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摘要：要在实际工程中较好实现和体现纤维混凝土的上述良好性能，必须要对纤维混凝土的制备和施工环节进行严格控制，改进不合理的工艺。本文简单分析了拌和方式对钢纤维和聚丙烯纤维混凝土增强效果的影响，并提出了优化的拌和方式，为工程实践提供指导。
关键字：拌和方式；钢纤维；聚丙烯纤维；混凝土；增强效果
一、 引言
80年代以来，美国合成材料化学工业生产了一种纤维丝（称FIBERMESH），并将其应用于混凝土建筑物。经过大量材料性能和工程结构试验，该材料现已得到广泛应用。纤维对增强混凝土早期抗拉强度，防止早期由沉陷、水化热、干缩而产生的内蕴微裂纹，减少表现裂缝和开裂宽度，增强混凝土的防渗性能、抗磨损抗冲击性能及增强结构整体性有显著作用，但同时也存在众多影响钢纤维和聚丙烯纤维在混凝土中发挥良好性能的因素，应当引起足够重视。
二、 纤维增强效果影响因素
1、纤维与基体的粘结强度。根据纤维增强机理的各种理论，诸如纤维间距理论、复合材料理论和微观断裂理论，结合大量的试验数据的分析，可以确定纤维的增强效果主要取决于基体强度、纤维的长径比（钢纤维长度 与直径 的比值，即 / ）、纤维的体积率 （钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数）、纤维与基体间的粘结强度（τ），以及纤维在基体中的分布和取向（η）的影响。当钢纤维混凝土破坏时，大都是纤维被拔出而不是被拉断，因此改善钢纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素之一。
2、纤维在混凝土中的分散性。按照纤维间距理论的解释，当直径相同、长度相同、但相对密度不同的合成纤维在水泥基体中的重量掺量（以每1 水泥基体所掺入的纤维重量kg计）相同时，纤维对水泥基体的阻裂效果主要取决于两个因素：a，纤维的平均间距s值，要求s>0；b，每1 水泥基体中纤维的根数n值。在纤维充分均匀分散的前提下，纤维的平均间距s值与阻裂效果成反比，s值愈小，效果愈好；纤维根数n值则与纤维材料的相对密度成反比，与阻裂效果成正比，n值愈大，阻裂效果愈好。
纤维在水中的分散和形成分散体的过程可分为润湿、扩散和稳定3个过程，即纤维束中的空气被水所取代的润湿过程。被润湿的纤维束或单纤维的表面活性物质被分教介质所取代，形成纤维一水一纤维的界面相互排斥扩散的过程。当聚丙烯纤维用于砂浆或混凝土时，由于固体建材、纤维、水形成的湿态纤维混凝土是一个非稳态分散体，这种非稳态过程随时问的延长，会发生不均匀的变化。尤其在纤维混凝土制备的初期，在纤维重力、表面活性物质和水分的析出过程的作用下，会造成分散相的聚结分层的趋势，这种聚结现象严重时会引起纤维结团或形成一定的界面，影响混凝土制品的性能。
三、拌和方式优化
1、钢纤维混凝土。
（1）大量的试验研究表明，钢纤维的掺入（ < 2% 时）对混凝土抗压强度影响较小，平均增长为 9%，钢纤维混凝土轴压强度和立方体抗压强度间的换算关系与普通混凝土的相应换算关系相近。设计中采用相同的强度保证率和材料分项系数，就可以按有关混凝土结构规范的相应规定，根据钢纤维混凝土的强度等级确定轴心抗压强度标准值与设计值。由《纤维混凝土结构技术规程》（CECS38：2004）中相关规定：
关于抗拉强度，仍采用原规程的计算模式： （1）式中： ， ——钢纤维混凝土、同条件素混凝土抗拉强度设计值 ；
——钢纤维长度；
——直径或等效直径；
——钢纤维体积率 ；
——钢纤维对抗拉强度的影响系数。
关于弯拉强度，仍采用原规程的计算模式：
（2）式中： ， ——钢纤维混凝土、同强度等级混凝土设计弯拉强度或弯拉强度标准值；
——钢纤维长度；
——直径或等效直径；
——钢纤维体积率；
——钢纤维对弯拉强度的影响系数
钢纤维混凝土的强度表达式，可以采取下列方式增大纤维与基体的粘结强度：
