论文部分内容阅读
[摘 要]通常队为，混凝士强度越高，其韧性越差，脆性越高，结构延性和抗裂能力越不足，给结构抗震性能带来的安全隐患。在混凝土中掺入微细纤维的纤维混凝土不仅能够提高混凝土本身的延性和韧性，增强混凝土的抗裂性，而且对原材料加工几乎没有特别的要求，成本增加不大甚至还有可能降低。聚丙烯纤维具有耐化学腐蚀性强、强度高、加工性好、质轻、蠕变收缩小、价格低廉和在低掺量下对混凝土的抗裂、增韧效果显著等优良的技术经济性能，因而在建筑工程中得到越来越广泛的应用。聚丙烯纤维混凝土是一种掺入少量短切聚丙烯纤维来增强或改善混凝土性能的复合材料。聚丙烯纤维混凝土在国外应用较多，在我国的工程中应用也日渐增多。低掺量的聚丙烯纤维掺入混凝土后可显著控制混凝土早期收缩裂缝，提高混凝土的耐久性。
[关键词]混凝土 纤维 强化 结构
中图分类号：TU278.39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0214-01
一、纤维混凝土的作用和增强机理
1、纤维混凝土的作用
取决于纤维自身的性质以及它在混凝土基体中散布混合的状态。纤维加入水泥基体中主要有以下作用：阻裂：阻止水泥基体中原有缺陷（微裂缝）的扩展并有效延缓新裂缝的出现。纤维的作用可大大减少甚至彻底消除宏观裂缝产生。防渗：因减少了水泥基体中的连通裂缝，故可有效阻止外界水分侵入。耐久：改善水泥基體抗冻、抗疲劳等性能，提高耐久性。增韧与抗冲击：提高水泥基体耐受变形的能力，从而改善其韧性和抗冲击性。
2、纤维混凝土增强机理
水泥混凝土具有成本低、硬化前塑性好、硬化后抗压强度高、耐久性好等优点，广泛应用在各种土木工程中，但也存在脆性大、易开裂、抗拉强度低等缺点。为了克服这些缺点，长期以来，人们提出了很多增强办法，其中在水泥混凝土中加入适量的短纤维是一种有效的增强办法。目前在混凝土工程中掺加的纤维主要有：钢纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维、石棉、芳纶纤维、聚酯纤维、碳纤维等。
二、纤维混凝土性能实验研究
在混凝土中添加不连续的延性纤维可以显著改善混凝土的脆性。近年来的工程实践表明：低掺量纤维的高性能混凝土，不仅具有经济价值，而且对于促进高性能混凝土的发展具有推动作用。随着高性能混凝土的发展，纤维增强混凝土的应用正日益普遍。目前在混凝土中添加各种纤维改善混凝土性能的研究发展迅速。研究发现添加聚丙烯纤维对混凝土材性的影响，通过对混凝土微观结构的分析可知，这一措施可以显著改善混凝土的抗渗性能和抗火性能。研究发现添加碳纤维对于混凝土性能的改善。添加混杂纤维亦可改善混凝土性能，。对于添加纤维的混凝土力学性能研究的重点主要是材料的抗裂性能、抗收缩、徐变的能力以及抗冲击性能；而对于材料的抗压、抗拉强度以及弹性模量的研究却非常少，材料的这些力学性能对于结构或构件承载力和变形的计算却是最基本的参数。
三、纤维混凝土的应用与拓展
在查阅大量资料后，结合资料和自己的理解得知：目前，纤维混凝土被广泛地应用于混凝土路面、桥涵结构物、高层建筑、造船、海岸防护、隧道、水利水电等众多领域。
由于聚丙烯纤维混凝土在抗裂、防水、抗疲劳等方面的优良特性，因此其可应用在：
（1）公路的路面，使路面的使用寿命延长5～10年；
（2）隧道、矿井等墙面和顶部的喷射混凝土，其回弹脱落不超过4%～5%；
（3）水坝、运河、蓄水池、水渠、游泳池、港口、船坞、码头减少龟裂，降低渗透性；
（4）混凝土预制体、灰浆板可增强混凝土的粘合性，降低损耗；
