纤维混凝土

玻璃纤维混凝土
目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧 玻璃纤维等。20 世纪50 年代末美国首先研究开发成功了高强度玻璃纤维，迄今为止， 世界上仅有美、法、日、俄、加及我国六个国家能生产高强度玻璃纤维。由于高强度 玻璃纤维性能价格比较优越，以年增长率10%以上的速度发展。石英玻璃纤维及高硅 氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料。玻璃纤维强度/ 重 量比要比钢大，具有高抗拉强度，具有碱溶性。它的延伸性低，具有很高的抗变形能 力。没有长期蠕变性，玻璃纤维不发生蠕变，能确保产品长期使用。此外，玻璃纤维 具有优良的物理化学稳定性和高低温的稳定性。还有，玻璃纤维在道路工程施工中， 有很广泛的应用，因为它与路面混合料具有良好的相容性。
纤维混凝土
摘要
为了改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺点， 在混凝土中掺加纤维以改善混凝土性能的研究， 发展得相当迅速。目前研究较多的有钢纤ຫໍສະໝຸດ Baidu、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。就纤维混凝土的分类及 相关特性展开研究，简要的介绍纤维混凝土这种 新型的土木工程材料。
2.纤维混凝土类别及特性
2.1 纤维混凝土概念：在搅拌混凝土或水泥砂浆时，渗入一定量的分散的短 纤维，经振捣、凝固后构成一种宏观均匀的、各向同性的混合材料。
2.2 纤维混凝土的类别：
目前研究较多的有钢纤维、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。水泥混凝土中常用的纤维分为钢纤维和非钢 纤维两类，非钢纤维按照弹性模量可以分为两大类： 高弹性模量纤维 （ Ef / Ec > 1） 和低弹性模量纤维（ Ef / Ec < 1） 。低弹性模量纤维 （如各种有机纤维、尼龙、聚丙烯、聚乙烯等） 只能提高混凝土的韧性、 抗冲击性能等与材料的塑性有关的物理性能；高弹性模量纤维（如钢纤维、 玻璃纤维、碳纤维等） 则能够改善混凝土的强度和刚性。
2.3 各类纤维混凝土的特性：
钢纤维混凝土
钢纤维是当今世界各国普遍采用的混凝土增强材料。它具有抗裂、抗冲击性能强、耐 磨强度高、与水泥亲合性好，可增加构件强度，延长使用寿命等优点。
钢纤维因其不同的加工生产方法而区分为熔抽型、拉丝切断型、剪切型和切削型等。 经纬牌钢纤维是剪切型钢纤维。现可生产平直微扭形、波浪形、端勾形、弓形和压痕 形五种形状20 多个规格的产品。钢纤维又因其不同的原材料而分为普通钢纤维和特种 钢纤维。在普通钢筋混凝土结构中掺入钢纤维，不但可以提高抗拉、抗剪和抗弯强度， 而且在使用性能如断裂韧性、极限应变、裂后承载和耐磨、抗折、抗冲击、抗疲劳等 方面都获得显著改善。而且，在同等强度下可减少混凝土厚度，节约混凝土用量40 %～50 %， 大大降低工程造价。此外，由于早期强度高，以及较大的缩缝间距，可缩 短施工周期25 %，特别适用于要求快速连续浇筑混凝土的较大工程，如道路、港口、 飞机场、桥梁、隧道等。但价格贵、比重大、不易于分散、不宜于在常规的水泥增强 制品中作用。
碳纤维混凝土
碳纤维是20 世纪60 年代以来随航天工业等尖端技术对复合材料的苛刻要求而发展 起来的新材料，具有强度高、弹性模量高、比重小、耐疲劳和腐蚀、热膨胀系数低等 优点。碳纤维由许多单纤维组成的纤维束构成，而单纤维由层状石墨小晶体组成。直 径为7～15μm。石墨晶体中碳原子在层内以六角形排列，层与层之间由共价键和范德 华力作用而结合在一起。碳纤维的特性包括： ①重量轻， 厚度薄： 比重为钢的1/ 4 ， 厚度约为0. 1～0. 2mm ，单位面积重量约为钢板的1/ 100 。②高强高效：抗拉强度 约为钢材的10 倍，比重仅为钢的1/ 4 。③良好的耐久性及耐腐蚀性能：耐酸、碱、 盐及大气环境的腐蚀。④施工方便：质地柔软，易加工，手工操作，不需大型机具， 施工效率高。⑤施工质量易保证：与混凝土有效接触面积达80 %以上。⑥适用范围广： 适用于各种工业与民用建筑的梁、板、柱及桥梁、隧道、烟囱等建筑物和构筑物。碳 纤维混凝土具有良好的塑性变形特性，而且具有导电性，可用于抗静电地面和电磁屏 蔽室。压缩韧性比较好，提高了拉伸强度和抗弯强度。但碳纤维价格偏高，生产成本 比较大。
1.纤维混凝土的发展史
近代关于纤维混凝土的理论研究开始于1910 年，由美国的Porter 首创。1911 年 美国的Graham 正式将钢纤维掺合到混凝土中，并初步验证了它的优越性。1940 年前后，美、英、法、德等国先后取得了一些相关专利。在第二次世界大战期间， 为了战争的需要，日本曾把它用于抗爆结构。1963 年，美国学者Romuldi 从理论 上阐明了钢纤维的增强作用和机理，从而为钢纤维混凝土的进一步研究、开发奠定 了理论基础，使它从小规模探索实验阶段跃进到大面积开发的新阶段。美国在1990 年和1991 年举行了纤维增强混凝土的专题报告会，正式拉开了纤维增强混凝土研 究与应用的序幕；1995 年韩国举行了纤维增强水泥混凝土的专题报告会，1996 年 在中国北京举行了第三届国际水泥混凝土报告会，表明纤维增强混凝土的研究与应 用已经国际化。著名的化学公司如杜邦公司、3M 公司、日本帝人公司等都开发出 了多种水泥增强用纤维品种，并已经在高速公路、桥梁、摩天大楼、地铁、隧道等 土木工程中获得广泛应用。高强度、高韧性、高耐久性的纤维混凝土已经取得了长 足发展，代替传统的钢筋混凝土或预应力混凝土已经成为国际趋势。在国外，纤维 增强水泥混凝土复合材料已经广泛应用于非承重构件中。国内的研究起步较晚，上 海合成纤维研究所研究了锦纶短纤维对水混凝土的增强效果，安徽皖维公司将维纶 用于增强混凝土。此外，一些高校和研究院所也就不同种类纤维对混凝土性能的改 善作用进行了研究。
2.4 各类纤维在工程中的经验表明：只有高弹性模量纤维具有优良而稳定、持久的力学 性能，在结构中使用得当，充分发挥其性能优势，在工程中取得很好的技术、经济效 益。
3.纤维混凝土的应用领域