a，增加纤维的粘结长度（即增加长径比）；
b，改善基体对钢纤维的粘结性能；
c，改善纤维的形状、增加纤维与基体间的摩阻和咬合力[3]。
（2）混凝土中钢（聚丙烯）纤维的掺量需根据各构件的用途做相关实验得出，实验研究结果显示，可通过下列方式提高钢纤维的在混凝土中的分散性：
a 、改变振动时间 。将原料注入圆柱状容器于振动台的振动时间在1～10min之间变化时，下面的粒级因次虽未因振动时间的不同而出现差别，但上面在3min和5min时却要小一些。一般而言，若振动时间较长，则纤维有下沉的倾向，但这次因在使用的母材中加入了少量的水，使其比混凝土和轻质浇注料的比重大些，故不易受到振动时间长造成的纤维下沉的影响。将振动限制在lmin以内，结果虽然良好，但因振动不足而使气孔率增大了。
b、改变振动强度 。当振动强度变化时，振动时间长时纤维分散良好，振动强度适当大时也可获得好的结果。
c、添加方法不同。通过纤维在以往采用的方式中的分散效果进行了比较，即将浇注料投入搅拌机中，边混合边加入纤维的方式，以及将浇注料和纤维用搅拌机预混合，然后加水混合的方式。这次查明了用手添加纤维的方法不利于纤维的分散定要用混凝土搅拌机进行预混合。
2.聚丙烯纤维混凝土。
聚丙烯纤维的掺人工艺常用的流程有两种：
a，干拌法。先将纤维、砂、石搅拌均匀后，再将胶材、减水剂一起搅拌均匀，最后加入水搅拌成型。
b，湿拌法。先将砂石和胶材搅拌均匀后，再加入水一起搅拌均匀后，最后加入纤维搅拌成型。
实验在干拌法、湿拌法的研究分析基础上，依据水泥裹砂法和二次投料工艺原理拟定试验拌和工艺：①将纤维与砂拌和；②加入约1/3的水拌和；③加入胶材和减水剂拌和；④加入碎石拌和均匀后加入剩余的水，拌和至均匀后入模；⑤震捣。 结果表明：干拌法要比湿拌法有利于纤维在水泥基体中分散，这是因为干拌法中纤维在水泥砂子中被强烈分散，从而分散性好，而湿拌法中纤维吸水润湿后为水泥浆包裹，因而易结团，影响了纤维在砂浆中的均匀分散；拌和工艺虽然增加了搅拌步骤和时间，但纤维的分散系数最大，表明在此工艺下纤维能达到最佳分散。
将纤维混凝土的搅拌分为3个阶段，即：①纤维与水泥相遇，互相混入，由不均匀体逐渐变成具有一定均匀度的混合体，分散系数由零至最大；②随着水泥混合料稠度增大，颗粒间摩擦力增强，搅拌阻力增加，继续的搅拌使纤维开始聚集成团和束状，分散系数减小；③随搅拌时间延长，大团、束状纤维被搅拌机叶片分解为小团、小束，在这个过程中，分散系数又开始增大，达到统计意义上的均匀分布。
四、纤维混凝土搅拌技术的展望
针对纤维在混凝土中分散性的问题，本文提出几种构想，将纤维分离的方法大致分为机械法、化学法等几大类别。
1、机械法。对于钢纤维，可以采用筛机，即在混凝土搅拌机上安装筛机，通过调整筛机的震动频率来控制钢纤维的掺入量和在混凝土中的均匀性；对于聚丙烯纤维，由于纤维之间的一种吸附力，聚丙烯纤维呈束状，可以采用一种弹射装置将纤维弹射进混凝土以保证纤维在混凝土中均匀性。基于静电能使头发竖起来的原理，可以利用静电效应使纤维均匀的弹射进混凝土。
2、化学法。文献[4]、[5]中阐述了通过某种化学试剂对聚丙烯纤维的处理，使纤维易于分散的方法，本文不再赘述。
五、结论
以上分析显示，为有效提高钢纤维和聚丙烯混凝土的增强效果可以采取以下拌和方式：1、确定纤维的最佳掺入量，文献[6]中大量实验阐述了纤维的最佳掺入量；2、改善钢纤维与基体间的粘结强度及修正振动时间，振动强度，添加条件等；3、改善聚丙烯纤维的拌和工艺即使用干拌法和掺入微细骨料。
参考文献：
1、 陈润锋，张国防，顾国芳. 我国合成纤维混凝土研究与应用现状. 建筑材料学报，ISTICEIPKU-2001年2期
2、 肖英龙. 不锈钢纤维在浇注料中的分散性评价. 国外耐火材料，2001年4月
3、 纤维混凝土结构技术规程（CECS 38：2004）. 北京：中国计划出版社，2004