（5）楼房建筑中的复合楼板、屋顶板、顶尖覆盖层、建筑装饰物，可增强建筑的多种指标，且可取代金属丝网。
桥路面中的应用
许多国外的抗磨试验表明，加入聚丙烯纤维后的混凝土可增加粗糙度，使混凝土在同样外露表面磨损试验条件下，抗磨损能力增加1倍。挪威高速公路试验室进行抗磨试验时，是在挪威有钉帽的轮胎测试混凝土磨损试验机上进行的，其结果表明，C75有纤维的混凝土试样与无纤维的试样对比，其抗磨损能力增加52%，而其试件磨损损失量减少34.4%。C50纤维混凝土试样水泥用量虽少，但与C75试样对比，其抗磨损能力增加20%，而其材料磨损损失量减少17.2%。用聚丙烯纤维混凝土作桥梁工程桥面铺装层可纤维混凝土代替钢纤维混凝土，节省了投资。有效地抑制和减少裂缝，增强桥面的防水性和抗破能力，减缓钢筋锈蚀和延长结构的寿命。
板式混凝土结构
聚丙烯纤维混凝土目前得到最广泛应用的场合主要是面支承平板结构，水电站的消力池、护坦 、船闸底板等都属于面支承平板结构一类的底板混凝土。厚度大多较小，常和基岩直接接触，混凝土浇筑后因基岩约束，容易发生裂缝。聚丙烯纤维混凝土因其干缩量小初凝时的塑性收缩微裂纹得到抑制，因此可以减轻这类底板混凝土开裂问题。在常规设计中，为了防止表面收缩裂缝，往往设置了表层分布钢筋网。由于钢筋网中间距一般为15～20 cm，因各种原因，有时实际起不到防止混凝土表面裂缝的目的。采用一定掺量的聚丙烯纤维混凝土来替代钢筋网可能是一个经济有效的措施，也大大简化了施工，加快了进度很值得进行试验研究。
喷射混凝土工程的应用
聚丙烯混凝土有较高的粘稠性，很适宜用于喷射混凝土。喷射聚丙烯纤维混凝土与喷射普通混凝土比较，能显著减少回弹损失，增加一次喷射厚度，提高生产能力，降低总成本，并能防止产生裂纹。可用于隧道支护、护坡工程 、建筑物穹顶和拱桥底部修补喷浆、水池及筒仓结构的预应力绕丝喷浆护面等。喷射聚丙烯纤维混凝土施工时宜用湿喷法，可以较准确的控制水灰比，提高喷射混凝土质量和减少回弹损失，并使聚丙烯纤维在混凝土中得到充分分散 。湿喷机械过去完全要靠进口，主要是有日本、美国研制的挤压泵型 、英国的compernass 型和德国的BsM-903型湿喷机，价格十分昂贵。近年来我国铁道科学研究院西南分院已研究出TK-961型湿喷混凝土喷射机，比进口产品便宜甚多，每小时可喷射混凝土5m3， 最大水平和垂直输运距离分别达到 40m和20m，但自动化程度低操作人员需精心控制喷射参数。
高速水流作用的部位
水利水电工程的溢流面、泄洪洞、消力池、溢洪道泄流槽、闸门门槽以及排沙孔道都有高速水流冲刷、磨损和气蚀问题，特别当水流中掺有泥沙时，问题更为突出。为提高这些部位的混凝土抗冲蚀磨损能力，以往的工程措施是采用高强度混凝土、硅粉混凝土和钢纤维混凝土等。不但工程造价高，而且高强度混凝土、钢纤维混凝土和硅粉混凝土施工都较困难。利用聚丙烯纤维混凝土良好的抗冲磨性能用于上述工程部位是合理的选择，还可以不必提高混凝土标号。
结束语：
聚丙烯纤维在防止砂浆、混凝土早期收缩裂缝方面的显著作用已得到许多工程实例和试验研究的证实。利用聚丙烯纤维混凝土良好的抗冲磨性能将其应用于水利水电的各水下工程部位是合理的选择，而且还可以不必提高混凝土标号。具有良好的经济效益和实用效益。聚丙烯混凝土有较高的粘稠性，很适宜用于喷射混凝土。喷射聚丙烯纤维混凝土与喷射普通混凝土比较，能显著减少回弹损失，增加一次喷射厚度，提高生产能力，降低总成本，并能防止产生裂纹。
