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[關鍵詞] 混凝土；纖維；分類；進展

[中圖分類號] TU528.527 [文獻標志碼] A [文章編號] 1003-1324（2012）-04-0071-04

混凝土是一種多相復合材料，由于各組成材料性質的差異和施工養護的影響，混凝土內部不可避免地存在大量的微裂縫，這些裂縫的存在，影響了混凝土的性能，特別是降低了混凝土抗拉強度，這也是混凝土呈脆性破壞的主要原因。通過加入摻合料和化學外加劑實現混凝土的密實性和強度的提高，是制備高性能混凝土的主要途徑。但是，混凝土的抗拉強度與抗壓強度之比僅為6%作用，仍存在拉壓比低、韌性差與收縮大等缺點。隨著抗壓強度的提高，混凝土脆性表現得愈明顯[1]。而纖維具有抑制混凝土收縮、提高混凝土抗拉強度、增加混凝土韌性的作用，能夠解決高強高性能混凝土中出現的拉壓比低、韌性差和收縮大的問題，也能適應現有施工水平和設備條件[2]。因此，纖維混凝土是當今混凝土技術發展的重要趨勢。

1 分類

1.1 鋼纖維混凝土

在普通混凝土中摻入適量鋼纖維配制而成的混凝土，稱為鋼纖維混凝土或鋼纖維增強混凝土。與普通混凝土相比，其抗拉強度、抗彎強度、耐磨、耐沖擊、耐疲勞、韌性、抗裂和抗爆等性能都得到很大提高[3]。

早期混凝土工程中采用的鋼纖維主要品種有：用細鋼絲切斷生產的圓直型鋼纖維，用熔抽法生產的鋼纖維，用薄鋼板剪切生產的平直型或扭曲型鋼纖維。隨著混凝土應用技術的發展，人們對鋼纖維性能的認識不斷深入。根據試驗研究和工程應用實際情況，鋼絲切斷圓直型纖維與基體的粘結性能差，碳鋼熔抽型纖維在高溫冷卻過程中表面往往會形成氧化皮，從而嚴重降低了纖維與基體的粘結性能。因而這幾種類型的鋼纖維在工程中被逐漸淘汰。相應的高強鋼絲切斷端鉤型纖維、鋼錠銑削端鉤型纖維、剪切異型纖維、低合金鋼熔抽型纖維，因其增強了與混凝土基體的粘結力，對混凝土的阻裂、增強、增韌的效果顯著，在工程中逐漸得以廣泛應用。

1.2 碳纖維混凝土

碳纖維混凝土是將碳纖維均勻地分散在水泥基體中，用以增加混凝土的物理力學性能的一種復合材料。碳纖維混凝土的主要特征具有普通增強型混凝土所不具備的優良機械性能、防水滲透性能、耐自然溫差性能，在強堿環境下具有穩定的化學性能、持久的機械強度和尺寸的穩定性[4]。用碳纖維取代鋼筋，可消除鋼筋混凝土的鹽水降解和劣化作用，使建筑構件重量減輕，安裝施工方便，縮短建筑工期。

碳纖維還具有震動阻尼特性，可吸收震動波，使防震能力和抗彎強度提高十幾倍。碳纖維混凝土具有很高的抗拉性、抗彎性、抗斷裂性、抗蝕性等特點。由于碳纖維的較小的膨脹系數，碳纖維混凝土的耐熱性較好，溫度變形也較小。

碳纖維混凝土中碳纖維主要作用是：阻止混凝土內部微裂縫的擴展并阻止宏觀裂縫的發生及發展。因此對于其抗拉強度和主要由主拉應力控的抗剪、抗彎、抗扭強度等均有明顯改善；同時具有高基體的抗變形能力，從而改善其抗拉、抗彎和沖擊韌性。碳纖維體積分數為1.18%時，試件劈拉強度提高1.2%，按復合規則，碳纖維的增強作應隨水泥中纖維含量的增大而增加，在碳纖維的重量百分含量小于5%時，這個關系幾乎是線性的，含量再增加時，碳纖維難以在基體中分散均勻，不能起到增強效果，甚至使碳纖維混凝土抗拉強度降低。此外，碳纖維混凝土還具有良好的耐腐蝕性、抗滲透性、耐磨性、耐干縮性及耐久性。

1.3 玻璃纖維混凝土

玻璃纖維混凝土（GRC）是將彈性模量較大的抗堿玻璃纖維，均勻地分布于水泥砂漿、普通混凝土基材中而制得的一種復合材料。近20年來，玻璃纖維混凝土在英國、美國、日本等40多個國家已開始大量應用。它將輕質、高強和高韌性優點集于一體，在建筑領域中占有獨特地位。特別自20世紀90年代以來，低堿度水泥和超抗堿玻璃纖維的相繼出現，把玻璃纖維混凝土技術引向新的發展階段。