4、梅国栋. 混杂纤维混凝土抗裂性能实验研究. [武汉工业学院硕士学位论文]. 武汉：武汉工业学院，2010
潘谧，男，23岁，武汉工业学院土木工程与建筑学院土木092班。
关键字：拌和方式；钢纤维；聚丙烯纤维；混凝土；增强效果
一、 引言
80年代以来，美国合成材料化学工业生产了一种纤维丝（称FIBERMESH），并将其应用于混凝土建筑物。经过大量材料性能和工程结构试验，该材料现已得到广泛应用。纤维对增强混凝土早期抗拉强度，防止早期由沉陷、水化热、干缩而产生的内蕴微裂纹，减少表现裂缝和开裂宽度，增强混凝土的防渗性能、抗磨损抗冲击性能及增强结构整体性有显著作用，但同时也存在众多影响钢纤维和聚丙烯纤维在混凝土中发挥良好性能的因素，应当引起足够重视。
二、 纤维增强效果影响因素
1、纤维与基体的粘结强度。根据纤维增强机理的各种理论，诸如纤维间距理论、复合材料理论和微观断裂理论，结合大量的试验数据的分析，可以确定纤维的增强效果主要取决于基体强度、纤维的长径比（钢纤维长度 与直径 的比值，即 / ）、纤维的体积率 （钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数）、纤维与基体间的粘结强度（τ），以及纤维在基体中的分布和取向（η）的影响。当钢纤维混凝土破坏时，大都是纤维被拔出而不是被拉断，因此改善钢纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素之一。
2、纤维在混凝土中的分散性。按照纤维间距理论的解释，当直径相同、长度相同、但相对密度不同的合成纤维在水泥基体中的重量掺量（以每1 水泥基体所掺入的纤维重量kg计）相同时，纤维对水泥基体的阻裂效果主要取决于两个因素：a，纤维的平均间距s值，要求s>0；b，每1 水泥基体中纤维的根数n值。在纤维充分均匀分散的前提下，纤维的平均间距s值与阻裂效果成反比，s值愈小，效果愈好；纤维根数n值则与纤维材料的相对密度成反比，与阻裂效果成正比，n值愈大，阻裂效果愈好。
纤维在水中的分散和形成分散体的过程可分为润湿、扩散和稳定3个过程，即纤维束中的空气被水所取代的润湿过程。被润湿的纤维束或单纤维的表面活性物质被分教介质所取代，形成纤维一水一纤维的界面相互排斥扩散的过程。当聚丙烯纤维用于砂浆或混凝土时，由于固体建材、纤维、水形成的湿态纤维混凝土是一个非稳态分散体，这种非稳态过程随时问的延长，会发生不均匀的变化。尤其在纤维混凝土制备的初期，在纤维重力、表面活性物质和水分的析出过程的作用下，会造成分散相的聚结分层的趋势，这种聚结现象严重时会引起纤维结团或形成一定的界面，影响混凝土制品的性能。
三、拌和方式优化
1、钢纤维混凝土。
（1）大量的试验研究表明，钢纤维的掺入（ < 2% 时）对混凝土抗压强度影响较小，平均增长为 9%，钢纤维混凝土轴压强度和立方体抗压强度间的换算关系与普通混凝土的相应换算关系相近。设计中采用相同的强度保证率和材料分项系数，就可以按有关混凝土结构规范的相应规定，根据钢纤维混凝土的强度等级确定轴心抗压强度标准值与设计值。由《纤维混凝土结构技术规程》（CECS38：2004）中相关规定：
关于抗拉强度，仍采用原规程的计算模式： （1）式中： ， ——钢纤维混凝土、同条件素混凝土抗拉强度设计值 ；
——钢纤维长度；
——直径或等效直径；
——钢纤维体积率 ；
——钢纤维对抗拉强度的影响系数。
关于弯拉强度，仍采用原规程的计算模式：
（2）式中： ， ——钢纤维混凝土、同强度等级混凝土设计弯拉强度或弯拉强度标准值；
——钢纤维长度；
——直径或等效直径；
——钢纤维体积率；
——钢纤维对弯拉强度的影响系数
钢纤维混凝土的强度表达式，可以采取下列方式增大纤维与基体的粘结强度：
a，增加纤维的粘结长度（即增加长径比）；
b，改善基体对钢纤维的粘结性能；
c，改善纤维的形状、增加纤维与基体间的摩阻和咬合力[3]。
