纤维混凝土应用研究现状初探

纤维混凝土应用研究现状初探

作者：彭开均

来源：《科技创新与应用》2013年第21期

摘 要：进入到新世纪以来，随着我国的国民经济水平飞速的发展，我国的公路交通行业的发展也是十分迅速的，其中各类的路面路基处理技术也取得了非常大的进步，而所谓的纤维混凝土指的就是一类在混凝土基体中加入了高性能短切纤维后所形成的新型建筑材料，而正是由于加了纤维，这种新型的建筑材料就有效的克服了混凝土抗疲劳性能差、抗拉强度低并且容易开裂的缺点。其中高性能的芳纶纤维是一种低密度、高强度、高模量并且耐磨性能十分优异的高科技纤维，其全称为芳香族聚酰胺纤维，从其研发问世至今，在我国的各类工程项目中都得到了大量的生产和使用。

关键词：纤维混凝土；研究现状；芳纶纤维

混凝土的最主要优点就是高抗压强度，但是同时混凝土也是存在着明显的缺点，如抗疲劳性能差、抗拉强度低、构建本体的自重大、抗冲击碎裂性能差、容易产生裂纹以及易于塑性干缩开裂等等，因此混凝土在工程中的应用范围就有很大的局限性。在混凝土强度不断提升的情况下，这些确定也就越来越突出了，近些年来，国内外的专家学者都在大力的探索和研究提高混凝土性能的方法和措施，特别是提高它的耐久性能和抗拉强度，正是在这种背景下，提出了一类以传统混凝土为基体的新型复合材料-纤维混凝土。在混凝土的内部纤维能够以很多的数量广泛的分布其中，这样在形成微裂缝的过程中，就会受到数量众多的纤维的阻挡，降低其能量，从而起到抗裂的作用。 1 纤维混凝土的发展和现状 1.1 纤维混凝土的概述

通常情况下，所谓纤维混凝土都是以砂浆、水泥净浆或是混凝土作为基体材料的，在配以无机纤维、金属纤维或是有机纤维等增强材料所组成的水泥基复合材料就是纤维混凝土了。它是一种将抗拉强度高、抗碱性能良好、极限延伸率大并且细而短的纤维广泛的分布在混凝土基体中的新型建筑材料，混凝土早期产生裂缝或是受到外力时，纤维是有着重要的预防作用的。在纤维混凝土最初的受力阶段，混凝土是与纤维共同受力的，并且混凝土应是外力的主要承担者，当外力持续作用一段时间后或是外力不断提高的过程中，裂缝也会随之扩展到一定的程度，混凝土就不会再承担外力，此时纤维就成了外力的主要承担者，而纤维也就成为了阻止裂缝继续扩展的最重要的因素。因此与传统的混凝土相比，纤维混凝土不但有效的克服了抗疲劳性能差、抗拉强度低以及容易开裂的缺点，同时纤维混凝土的抗阻裂、抗弯拉、抗爆、抗冲击以及延性和韧性等性能都得到了明显的提升，而且其对混凝土的防水、防冻、抗渗以及防护筋等方面也做出了一定的贡献。由于在混凝土中所掺入材料种类的差异性，我们一般将纤维混凝

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土分为碳纤维混凝土、钢纤维混凝土、混杂纤维混凝土、芳纶纤维、杜拉纤维以及高强聚乙烯纤维等等。

1.2 纤维混凝土的发展情况

为了改善传统混凝土的抗疲劳性能差、抗阻裂性能差、抗拉性能差以及延性差的缺点，对于在混凝土中添加纤维从而改善其性能的研究工作，发展的也是十分迅速。现阶段研究较多的有芳纶纤维、杜拉纤维、碳纤维、钢纤维、尼龙纤维以及耐碱玻璃纤维等，自从上个世纪的60年代开始，国外就已经开始研究将合成纤维作为水泥砂浆的增强材料的可能性了，也发现了尼龙、聚乙烯以及聚丙烯等纤维材料的优异的抗冲击性能。在上个世纪的70年代，以英国和美国为首的发到国家已经能够将聚丙烯单丝纤维应用到混凝土的实体工程中了，同时美国也开发出了丝束相连的聚丙烯膜裂纤维，替代了钢筋网片，在控制混凝土的收缩工作中取得了优异的效果。而从80年代初期开始，国外又相继研发出了一系列的可以在混凝土中添加的单丝合成纤维，如尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯以及聚丙烯腈等，由于其价格相对便宜并且化学耐腐蚀性高，因此应用的十分广泛。近几年来，由于我国在工程施工过程中经常性的出现问题，我国也已经开始研究合成纤维混凝土这一新技术了。通过大量的实体工程的施工以及实验室中的试验已经证明了，在沥青混凝土中添加聚丙烯增强纤维或芳纶纤维，不但能够提高混凝土的泌水性，促进其早期养护工作的顺利开展，同时还能抑制混凝土早期塑性收缩和离析裂缝的产生及发展，避免了因干缩硬化而出现温度裂缝和微裂缝的情况，大大的提高了混凝土的抗裂、抗拉、抗磨以及抗冲击的性能。 2 芳纶纤维的研究现状 2.1 芳纶纤维的应用特性