钢纤维混凝土具有良好的耐磨性和韧性，在道路工程中应用可减薄铺设厚度，可显著延长路面寿命，其公路路面、桥面铺装、隧道衬砌等方面将得到越来越广泛的应用。室外内试验研究表明，与普通混凝土相比，在相对较低的水泥用量情况下，钢纤维混凝土具有较高的抗折强度和耐磨性能、良好的抗冲击性能和抗裂性能，非常适合在重载交通路面丁程中应用。
但是，纤维混凝土在我国的推广与应用还需要设计、生产、施工、科研单位通力合作，本着创新精神，尽快完善纤维混凝土的各项相关技术标准、规范规程，以期更好地指导纤维混凝土应用于工程当中。
[关键词]混凝土 纤维 强化 结构
中图分类号：TU278.39 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0214-01
一、纤维混凝土的作用和增强机理
1、纤维混凝土的作用
取决于纤维自身的性质以及它在混凝土基体中散布混合的状态。纤维加入水泥基体中主要有以下作用：阻裂：阻止水泥基体中原有缺陷（微裂缝）的扩展并有效延缓新裂缝的出现。纤维的作用可大大减少甚至彻底消除宏观裂缝产生。防渗：因减少了水泥基体中的连通裂缝，故可有效阻止外界水分侵入。耐久：改善水泥基體抗冻、抗疲劳等性能，提高耐久性。增韧与抗冲击：提高水泥基体耐受变形的能力，从而改善其韧性和抗冲击性。
2、纤维混凝土增强机理
水泥混凝土具有成本低、硬化前塑性好、硬化后抗压强度高、耐久性好等优点，广泛应用在各种土木工程中，但也存在脆性大、易开裂、抗拉强度低等缺点。为了克服这些缺点，长期以来，人们提出了很多增强办法，其中在水泥混凝土中加入适量的短纤维是一种有效的增强办法。目前在混凝土工程中掺加的纤维主要有：钢纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维、石棉、芳纶纤维、聚酯纤维、碳纤维等。
二、纤维混凝土性能实验研究
在混凝土中添加不连续的延性纤维可以显著改善混凝土的脆性。近年来的工程实践表明：低掺量纤维的高性能混凝土，不仅具有经济价值，而且对于促进高性能混凝土的发展具有推动作用。随着高性能混凝土的发展，纤维增强混凝土的应用正日益普遍。目前在混凝土中添加各种纤维改善混凝土性能的研究发展迅速。研究发现添加聚丙烯纤维对混凝土材性的影响，通过对混凝土微观结构的分析可知，这一措施可以显著改善混凝土的抗渗性能和抗火性能。研究发现添加碳纤维对于混凝土性能的改善。添加混杂纤维亦可改善混凝土性能，。对于添加纤维的混凝土力学性能研究的重点主要是材料的抗裂性能、抗收缩、徐变的能力以及抗冲击性能；而对于材料的抗压、抗拉强度以及弹性模量的研究却非常少，材料的这些力学性能对于结构或构件承载力和变形的计算却是最基本的参数。
三、纤维混凝土的应用与拓展
在查阅大量资料后，结合资料和自己的理解得知：目前，纤维混凝土被广泛地应用于混凝土路面、桥涵结构物、高层建筑、造船、海岸防护、隧道、水利水电等众多领域。
由于聚丙烯纤维混凝土在抗裂、防水、抗疲劳等方面的优良特性，因此其可应用在：
（1）公路的路面，使路面的使用寿命延长5～10年；
（2）隧道、矿井等墙面和顶部的喷射混凝土，其回弹脱落不超过4%～5%；
（3）水坝、运河、蓄水池、水渠、游泳池、港口、船坞、码头减少龟裂，降低渗透性；
（4）混凝土预制体、灰浆板可增强混凝土的粘合性，降低损耗；
（5）楼房建筑中的复合楼板、屋顶板、顶尖覆盖层、建筑装饰物，可增强建筑的多种指标，且可取代金属丝网。
桥路面中的应用