（2）混凝土中钢（聚丙烯）纤维的掺量需根据各构件的用途做相关实验得出，实验研究结果显示，可通过下列方式提高钢纤维的在混凝土中的分散性：
a 、改变振动时间 。将原料注入圆柱状容器于振动台的振动时间在1～10min之间变化时，下面的粒级因次虽未因振动时间的不同而出现差别，但上面在3min和5min时却要小一些。一般而言，若振动时间较长，则纤维有下沉的倾向，但这次因在使用的母材中加入了少量的水，使其比混凝土和轻质浇注料的比重大些，故不易受到振动时间长造成的纤维下沉的影响。将振动限制在lmin以内，结果虽然良好，但因振动不足而使气孔率增大了。
b、改变振动强度 。当振动强度变化时，振动时间长时纤维分散良好，振动强度适当大时也可获得好的结果。
c、添加方法不同。通过纤维在以往采用的方式中的分散效果进行了比较，即将浇注料投入搅拌机中，边混合边加入纤维的方式，以及将浇注料和纤维用搅拌机预混合，然后加水混合的方式。这次查明了用手添加纤维的方法不利于纤维的分散定要用混凝土搅拌机进行预混合。
2.聚丙烯纤维混凝土。
聚丙烯纤维的掺人工艺常用的流程有两种：
a，干拌法。先将纤维、砂、石搅拌均匀后，再将胶材、减水剂一起搅拌均匀，最后加入水搅拌成型。
b，湿拌法。先将砂石和胶材搅拌均匀后，再加入水一起搅拌均匀后，最后加入纤维搅拌成型。
实验在干拌法、湿拌法的研究分析基础上，依据水泥裹砂法和二次投料工艺原理拟定试验拌和工艺：①将纤维与砂拌和；②加入约1/3的水拌和；③加入胶材和减水剂拌和；④加入碎石拌和均匀后加入剩余的水，拌和至均匀后入模；⑤震捣。 结果表明：干拌法要比湿拌法有利于纤维在水泥基体中分散，这是因为干拌法中纤维在水泥砂子中被强烈分散，从而分散性好，而湿拌法中纤维吸水润湿后为水泥浆包裹，因而易结团，影响了纤维在砂浆中的均匀分散；拌和工艺虽然增加了搅拌步骤和时间，但纤维的分散系数最大，表明在此工艺下纤维能达到最佳分散。
将纤维混凝土的搅拌分为3个阶段，即：①纤维与水泥相遇，互相混入，由不均匀体逐渐变成具有一定均匀度的混合体，分散系数由零至最大；②随着水泥混合料稠度增大，颗粒间摩擦力增强，搅拌阻力增加，继续的搅拌使纤维开始聚集成团和束状，分散系数减小；③随搅拌时间延长，大团、束状纤维被搅拌机叶片分解为小团、小束，在这个过程中，分散系数又开始增大，达到统计意义上的均匀分布。
四、纤维混凝土搅拌技术的展望
针对纤维在混凝土中分散性的问题，本文提出几种构想，将纤维分离的方法大致分为机械法、化学法等几大类别。
1、机械法。对于钢纤维，可以采用筛机，即在混凝土搅拌机上安装筛机，通过调整筛机的震动频率来控制钢纤维的掺入量和在混凝土中的均匀性；对于聚丙烯纤维，由于纤维之间的一种吸附力，聚丙烯纤维呈束状，可以采用一种弹射装置将纤维弹射进混凝土以保证纤维在混凝土中均匀性。基于静电能使头发竖起来的原理，可以利用静电效应使纤维均匀的弹射进混凝土。
2、化学法。文献[4]、[5]中阐述了通过某种化学试剂对聚丙烯纤维的处理，使纤维易于分散的方法，本文不再赘述。
五、结论
以上分析显示，为有效提高钢纤维和聚丙烯混凝土的增强效果可以采取以下拌和方式：1、确定纤维的最佳掺入量，文献[6]中大量实验阐述了纤维的最佳掺入量；2、改善钢纤维与基体间的粘结强度及修正振动时间，振动强度，添加条件等；3、改善聚丙烯纤维的拌和工艺即使用干拌法和掺入微细骨料。
参考文献：
1、 陈润锋，张国防，顾国芳. 我国合成纤维混凝土研究与应用现状. 建筑材料学报，ISTICEIPKU-2001年2期
2、 肖英龙. 不锈钢纤维在浇注料中的分散性评价. 国外耐火材料，2001年4月
3、 纤维混凝土结构技术规程（CECS 38：2004）. 北京：中国计划出版社，2004
4、梅国栋. 混杂纤维混凝土抗裂性能实验研究. [武汉工业学院硕士学位论文]. 武汉：武汉工业学院，2010
潘谧，男，23岁，武汉工业学院土木工程与建筑学院土木092班。