由于玻璃纖維的直徑僅為5～20μm，幾乎與水泥的顆粒相接近，使用玻璃纖維時，所用的結合材料為水泥漿，或者在其中摻入細砂來使用，幾乎不使用粒徑較大的粗骨料。所以，用這種素材制作而成的復合材料，又稱為增強補強水泥。

采用玻璃纖維混凝土是建筑工程今后發展方向，它不僅可以彌補普通混凝土制品自重大、抗拉強度低、耐沖擊性能差等不足，而且還具有普通混凝土所不具有的特性。玻璃纖維混凝土制品較薄，質量較輕。由于采用抗拉強度極高的玻璃纖維作增強材料，因而其抗拉強度很高。玻璃纖維均勻分布于混凝土中，可以防止混凝土制品的表面龜裂，由于在破壞時能大量吸收能量，因而耐沖擊性能優良、抗彎強度較高[5]。此外，玻璃纖維混凝土制品脫模性好、加工方便，易做成各種形狀的異型制品。

1.4 聚丙烯纖維混凝土

聚丙烯纖維混凝土是將切成一定長度的聚丙烯纖維，均勻地分布在水泥砂漿或普通混凝土的基材中，用以增強基材的物理力學性能的一種復合材料。這種纖維混凝土具有輕質、抗拉強度高、抗沖擊和抗裂性能等優點，也可以以聚丙烯纖維代替部分鋼筋而降低混凝土的自重，從而增加結構的抗震能力。

篇2

關鍵詞：混凝土路面；鋼纖維；聚丙烯纖維

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A

1 前言

水泥混凝土路面具有剛度大，擴散荷載能力強等優點，但是隨著公路交通的發展、交通量的增大，運輸荷載的不斷增大，水泥混凝土日益顯示其弱點和不足。由于混凝土的抗彎拉強度低、耐磨耗性能差等缺點，使其在未達到壽命期就已出現了各種不同類型的損壞。目前加強混凝土及瀝青混凝土路面，改善混凝土路面的使用品質，延長路面的使用壽命，提高投資效益是面臨的重要課題。

為了進一步提高水泥混凝土的耐久性和強度，改善其使用性能。近年來，采用纖維混凝土作為面層材料，引起了國內外工程界的重視。試驗和應用表明，纖維混凝土比水泥混凝土有著優良的抗拉、抗彎、抗裂、抗沖擊、抗收縮、韌性好等一系列力學性能，因此，在各工程中得到廣泛的應用，并取得良好的效果。

2 增強機理

在混凝土中摻入纖維是公認的改善混凝土脆性的有效方法，纖維的阻裂增韌效應能有效降低塑性裂縫和內部微裂隙的數量和尺度，提高混凝土材料介質的連續性，改善混凝土的綜合性能。通過在混凝土中摻加纖維，可以提高混凝土的抗拉、抗彎和抗剪強度[1]，增加混凝土的韌性[2]、抗沖擊[3]和疲勞性能[4]，改善混凝土的抗裂性[5]，抗凍性[6]及耐磨性[7]等。將纖維混凝土作為路面鋪裝材料時，可以實現：（1）在特大交通量條件下, 能夠延長或保證水泥混凝土路面使用壽命；（2）在特重、重軸載條件下, 可以實現較經濟且較薄的面板結構厚度。

3 纖維混凝土路面

3.1 鋼纖維混凝土路面

鋼纖維混凝土是在普通水泥混凝土中摻配一定數的短而細的鋼纖維所組成的復合型材料，其鋼纖維阻滯基體混凝土裂縫的產生與擴展，從而具有良好的抗折、抗沖擊、抗疲勞及抗磨性能。鋼纖維混凝土的性能受到水泥品種、砂率、粗骨料最大粒徑、鋼纖維種類和摻量、摻和料等因素的影響，其中鋼纖維類型、鋼纖維摻量和鋼纖維長徑比是影響鋼纖維混凝土性能的主要因素。

鋼纖維混凝土路面可分為單層式鋼纖維混凝土路面、復合式鋼纖維混凝土路面和碾壓式鋼纖維混凝土路面3種。（1）單層式鋼纖維混凝土路面。單層式鋼纖維混凝土路面是指路面板全斷面均采用鋼纖維混凝土澆筑而成。該種路面的厚度約為同類水泥混凝土路面的厚度的 50 % -60 %， 鋼纖維的體積率一般為0.8%-1.5%。（2）復合式鋼纖維混凝土路面。為了充分發揮鋼纖維混凝土優良的抗彎拉、 抗疲勞性能和韌性,根據路面板的受力狀況, 將鋼纖維混凝土配置在路面板的受拉區,在路面板的上部為普通混凝土,由此復合而成的路面成為雙層復合式路面。（3）碾壓式鋼纖維混凝土路面。碾壓式鋼纖維混凝土路面是在碾壓混凝土路面基礎上發展起來的,它是利用震動、 碾壓機械對拌和而成的干硬性鋼纖維混凝土實行強制性碾壓而成的一種路面。