芳纶纤维作为一种新型的高性能的混凝土增强纤维，由于其具有优异的物理性能和化学性能，其已经在我国的20多个城市中的上千个实体工程中得到了成功的应用，同时也取得了非常好的施工效果和经济效益，因此建筑工程界的设计、教学、施工、研发等各个方面对芳纶纤维也更加的关注了。相比于其他类型的纤维混凝土，芳纶纤维主要具有以下的应用特性：（1）不导电性。在现代工程的施工过程中，如地铁工程、公路工程、隧道工程以及工业厂房等等，对于绝缘性能的要求都是很高的，所以在这些工程的加固补强的工作中，芳纶纤维也是有着明显的优势，也给这些领域提供了重要的选择机会。（2）抗疲劳性能好。传统类型的混凝土的抗疲劳性能是一个重要的缺陷，而高强度的合成纤维就能很好的改善这一缺陷，并且芳纶纤维与碳纤维相比，无论芳纶纤维是承受长期的静荷载还是动荷载，芳纶纤维都有足够的强度，它的韧性和抗疲劳性能都非常好，而在众多的FRP材料中，芳纶纤维的抗剪切能力也是最强的。（3）耐腐蚀性能好。与其它类型的FRP复合材料相比，芳纶纤维的耐强碱腐蚀性是有着明显的优势，由于海水等水体中含有较多的氯离子，其对混凝土结构的腐蚀性很强，钢结构容易锈蚀膨胀，混凝土容易碳化，而只有芳纶纤维在加固和防护工程中才是最佳的选择。 2.2 我国对芳纶纤维的研究情况

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我国是从上个世纪的70年代开始从事芳纶的研究工作，在上个世纪的80年代又相继的通过了芳纶1313和芳纶1414的鉴定工作，他们也就相当于美国杜邦公司所研制出的Kevlar和Nomex。在我国发展国民经济的“七五”规划期间，也就是上个世纪的86年-90年这个时间段，晨光化工研究院、西安交通大学、上海合成纤维研究所、北京橡胶工业研究设计院以及南通合成树脂厂等机构共同开始了对芳香族聚酰胺的研究工作，紧接着于上个世纪的90年代，晨光化工研究院、东华大学化学纤维研究所、上海合成纤维研究所以及沈阳市红星密封材料等机构所共同研发出来的对位芳纶的性能已十分接近国际的领先水准，然而由于资源和成本等因素的限制，我国工程中所使用的芳纶还是以国外进口为主的。在21世纪初，山东烟台氨纶股份有限公司提出了我国的第一个芳纶1313工程项目，并通过引进国外的先进技术成果的开发出了20多种科技含量很高的有色芳纶纤维，其质量与国外的最先进的芳纶纤维的质量也是可以媲美的。 3 结束语

与传统的沥青混凝土相比，各类结构形式的纤维混凝土都是有着其所不具备的明显优点的，当然各种类型的纤维混凝土自身也都是有一定的局限性的，仍然需要进一步的研究和探索。在研究纤维混凝土的工作中，国内外的研究工作都取得了一定的技术成果，但在投入到实体工程使用的过程中也暴露出了一定的问题，特别是纤维混凝土的稳定性、重复性、压敏性能激励以及它的施工工艺和质量控制工作都是需要进一步的研究和探索，只有真正的解决了这些问题，才能促进纤维混凝土在我国实体工程的应用中取得更加优异的效果。 参考文献

[1]杨桂丽.纤维混凝土应用研究现状初探[J].广东建材，2007.

[2]王元丰.浅谈芳纶纤维布在混凝土结构中的应用和发展[J].公路交通科技，2006.