纤维混凝土

非连续的短纤维 纤 维 长 度 连续的长纤维
低弹性模量
二、概述
3、纤维性能
减重
阻裂
防渗 性 能 抗冲击
美观
抗拉
耐久
纤维混凝土有效的克服了普通混凝土抗拉强度低，抗冲击，抗阻裂，抗爆 延性，耐火等性能，同时对混凝土抗渗、防水、抗冻、护筋、减重等方面也有 很大的贡献。
二、概述
4、 发展历程
初探性阶段：1910年，美国H.F.Porter在有关以短纤维增强混凝土的研究报告中，
建议把短纤维均匀分散在混凝土中用以强化基体材料。 20世纪40年代，美、英、法、德等国先后公布了许多关于用钢纤维混凝土方面的 专利。 日本在第二次世界大战期间，由于军事上的需要。也曾进行过有关钢纤维水泥混 凝土方面的研究，但当时均尚未达到实用化的程度。
实用化研究阶段：1963年，J.P.Romualdi和H.Batson提出了钢纤维混凝土开裂强度
四、产品介绍
1.2 力学性能
SFRC （0.25%）与普通混凝土性能比较
物理性能 Ｒ折（MPa）（开裂）
Ｒ折（MPa）（破裂） Ｒ压（MPa） Ｒ剪（MPa） 弹性模量（MPa） Ｒ冲（kg/cm）
普通混凝土 200～250
200 ～550 2100 ～5500 250 2.0×105 4.8
SFRC 550 ～1250
Vf———纤维体积；Vm———基体体积。
三、纤维的作用机理
2、纤维对基体的增强作用
（2）Romualdi计算公式
Romualdi推导出的纤维平均间距公式 S=1.25×d×Vf-1/2 d———纤维直径; Vf———单位体积内的纤维体积。
式中 S———某一截面的平均间距;
纤维增强混凝土的抗拉强度为: σcf=σmt+k(S-1) -1/2 式中 σcf———纤维增强混凝土的抗拉强度; σmt———基体混凝土的抗拉强度; K———试验常数。
四、产品介绍
3.2 碳纤维混凝土的应用
东京ARK大厦
一次使用CFRC幕墙板32000m2 ，由于板重减轻了三分之二，起重和安 装只需使用电绞车而不需起重机，施工方便迅速；
五、结论与展望
1、总结
增强抗裂性,提高抵抗裂缝能力；
产生微裂缝后纤维能继续抵抗外力的拉拔作用，材料的韧性增强；
高弹模纤维增强混凝土的抗拉强度、弯曲强度以及剪切强度明显提 高； 增强冻融作用抵抗性能； 改善普通混凝土的耐疲劳性能。
五、结论与展望
2、进一步研究
开发研制性能更佳的纤维，提高纤维的弹性模量及抗老化性能，降 低造价，我国依赖进口；
加强纤维增强混凝土细观结构与宏观力学性能联系的研究；
开展试件、构件试验，深入了解合成纤维混凝土的物理力学性能以 及构件在各类荷载作用下的表现，为合成纤维混凝土结构的设计提供 依据； 有选择地进行施工现场试验，掌握其施工性能指标，如配合比、搅 拌方式与时间控制、坍落度损失等，提出合成纤维增强混凝土的施工 工艺。
纤维混凝土
2017年3月
长安大学 张争奇 教授
目录
1 引言 2 概述 3 纤维作用机理 4 产品介绍 5 展望未来
一、引言
混凝土是由水泥、砂、石组成的非均质体，具有高的抗压强度， 然而它本身也具有弱点—如抗拉强度小，韧性小，耐化学腐蚀性差， 抗疲劳能力低，易产生裂纹，抗冲击性差等，限制了其在工程中的 应用范围。长期以来，许多专家和学者不断探索改善混凝土性能的 各种方法和途径，于是提出了一种以传统混凝土为基体的新型复合 材料—纤维混凝土。
550 ～1750 3500 ～5600 420 (1.5～2.8)×105 13.8
四、产品介绍
1.2 力学性能
。
一、项目研究背景与意义 除表中所示的性能外，由于所掺钢纤维性能明显不同，以及
不同掺量的影响， SFRC的抗拉强度也有不同程度的提高。钢纤
维掺量为1%时，抗拉强度可提高19%～79%，掺量为2%时，抗
匀分布于混凝土中的直径23-62的聚丙烯、尼龙等单丝纤维，其纤维体积分数为 0.05%-0.20%时有明显的抗裂与增韧效果。 目前美国所用混凝土总量中合成纤维混凝土约占7%，而钢纤维混凝土只占3%左 右。在美国，纤维混凝土还被大量用于地下防水工程、工业和民用建筑的屋面、墙体、 地坪、道路以及桥梁工程建设中。
[8]张红州. 纤维混凝土界面性能及纤维作用机理研究[D].广东工业大学,2004.