雖然鋼纖維混凝土路面具有良好的性能，但是也存在不足，從而阻礙了鋼纖維混凝土金屬腐蝕是影響其功能的根源，它增加了混凝土的導電性，因而助長了電化學腐蝕；鋼纖維作為金屬材料，與混凝土具有不相融性，使其與混凝土混合后粘附性能較差，握裹力低；另外由于金屬的磨損系數小于混凝士，使得鋼纖維混凝土路面產生后期效應-“凸尖現象”,對車輪的磨損非常不利。

3.2 合成纖維混凝土路面

合成纖維是繼鋼纖維混凝土后發展起來的纖維混凝土。由于其是惰性材料，不受混凝士堿性環境影響而衰變，同時它還具有高強度、高彎曲彈性、高延伸率、高取向性、易拌和等路用性能。尤其是在纖維混凝土路面應用中，完全克服了鋼纖維混凝土路面出現的“腐蝕銹”、“凸尖” 等路面現象。目前應用較多的合成纖維主要有聚丙烯纖維。

聚丙烯纖維作為混凝土的摻合料被世界上很多國家所接受。聚丙烯材料是一種居玻璃和尼倫之間的中性材料，其抗拉強度根據不同的工藝過程，通?？蛇_到 300-800MPa。雖比玻璃纖維低，但經過特殊工藝成形的聚丙烯纖維，可以與鋼纖維相媲美(鋼纖維抗拉強度為 600MPa左右)，其抗拉強度已達到了纖維混凝土要求的最佳強度，同時也避免了玻璃纖維極脆易斷的弊端。聚丙烯纖維適合于公路水泥混凝土路面、機場跑道、橋涵等多種混凝土工程的加強。

在路面工程中，應優先使用網狀纖維。因為單絲纖維多適用于石、骨料直徑小于10 mm的砂漿混合料中，在大骨料的混凝土中,由于砂石的攪拌、碰撞間隙過大，使得單絲纖維不易分散。而網狀纖維成片狀體，很容易被拌和，分散形成初步的均勻分布 (第一次分布 )；攪拌中期，每片纖維被骨料沖擊展開成網狀，且每根網絲都裹著水泥;隨著攪拌，裹著水泥的加重網絲被撕開，最終完成單絲狀纖維的均勻分布 (第二次分布 )。此“二次分布法” 確保了纖維能在混凝土中的絕對分布均勻。

纖維網用于橋面或橋面鋪裝層，可有效地控制和減少收縮性和橋面震動引起的裂縫以及延緩結構性裂縫，提高橋面的防水性能，延緩和減少鋼筋的銹蝕而延長橋結構的使用壽命。纖維網用于舊混凝土路面上的加鋪，雖然纖維價格較貴，但可節約大量圬工體積，相應也節約了工程總造價。與金屬網、鋼纖維相比較，又具有無磁、防銹、防堿等優點。

4 纖維混凝土路面的展望

4.1 混雜纖維混凝土

單摻纖維難以全面解決混凝土存在的問題。如低彈模纖維可有效限制早期混凝土中原生裂縫發生和發展，但對提高硬化后混凝土的力學性能則作用不大。高彈模纖維，如鋼纖維，則可以有效地提高混凝土硬化后的性能，但對混凝土在塑性階段的裂縫控制效果不明顯。將多種纖維同時摻入混凝土中，從不同層次上改善纖維三維分布的均衡性及集料與纖維的協調作用，提高增強效率，充分挖掘材料性能，促進混雜纖維混凝土的開發與應用。

4.2 高強及超高強纖維混凝土

路面材料的耐磨性能影響路面的使用壽命，纖維混凝土路面的基體混凝土的強度決定纖維混凝土的耐磨性能，因此采用高強及超高強混凝土是改善路面耐磨性能，延長纖維混凝土路面的使用壽命的重要途徑。