许多国外的抗磨试验表明，加入聚丙烯纤维后的混凝土可增加粗糙度，使混凝土在同样外露表面磨损试验条件下，抗磨损能力增加1倍。挪威高速公路试验室进行抗磨试验时，是在挪威有钉帽的轮胎测试混凝土磨损试验机上进行的，其结果表明，C75有纤维的混凝土试样与无纤维的试样对比，其抗磨损能力增加52%，而其试件磨损损失量减少34.4%。C50纤维混凝土试样水泥用量虽少，但与C75试样对比，其抗磨损能力增加20%，而其材料磨损损失量减少17.2%。用聚丙烯纤维混凝土作桥梁工程桥面铺装层可纤维混凝土代替钢纤维混凝土，节省了投资。有效地抑制和减少裂缝，增强桥面的防水性和抗破能力，减缓钢筋锈蚀和延长结构的寿命。
板式混凝土结构
聚丙烯纤维混凝土目前得到最广泛应用的场合主要是面支承平板结构，水电站的消力池、护坦 、船闸底板等都属于面支承平板结构一类的底板混凝土。厚度大多较小，常和基岩直接接触，混凝土浇筑后因基岩约束，容易发生裂缝。聚丙烯纤维混凝土因其干缩量小初凝时的塑性收缩微裂纹得到抑制，因此可以减轻这类底板混凝土开裂问题。在常规设计中，为了防止表面收缩裂缝，往往设置了表层分布钢筋网。由于钢筋网中间距一般为15～20 cm，因各种原因，有时实际起不到防止混凝土表面裂缝的目的。采用一定掺量的聚丙烯纤维混凝土来替代钢筋网可能是一个经济有效的措施，也大大简化了施工，加快了进度很值得进行试验研究。
喷射混凝土工程的应用
聚丙烯混凝土有较高的粘稠性，很适宜用于喷射混凝土。喷射聚丙烯纤维混凝土与喷射普通混凝土比较，能显著减少回弹损失，增加一次喷射厚度，提高生产能力，降低总成本，并能防止产生裂纹。可用于隧道支护、护坡工程 、建筑物穹顶和拱桥底部修补喷浆、水池及筒仓结构的预应力绕丝喷浆护面等。喷射聚丙烯纤维混凝土施工时宜用湿喷法，可以较准确的控制水灰比，提高喷射混凝土质量和减少回弹损失，并使聚丙烯纤维在混凝土中得到充分分散 。湿喷机械过去完全要靠进口，主要是有日本、美国研制的挤压泵型 、英国的compernass 型和德国的BsM-903型湿喷机，价格十分昂贵。近年来我国铁道科学研究院西南分院已研究出TK-961型湿喷混凝土喷射机，比进口产品便宜甚多，每小时可喷射混凝土5m3， 最大水平和垂直输运距离分别达到 40m和20m，但自动化程度低操作人员需精心控制喷射参数。
高速水流作用的部位
水利水电工程的溢流面、泄洪洞、消力池、溢洪道泄流槽、闸门门槽以及排沙孔道都有高速水流冲刷、磨损和气蚀问题，特别当水流中掺有泥沙时，问题更为突出。为提高这些部位的混凝土抗冲蚀磨损能力，以往的工程措施是采用高强度混凝土、硅粉混凝土和钢纤维混凝土等。不但工程造价高，而且高强度混凝土、钢纤维混凝土和硅粉混凝土施工都较困难。利用聚丙烯纤维混凝土良好的抗冲磨性能用于上述工程部位是合理的选择，还可以不必提高混凝土标号。
结束语：
聚丙烯纤维在防止砂浆、混凝土早期收缩裂缝方面的显著作用已得到许多工程实例和试验研究的证实。利用聚丙烯纤维混凝土良好的抗冲磨性能将其应用于水利水电的各水下工程部位是合理的选择，而且还可以不必提高混凝土标号。具有良好的经济效益和实用效益。聚丙烯混凝土有较高的粘稠性，很适宜用于喷射混凝土。喷射聚丙烯纤维混凝土与喷射普通混凝土比较，能显著减少回弹损失，增加一次喷射厚度，提高生产能力，降低总成本，并能防止产生裂纹。
钢纤维混凝土具有良好的耐磨性和韧性，在道路工程中应用可减薄铺设厚度，可显著延长路面寿命，其公路路面、桥面铺装、隧道衬砌等方面将得到越来越广泛的应用。室外内试验研究表明，与普通混凝土相比，在相对较低的水泥用量情况下，钢纤维混凝土具有较高的抗折强度和耐磨性能、良好的抗冲击性能和抗裂性能，非常适合在重载交通路面丁程中应用。
但是，纤维混凝土在我国的推广与应用还需要设计、生产、施工、科研单位通力合作，本着创新精神，尽快完善纤维混凝土的各项相关技术标准、规范规程，以期更好地指导纤维混凝土应用于工程当中。