结束
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四、产品介绍
（SFRC） 1、钢纤维混凝土
钢纤维混凝土是在普通混凝 土中掺入少量低碳钢、不锈钢和 玻璃钢的纤维后形成的一种比较 均匀而多向配比的混凝土。与普 通混凝土相比，它能改善抗拉、 抗剪、抗弯、抗磨、和抗裂性能， 而且能大大增强混凝土的抗断裂 性和抗冲击性。
四、产品介绍
1.1 混凝土基体
任何品种的纤维增强混凝土都应采用强度高，密实性好的混凝土基体，
二、概述
定义
应用
纤维
性能
分类
二、概述
1、定义
纤维混凝土，是纤维增强混凝土的简称，通常是指以水泥 净浆、砂浆或者混凝土为基体，以非连续的短纤维或者连续的 长纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料（可浇筑、喷射）。
:
二、概述
2、分类
标准较多
按弹性 模量
按长度
按材质
分类
按粗细
按掺量
二、概述
2、分类
金属纤维 材 质 无机纤维 高弹性模量 பைடு நூலகம்机纤维 弹 性 模 量
混合型低碱水泥
四、产品介绍
2.2 GRC的性能
玻璃纤维力学性能 纤维品种 ρ/g/cm3 直径/㎜ 抗拉强度/MPa 弹性模 量/GPa 极限延伸 率
耐碱玻璃 纤维
2.7～2.8
4～15
1500～80
63～80
2～8
抗腐蚀性能 纤维品种 耐碱玻璃纤维 100℃和Ga(OH)2溶液浸泡 4ｈ 66.2～88.1 80℃ 浸泡24ｈ （成分Ga(OH)2，NaOH 54.3～84.3
四、产品介绍
3、 碳纤维混凝土(CFRC)
沥青路面非均匀性 检测与评价方法
碳纤维是20 世纪60 年代发展起来的一种高强、高弹模、质轻、 耐高温、耐腐蚀导电、导热性能好的一种纤维材料，并开始应用 于混凝土材料。1989 年，美国的Chung 首先发现，将一定形状、 尺寸和掺量的短切碳纤维掺入混凝土材料中，可以使材料具有感 知内部应力、应变和损伤程度的功能。90 年代后期开始，我国开 展碳纤维混凝土自损伤诊断、自适应、自调节的研究。
三、纤维的作用机理
1、纤维对基体的阻裂作用
阻裂作用指纤维对新拌混凝土早期收缩裂纹和硬化 后的收缩裂纹产生和扩展的阻碍作用。均匀分布的纤维 在混凝土中起到支撑骨架的作用，即阻止了粗细骨料的 沉降。纤维的存在同时可以减少其表面析水防止表面失 水快而发生收缩导致的裂缝。
三、纤维的作用机理
1、纤维对基体的阻裂作用
四、产品介绍
2、玻璃纤维混凝土（GRC）
GRC是将弹性混凝土模量较大的抗碱玻璃纤维，均匀的 分布于水泥砂浆，普通混凝土基材中而制得的一种复合材料。 自20世纪90年代以来，低碱度水泥和超抗碱玻璃纤维的相 继出现，把GRC的技术引向新的发展阶段。
四、产品介绍
2.1 原料组成
低碱硫铝酸盐水泥
水泥
组 成 耐碱玻璃纤维
四、产品介绍
3.1 力学性能改善
阻滞混凝土内部微裂缝的扩展并阻滞宏观裂缝的发生 发展。因此对于其抗拉强度和主要由主拉应力控制的抗剪、 抗弯、抗扭强度等均有明显改善；同时提高基体的抗变形能 力，从而改善其抗拉、抗弯和抗冲击韧性。
碳纤维可以替代钢筋应用在腐蚀环境下或轻型的预应力 混凝土结构，随着碳纤维价格下降，技术进步，碳纤维混凝 土是一种很有发展前途的新型混凝土复合材料。
根据弹性断裂学来说明纤维对裂缝发生 和发展的约束作用。
从复合材料构成的混合原理出发，将纤 维看成强化体系，应用混合原理推定纤维混 凝土的抗拉强度。
三、纤维的作用机理
2、纤维对基体的增强作用 （1）Swamy的复合理论
σc=σfVf+σmVm，
式中
度；
（Vf+Vm =Vc=1）
σc———复合材料的抗拉强度、σm———基体的抗拉强
参考文献
[1]王学志,郑淑文,贺晶晶,邹浩飞,孔祥清. 基于抗渗性的纤维混凝土耐久性评 价体系[J]. 混凝土与水泥制品,2015,(01):46-51. [2]高丹盈,赵亮平,冯虎,赵顺波. 钢纤维混凝土弯曲韧性及其评价方法[J]. 建筑 材料学报,2014,(05):783-789. [3]孙家瑛. 纤维混凝土抗冻性能研究[J]. 建筑材料学报,2013,(03):437-440. [4]邓宗才,万操. 碳纤维布约束下钢纤维混凝土与腐蚀钢筋黏结性能的试验研 究[J]. 土木工程学报,2012,(08):41-47. [5]杨雯雯. 纤维混凝土力学性能及耐久性能试验研究[D].山东大学,2012. [6]林倩,吴飚. 浅谈纤维混凝土[J]. 福建建材,2011,(01):30-32. [7]刘永胜. 纤维混凝土增强机理的界面力学分析[J]. 混凝土,2008,(04):34-35.