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篇3

[關鍵詞]混凝土；纖維；納米；抗火

引言

從國內外混凝土技術發展歷程可知[1-4]，首先無論研究者或是工程技術都要求混凝土具有更高的強度。各種大型結構的興建要求混凝土強度設計等級不斷提高，雖然混凝土技術在不斷發展，但飛速增長的混凝土強度似乎仍然不能滿足結構的要求。其次，由于機械施工水平和生產效率的不斷提高，混凝土的生產已經走上了商品化的道路，而且混凝土的品種也在不斷增多，如泵送混凝土、水下不分散混凝土、免振搗自密實混凝土、智能混凝土等等，這都要求混凝土要有良好的流動性、可泵性、保塑性、保水性等施工性能。再次，混凝土材料的耐久性能也越來越成為國內外混凝土研究人員關注的熱點，良好的耐久性能不僅意味著混凝土材料的壽命延長，而且更重要的是其能適應各種不同的惡劣環境，抵御不同侵蝕介質的破壞，如在大型水利大壩、海洋石油鉆井平臺等特殊工程中混凝土的耐久性能往往比強度更為重要。另外，為了適應新材料的發展趨勢，人們還對混凝土的某些特殊功能提出了要求，如超早強、自呼吸、高耐磨、吸聲、抗高溫和自清潔等性能?？傊绾翁岣呋炷翉姸?、韌性、抗高溫性和耐久性，這些都是急需解決的課題。

1、混凝土性能改善方法及國內外研究現狀

1.1鋼纖維混凝土

纖維混凝土（Fiber Reinforced Concrete，簡稱FRC）又稱纖維增強混凝土，它以混凝土為基體，以纖維為增強材料，通過一定數量的纖維均勻分散于混凝土基體中來改善混凝土的性能[5，6]。

纖維混凝土力學特性的研究開始于本世紀60年代。J.P.Romualdi等[7]通過系列研究討論了鋼纖維混凝土裂縫開展的機理，提出了基于斷裂分析的纖維間距理論，為鋼纖維混凝土的實用化開辟了道路，RN.Swamy和A.E.Naamaii等則對鋼纖維混凝土的增強機理提出了復合材料強化法則。隨著鋼纖維混凝土的推廣應用，美國混凝土學會根據需要增設了專門的纖維混凝土委員會（ACI 544），國際標準化協會也增設了纖維水泥制品技術標準委員會（ISO TC77）。許多專家學者[5-10]對鋼纖維混凝土的基本強度特性和基本變形特性進行了大量試驗研究，對鋼纖維混凝土的斷裂性能和疲勞特性也開展了部分試驗研究。

我國對鋼纖維混凝土基本理論的研究開始于70年代，進入80年代后，這一領域的試驗研究有了迅速的開展。大連理工大學趙國藩教授[6]首先從斷裂力學理論出發，導出了與復合材料理論相一致的亂向分布鋼纖維混凝土抗拉強度公式，并分析了鋼纖維混凝土的增強機理和破壞形態。

鋼纖維可提高混凝土的抗拉強度、抗彎韌性、抗剪強度、抗沖擊性以及提高混凝土的抗裂性、耐磨性等。鋼纖維混凝土以其優良性能而廣泛應用于隧道、地鐵、礦井等地下工程；公路、機場路面和工業地坪；建筑工程、橋梁工程；水利水電工程；筒倉、管道、煙囪等薄壁結構；各類建筑物及構筑物的維修補強和抗震加固工程等[5，6]。

1.2合成纖維混凝土

合成纖維用于增強水泥混凝土最早由Goldfein.S.于1965年提出，并建議用聚丙烯纖維作為混凝土的摻合料建造美軍工兵部隊的防爆結構，此后逐漸引起工程界的廣泛關注。目前美國和歐洲等地出現了一些生產和銷售混凝土用纖維的專業公司，通過對合成纖維的改性研究，使纖維在混凝土中的分散和粘結得到改善，并研制出高強度高彈模的改性纖維[11-13]。目前，合成纖維混凝土得到了廣泛的研究和應用，應用較多的纖維品種有聚丙烯纖維、尼龍纖維、聚乙烯醇纖維和高彈模聚乙烯纖維。

我國對合成纖維研究和應用比較晚。上世紀80年代末中國建筑材料科學研究所和北京建筑材料研究所等開始研究聚丙烯纖維和維綸纖維用于混凝土。目前國內合成纖維應用領域幾乎遍布土木、水利各個領域，其中以路面、橋面、房屋外墻抹面、防滲結構應用較多[14]。

以聚丙烯纖維為代表的合成纖維可提高混凝土的早期抗收縮裂縫性能，還能提高混凝土的抗滲、抗凍性能。合成纖維混凝土的主要應用領域為：地下防水工程；路面、橋面和工業地坪；輸水管道、水濾等工程[9]。

