久性问题在很大程度上影响了（构）建筑物的安全性能和使用功能，如混凝土屋面的渗水现象、严寒地区混凝土的冻融破坏、CL离子侵蚀对沿海建筑的破坏、钢筋锈蚀造成的混凝土裂缝开展等。这些问题不仅影响了人们的正常使用，缩短了建筑物的使用寿命，由于要经常进行大量维修加固，给经济造成了很大的损失。
为了提高混凝土的耐久性，人们研制出了抗裂能力强、抗渗性好、抗冻融的高性能混凝土，为了达到以上性能，往往的做法是在混凝土伴制过程中加入各种外添加剂，如减水剂、膨胀剂等，在一定程度上改善了混凝土的抗渗性。
1 污水池混凝土结构的设计要求
笔者以参建的苏州第一污水处理厂提标改造项目为例，该水厂规模为20万m3/d，主要新建的水池为污泥均质池、滤布滤池、二沉池、曝气池。由于环保要求需确保周边环境不受影响，并达到“零排放”目标，因此对池体防渗性能提出更高的要求。
工程图纸设计要求该4个池体混凝土中需掺加复合纤维增韧剂，相关技术指标为：⑴使用掺量：占胶凝材料总质量的10%；⑵抗压强度：7d≥20MPa；28d≥40Mpa；⑶凝结时间：初凝≥45min；终凝≤12h；⑷纤维性能：抗拉强度≥270Mpa；弹性模量≥3000Mpa。
根据设计要求，混凝土强度为C30P8，施工中在混凝土中掺加了某复合纤维增韧剂，掺量占总质量的13%，经试验复检，该复合纤维增韧剂抗拉强度为525Mpa，弹性模量为4364 Mpa，其余指标均符合要求（见表）。
2 复合纤维增韧剂的作用机理
目前研究较多的主要是钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等。本工程选用的是掺入复合纤维增韧剂的高性能混凝土。
复合纤维增韧剂是根据复合材料的性能叠加理论，从最有效提高混凝土的抗裂性能角度入手，将改性纤维、补偿收缩抗裂剂及高分子聚合物等有效功能组分复合，通过先进的生产工艺而制成；在混凝土中加入复合纤维增韧剂，其中的纤维大量均匀分布在混凝土基体中，通过纤维的桥接、脱粘、拔出，消除了裂纹端部的应力集中，使裂纹朝向不利扩展的方向偏转，不仅提高了混凝土的抗裂性能，更重要是显著提高了混凝土的韧性；内含的抗裂組分可提高混凝土各组成材料界面间的粘结强度，从根本上提高混凝土的抗裂性能；另外高分子聚合物的掺入，直接填充于混凝土毛细孔中，降低了孔隙率，使混凝土更加致密，大大提高混凝土的抗渗性；多种功能组分在性能方面取长补短、最终达到提高混凝土的韧性、抗裂性、抗冻性等耐久性能。
研究中发现，由于水泥基材自身具有多相、多组分、多尺度层次的非均质特性，通常一种纤维很难达到预期的增强增韧效果，将高弹模和低弹模、大尺度和小尺度的纤维混杂，使其在水泥基材不同结构和性能层次上发挥作用，从而达到增强增韧的目的。
3 掺入复合纤维增韧剂的混凝土的特点
掺加复合纤维增韧剂的混凝土具有更好的抗渗、抗腐蚀、高强度等特点，极大的提高了混凝土的耐久性。具体表现如下：⑴复合纤维增韧剂中的阻裂纤维在混凝土中起到“二次加强筋”的效果、阻碍了沉降裂缝的产生，并和高效抗裂组分产生的阻裂效应一起从理化两方面为混凝土提供双重保护、达到抑制开裂、减少收缩的双重效果，显著提高混凝土的防水抗裂性能；⑵可有效阻止塑性混凝土的泌水离析现象；⑶提高混凝土的抗氯离子渗透性能和抗硫酸盐等的侵蚀，并能有效阻止钢筋的锈蚀损害；⑷抗渗和抗冻性能都有不同程度的提高；⑸显著提高混凝土的抗化学侵蚀、耐磨性、抗碳化能力，有效提高混凝土的耐久性；⑹与各种水泥和其它化学外加剂适应性好。
掺入复合纤维的混凝土是一种新型的复合材料，尤其在污水处理厂的水池结构中应用效果更佳，是一种理想的高效混凝土。
4 复合纤维混凝土研究现状
纤维增强混凝土是一种新型复合材料。研究者和工程技术人员往往只是关注单一纤维增韧混凝土的性能，对复合纤维混凝土各种性能的研究甚少。众所周知，混凝土是多相、多层次的复合材料，小到微米级的C-S-H凝胶，粗到毫米级的砂子，大到厘米级的碎石，如果只是掺入单一纤维，势必仅仅改善了混凝土某一层次的性能。为了从整体上提高混凝土的性能，所加入的纤维理应也是多层次的，即混杂纤维。包括：⑴不同品种纤维相同几何形态的混杂；⑵同种品种不同几何形态的纤维混杂。
在国内，经有关研究表明混杂纤维混凝土的抗压、抗弯、抗拉强度随两种纤维体积率变化的规律，发现存在正负两种混杂效果。认为正效应是高弹性模量纤维在宏观层次上增强——承受拉应力能力增强，高延性纤维在微观层次上增韧——延缓或阻止裂纹的扩展，从而产生协同作用的结果；而负效应则是由于两种纤维在基体中的平均间距小到一定距离后，纤维间相互搭接、交叉、缠绕、重叠，从而与水泥浆体的接触面积减少，与基体的粘接削弱，以致增韧效果减小。而这种混杂效应直接与混杂纤维的体积率有关。因此以合适的混杂比进行纤维混杂对孔结构有很好的改善，且明显提高了混凝土的抗渗性能。
5 掺加复合纤维的混凝土应用效果
笔者的污水处理厂项目通过严格控制复合纤维增韧剂的掺量，按照设计配合比进行了混凝土的配置。经过对各池体的满水试验测试表明，池体的渗漏很少，满足规范要求，达到了较好的防渗要求。
6 结语
通过工程实践表明，掺入复合纤维增韧剂的混凝土具有良好的抗渗性能，特别是在污水池这种特殊结构中的应用起到了高性能与环保的双重效果。当然，良好的混凝土质量及性能还与混凝土的原材料、外加剂的用量、混凝土的振捣技术等密切相关，各种因素的综合作用才是确保混凝土各项性能指标实现的关键。
参考文献
1 黄承逵.纤维混凝土结构，2004
2 蔡安兰.混杂纤维高性能混凝土的收缩抗裂性能，2011
3 王成启等.不同弹性模量的纤维对高强混凝土力学性能的影响，2002