三、纤维的作用机理
2、纤维对基体的增强作用
增强作用主要为抗拉强度的提高，相应地以主拉应力为控制破坏的， 如抗折强度，抗剪强度等也随之提高。 均匀而任意分布的纤维对混凝土抗拉强度的增强机理，目前存在2 种解释模型: （1）复合材料机理； （2）纤维间距机理。
三、纤维的作用机理
2、纤维对基体的增强作用 美国Romualdi提出的 “纤维间距理论” 英国Swamy提出的“ 复合材料理论”
是由对拉伸应力起有效作用的钢纤维平均间距所决定的结论(纤维间距理论)，从而开始 了这种新型复合材料的实用化开发研究阶段。 70年代中期，美国开发出聚丙烯模裂纤维这是一种直径2mm以上的束状纤维。在 与混凝土拌合过程中可分裂成为若干细纤维束，且束内纤维展开成为相互牵连的网络 。
广泛应用研究阶段：20世纪80年代初，美国若干公司通过表面处理技术开发出可均
玻璃纤维有着轻质、高强度、高弹性模量、和易性好，以及不导电等优 点，其热膨胀系数比钢材更接近水泥，而且费用低廉，抗腐蚀性好。
四、产品介绍 2.3 GRC性能的影响因素
主要因素有以下几个方面：
（1）纤维含量 （2）纤维品种和质量 （3）水泥品种和质量
四、产品介绍
2.4 GRC应用
上海世博会法国馆
是一个网格交错的四方形建筑，外表的白色混凝土网格，使用的就是玻 璃纤维增强混凝土的新材料。不仅有防风、抗震的效果，抗压能力、弯曲度 等属性也比一般的混凝土要好许多。而且还方便装饰，增强审美表现力。
这样可以保证纤维与基体有较高的界面粘结强度，从而充分发挥纤维的增
强作用。
水泥 水泥强度≥42.5MPa，水泥中的C3A含量≤6% 集料 要求选用硬度高，强度大的碎石，粒径最好在10 ～ 16ｍ ｍ，细集料要求细度模块数控制在2.5 ～ 3.2。 外加剂 a.减水剂 选用减水率高（＞18％），引气性低的高效减 水剂。ｂ．缓凝剂适量。
四、产品介绍
1.4 收缩性能
收缩率 Vf0
Vf1
龄期
收缩率 混凝土掺入钢纤维后，由于钢纤维弹性模量高， 尺度小，间距较密，因此对混凝土的收缩有一定的抑制作 用。
四、产品介绍
1.5 施工
施工有两种方法：
全掺入施工法 流动砂浆渗浇法
四、产品介绍
1.6 应用
北京西直门立交
（1） 高速公路和机场跑道 （2）桥梁工程（3）大跨度梁 （4）隧 道及巷道等工程的养护 （5）对抗冲击和耐磨性要求较高的建筑地面 （6）水工结构及刚性防水功程木桩基
拉强度可提高32% ～92%。
四、产品介绍
1.3 耐久性能
（1）抗腐蚀性 刚纤维增强混凝土具有很优良的抗腐蚀性， 其主要原因：一方面是混凝土基体强度较高，致密性较好。 另一方面是钢纤维掺入量对混凝土承受荷载及收缩变形产生 的裂纹有较强的抑制作用，各种侵蚀介质向混凝土内部的扩 散速度降低，因此也提高啦抗腐蚀能力。 （2）抗冻性和抗渗性 由于钢纤维混凝土孔隙率低，开 口孔、连通孔和裂纹少，因此抗冻性和抗渗性也的到相应 的提高。