1.3混雜纖維混凝土

混雜纖維混凝土是將兩種或兩種以上不同的纖維混雜摻加到混凝土中，以獲得單摻一種纖維所達不到的性能。例如鋼纖維和聚丙烯纖維的混雜既可減少混凝土的干縮裂縫又可增加混凝土的韌性；不同長徑比的鋼纖維混雜后可優化其增韌增強效果?；祀s纖維不但可以發揮纖維各自的增強效果，而且可以發揮各種纖維間的協同工作能力，形成優勢互補的混雜效應，從而更為有效地改善混凝土的性能。將鋼纖維和合成纖維混雜使用給降低鋼纖維混凝土的成本帶來可能性，對于擴大鋼纖維混凝土的工程應用具有現實意義。另外，將不同纖維混雜使用不僅可發揮每種纖維各自的性能，由于不同纖維在不同層次上對混凝土基體產生約束和增強，因此還能形成不同纖維間的混雜效應，這一混雜效應不是每種纖維增強效應的簡單疊加，而是具有l+1≥2的特點，可以更為有效地改善混凝土的性能[4]。

東南大學孫偉院士對聚丙烯纖維和鋼纖維混雜增強高強混凝土的彎曲性能進行的試驗研究結果表明：鋼纖維與聚丙烯纖維組成三維亂向支撐網，在一定程度上彌補了混凝土的初始缺陷，增強了基體的抗拉能力；鋼纖維與聚丙烯纖維纏繞在一起，在承受彎曲拉伸荷載時產生“纖維連鎖”效應，更大程度地提高了試件的抗彎強度；在裂縫擴展過程中，鋼纖維與聚丙烯纖維先后起阻裂的主導作用，對裂縫的擴展進行全過程抑制，明顯地增大了基體的韌性；從經濟上考慮混雜纖維混凝土也有一定的優勢，鋼纖維增強、增韌效果好，但會導致工程造價高；聚丙烯纖維增韌效果好，價格較低，但僅聚丙烯纖維難以提高混凝土的強度，只能延緩其后期破壞過程。在鋼纖維摻量較低的基礎上加入低摻量的聚丙烯纖維，工程造價提高少，但卻使混凝土的強度、韌性、阻裂能力等性能得到很大提高，大大改善了混凝土的脆性，特別適合抗震等級要求較高的工程。

2、納米技術在混凝土中應用

混凝土納米科學是將混凝土這種復雜非均質材料體系分解到材料固有特性的尺度（納米尺度），在此尺度上一種材料的性質不同于另一種材料。研究者期望從納米尺度到宏觀尺度“納米工程化”這些材料固有特性，以供大規模的工程應用。這項研究類似于人類基因組項目，是將混凝土切分到基本單元或分子尺度，以描述水泥基材料的礦物學組成和其在時間、空間中的轉換?；炷良{米科學研究將為我們呈現水泥基材料的力學藍圖，這不僅增進對水泥基材料的宏觀特性上的強度和缺陷的認識，也為下一代可持續水泥基材料的開發提供基礎。當前正在開發水泥基材料力學藍圖測定方法，即高非均勻水泥基材料的納米壓痕技術及其應用。采用新的格柵壓痕技術，已鑒別出水泥基材料的基本單元-水化硅酸鈣的剛度、強度和徐變。

普通水泥的顆粒粒徑通常在7μm～200μm，但其約為70%的水化產物水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠尺寸在納米級范圍，經測試，該凝膠的比表面積為200～300m2g-1，可推算得到凝膠的平均粒徑為10nm，即混凝土中的水泥硬化基體實際上是由水化硅酸鈣凝膠為主凝聚而成的初級納米材料，但是這些納米結構在細觀上是相當粗糙的。

材料的各種性質是由其內部結構而決定的，換句話說，材料性質可以因適當地改變材料的結構而予以改性。水泥硬化漿體在微細觀上具有高度不均勻性及復雜的結構，且隨時間、環境濕度和溫度的變化而變化。因此可以通過控制水泥硬化漿體內各相的結構，從而改善材料性能。

納米材料在水泥混凝土中的應用研究始于上世紀90年代。研究表明，在混凝土中摻入納米顆粒后可以使混凝土更加密實，早期強度提高，韌性增強，并可以顯著提高混凝土的耐久性。因為混凝土的耐久性除了受其本身的化學組成的影響外，主要是由孔隙率、孔隙特征和微裂縫等因素決定。吳中偉[4]院士依據孔徑大小可將水泥基材料的孔結構分為四類：孔徑小于20nm的為無害孔，孔徑在20～50nm的為少害孔，孔徑在50～200nm的為有害孔，200nm以上的為多害孔。國外也有學者將孔徑大于100nm的毛細孔稱為有害孔。由于納米材料的顆粒粒徑小于100nm，可以對水泥硬化漿體中20～150nm的微孔起到填充效應，有效改善孔隙率和孔隙結構。并且均勻分散納米顆粒，在水泥水化中起到類似“晶核效應”的作用，提高凝膠體形成數量并使水化產物在整個界面過渡層內分布趨于均勻。

目前用于混凝土中的納米材料主要有硅灰、稻殼灰、納米SiO2，納米CaCO3和納米纖維、碳納米管等。

3、混凝土高溫性能研究概況

國內外對混凝土的高溫性能及其抗火能力、火災后鋼筋混凝土結構損傷評估以及災后的加固修復，都做了較多的試驗研究和理論分析。

盡管已有的研究報道有限，但鋼纖維（SF）特別是不銹鋼纖維用于高溫條件下（達到1500℃）的耐火混凝土中已經被證實是有效的。國內外的研究表明鋼纖維混凝土在高溫下抗火性能較普通混凝土有明顯的改善。鋼纖維對混凝土高溫性能的影響主要包括以下幾個方面：混凝土在40℃～1000℃導熱系數不變，限制了裂紋擴展；提高了600℃前混凝土的比熱，因而在溫度較低時鋼纖維控制了混凝土的裂紋擴展；低于800℃時，對試件的熱膨脹沒有顯著影響。但是目前對于鋼纖維摻入對混凝土高溫性能是有利還是有弊，頗有爭議。鋼纖維確實提高了混凝土的抗拉強度和韌性，但不能明顯地降低混凝土發生爆裂的可能性。

試驗研究已發現，在混凝土中摻入聚合物纖維（如聚丙烯纖維）能有效減小爆裂的機會。聚丙烯纖維（PPF）細度高（當量直徑0.02～0.1mm）、數量多（0.9kg/m3的摻量充分分散可獲得700～3000萬根纖維單絲）、在混凝土中的纖維間距小，上述特點使聚丙爆纖維能有效限制早期（塑性期和硬化初期）混凝土由于離析、泌水、收縮等因素形成的原生裂隙的發生和發展，減小原生裂隙的數量和尺度，而原生裂隙通常是混凝土破壞或性能劣化的起源。從此角度理解，可認為聚丙烯纖維上述阻裂效應的意義不僅在于有效地阻止了早期混凝土塑性裂縫的發生和發展，更在于提高了材料介質的連續性，使硬化后的混凝土性能得到顯著改善。

在混凝土中摻入聚丙烯纖維和鋼纖維的混雜纖維后，不僅能夠有效地阻止混凝土在高溫下發生爆裂，并且能夠較好地保持混凝土的完整性，高溫后仍能承受較高荷載。溫度達到180℃時，混凝土還處于自蒸階段時，內部壓力還不大，由于聚丙烯纖維的熔點低，在該溫度下己經熔化，但因其液態體積遠小于固態所占空間，于是形成眾多小孔隙，并由于聚丙烯纖維分散的均勻性及纖維細小而量又多，使得混凝土內部孔結構發生了變化，孔隙的連通性加強，為混凝土內部水分的分解蒸發提供了通道，也就緩解了由于水分膨脹所形成的分壓，使內部壓力大大降低，防止了爆裂的產生。溫度達到450℃時，鋼纖維與混凝土間的粘結力下降約80%左右，但對混凝土內部裂縫的產生和發展仍能起到一定的約束作用，從而基本保證混凝土的完整性，并使得混凝土強度的降低幅度不大，高溫后仍有較高的強度。這表明混雜纖維混凝土具有優異的高溫性能。

4、結論

在混凝土中摻入適量的纖維和納米材料，改善了混凝土的微觀結構，增加了混凝土的密實性，提高了混凝土的物理力學性能。隨著鋼纖維摻量的增大，纖維混凝土抗壓、劈拉和抗折性能均顯著增加，受荷后的變形性能顯著改善；混凝土中摻入聚丙烯纖維，有效改善了混凝土的早期性能，減少塑性干縮，高溫后由于聚丙烯纖維高溫熔化，在混凝土中形成均勻分布的細小孔隙，減少了混凝土受到高溫時的內部蒸氣壓，明顯降低甚至消除了混凝土的高溫爆裂；摻入納米材料，增加了混凝土的密實度，細化了水泥水化產物，改善了混凝土的微觀結構，提高了混凝土的界面性能。綜上，纖維納米混凝土是滿足工程實際對混凝土高性能的需求新型混凝土材料。

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篇4

[關鍵詞]聚丙烯纖維混凝土；建筑工程；應用

中圖分類號：TU689 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）17-0110-01

聚丙烯纖維混凝土作為新型的新型建筑材料，由于它具有減少和防止混凝土在塑性和初期硬化階段的收縮裂縫產生，從而提高防滲、抗凍、抗沖磨等性能。近年來在我國的工程建筑界已經有了長足的發展。

一、聚丙烯纖維混凝土的概況

1、聚丙烯纖維混凝土含義

聚丙烯（polypropylene單體分子式為C3H6）是一種結構規整的結晶型聚合物。聚丙烯纖維是一種新型的混凝土增強纖維，被稱為混凝土的“次要增強筋”，乳白色、無味、無毒，耐酸堿，表面疏水，化學穩定性好；主要缺點是分散性能差、與基體間的粘結力差，經改性處理摻入混凝土中，可明顯改善其韌性，有時還能改善強度指標，增強抗滲能力。聚丙烯纖維混凝土（PolypropyleneFiberConcrete，簡稱PPFC）是近年來迅速發展起來的一種優良且應用廣泛的新型復合材料，廣泛應用于水利、交通、城市建設等工程中。目前美國所用混凝土總量中，合成纖維混凝土約占7%。

2、聚丙烯纖維混凝土的工藝原理

從微觀的角度來看，任何密實的混凝土都存在微裂縫。混凝土在硬化形成強度的過程中，初期由于水和水泥的反應形成結晶體，這種晶體化合物的體積比原材料的體積要小，因而引起混凝土體積的收縮；在后期又由于混凝土內自由水分的蒸發而引起干縮。這些應力某個時期超出了水泥機體的抗拉強度，于是在混凝土內部引起微裂縫。在混凝土內摻入聚丙烯纖維，聚丙烯纖維與水泥集料有極強的結合力，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布均勻；同時由于細微，故比表面積大，0.9kg聚丙烯纖維分布在1m3的混凝土中，則可使每立方米混凝土中就有2000～3000萬根纖維不定向分布在其中，故能在混凝土內部構成一種均勻的亂向支撐體系。當微裂縫在細裂縫發展的過程中，必然碰到多條不同向的微纖維，由于遭到纖維的阻擋，消耗了能量，難以進一步發展。因此，聚丙烯纖維可以有效地抑制混凝土早期干縮微裂的產生和發展，極大地減少了混凝土收縮裂縫。從宏觀上解釋，就是微纖維分散了混凝土的定向拉應力，從而達到抗裂的效果。聚丙烯纖維可以大大增強混凝土的抗裂、抗滲能力，作為混凝土剛體自防水的效果顯著，可以有效地解決混凝土滲裂問題的困擾，延長使用壽命。

二、聚丙烯纖維混凝土在建筑工程的應用

1、工程概況

某城市商業大樓占地面積6000O左右，其中地下11000O，地上5000O，結構形式為框架剪力墻結構。地下商場按設計要求，商場大廳、出入口以及一些上部有覆土要求的結構構件，不得漏水、滲水和出現大的裂縫的要求。本工程對這些有特殊要求的構件在混凝土中摻入聚丙烯纖維材料，使其達到設計的要求。

2、聚丙烯混凝土施工技術要點

（1）聚丙烯混凝土原材料要求：

①水泥：在滿足混凝土強度的前提下，盡量采用低標號、低細度、少用量；對于控制混凝土的收縮、減小水化熱具有很大的作用；水泥中C3A（鋁酸三鈣）含量小于8%；水泥細度宜小于3500cm2/g；水泥中游離氧化鈣、氧化鎂和三氧化硫應盡可能的少；水泥的堿含量（Na2O+0.658K2O）小于0.6%；；最小水泥用量不得小于300kg/m3，加入活性摻合料時，可適當降低?；炷恋哪z凝材料總量小于550kg/m3。

②粉煤灰：應選用Ⅱ級以上粉煤灰，燒失量小于3%，三氧化硫含量小于3%，需水量比小于100%；粉煤灰摻量為20%膠結材料總量。

③細骨料：選用含泥量小于1.5%的級配良好的中砂（河砂或人工砂），細度模數不宜小于2.6，同時應滿足《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》（JGJ52-92）。

④粗骨料：控制含泥量小于0.7%，且應進行級配優化，選擇最佳級配，堆積密度應大于1500kg/m3，對致密石子如石灰巖應大于1600kg/m3。骨料粒徑越大，纖維越容易受骨料排擠壓迫，單位體積內纖維含量增加，纖維容易互相糾結成球，纖維球又會造成骨料間分離。為了避免上述情形發生，必須選用粒徑較小的骨料。因此，粗骨料粒徑應≤20mm。

⑤外加劑：外加劑選擇與使用應滿足《混凝土外加劑應用技術規范》（GB50119-2003）。選擇各類外加劑時，應考慮外加劑對混凝土后期收縮的影響，盡量選擇后期收縮小的外加劑。

⑥水灰比：水灰（膠）比應適中。滿足混凝土和易性前提下，綜合考慮摻合料及外加劑等其他因素后，水灰（膠）比及用水量應取小值，混凝土水膠比控制在0.45以下。

⑦拌制水：用于拌制混凝土的水，其質量應符合《混凝土拌合用水標準》（JGJ63-89）。

⑧混凝土避免使用堿活性骨料，當使用堿活性骨料時，混凝土各組份（含外加劑）中的含堿量（Na2O+0.658K2O）不宜大于3kg/m3?；炷粮鹘M份（含外加劑）中的氯離子含量小于水泥重量的0.06%。

（2）聚丙烯混凝土施工。

①由于本工程對聚丙烯纖維混凝土質量要求很高，澆筑量大，且要保證連續澆注，因此選擇離施工現場近、交通便利、質量穩定的商品混凝土攪拌供。

②本工程聚丙烯纖維混凝土要求最大泵送長度80m，將采用HBT100高壓混凝土泵，其最大泵送混凝土壓力可達到16MPa，最大理論輸送距離垂直350m、水平1500mm。開始泵送時，混凝土處于慢速、勻速并隨時可反泵的狀態。泵送速度，先慢后快，逐步加速。同時，觀察混凝土泵的壓力和各系統的工作情況，待各系統運轉順利后，方可以正常速度進行泵送。

③泵送前，應先用適量的與混凝土內成分相同的水泥砂漿輸送管內壁。預計泵送間歇時間超過45min或混凝土出現離析現象時，應立即用壓力水或其他方法沖洗管內殘留的混凝土。

④從構件底部開始澆筑，澆筑前須先清理模板內垃圾，保持模內清潔、無積水?；炷翝仓r，振搗的方法應能充滿模板，達到流平、密實的程度，減少表面氣泡。

⑤混凝土振點應從中間開始向邊緣分布，且布棒均勻，層層搭扣，并應隨澆筑連續進行。振搗棒的插入深度要大于澆筑層厚度，插入下層混凝土中50-100mm，使澆筑的混凝土形成均勻密實的結構。

⑥聚丙烯纖維混凝土下料不宜太快，一般將混凝土攤鋪高出20mm-40mm后，用插入式振動器振搗后，再用平板振動器振動、搶平。

⑦一般采用一刮、二滾、三縱、四抹的方法，確?；炷疗秸取Ｕ駝影舻牟僮饕龅健翱觳迓巍?，以便更有效的排出混凝土中的氣體，使之更加密實；振動棒插點應均勻有序，插點間距宜為500mm左右，每點振搗時間宜為5s-15s左右，以混凝土面不再下降，表面出現浮漿為止。在柱、梁與板變截面結構宜分層澆筑。

⑧在纖維混凝土初凝前，必須對混凝土進行二次振搗，并對纖維混凝土表面拍打振實。收漿在聚丙烯纖維混凝土剛初凝開始，并在終凝前完成。

（3）聚丙烯混凝土的養護。在施工過程中，應根據當時天氣的冷熱狀況，風力大小等具體情況進行收漿，收漿過早或過晚，都有可能影響平整度或出現早期裂縫等。最后一次抹面應在剛初凝，并在終凝前完成，目的是將表面裂紋全部消除。混凝土凝固前應保持表面濕潤狀態，防止水分蒸發。在終凝后立即用塑料薄膜覆蓋養護。纖維混凝土澆水養護的時間不得少于14d，施工放樣后，也必須立即澆水并覆蓋養護。

3、施工效果

經上述施工后，現場檢查地下商場大廳、出入口結構梁板均未出現較大面積裂縫，混凝土試塊按標準養護28d送檢強度全部合格，實踐證明纖維混凝土具有抗裂性好、彎曲韌性優良、抗沖擊性能強的特性。

三、結束語

目前，在國內許多大型的混凝土工程中，為提高混凝土的抗裂性能都采用聚丙烯纖維混凝土。混凝土硬脆性能的缺陷，促成纖維在建筑混凝土的進一步應用，以此來改善工程的品質，增長建筑物的使用壽命。由此可見，隨著技術的發展，聚丙烯纖維混凝土將作為今后混凝土的一個發展方向，有廣泛的應用前景。

篇5

鋼纖維混凝土配合比設計的目的是將組成材料，即鋼纖維、水泥、水、粗細集料及外摻劑合理配合，使配制的鋼纖維混凝土能夠最大限度的滿足施工和工程使用要求。

(1)滿足公路橋梁抗壓強度和抗折強度要求，提高橋面的耐久性能；

(2)使配制的鋼纖維混凝土有較好的和易性，方便和滿足施工要求；

(3)充分發揮鋼纖維混凝土的特點，合理確定鋼纖維及水泥用量，最大限度地降低工程成本。

二、原材料質量要求

鋼纖維：表面應潔凈無銹無油，無粘結成團現象，保證鋼纖維與混凝土的粘結強度，尺寸和抗拉強度符合技術要求；單根鋼纖維絲的最低抗拉強度800N/㎜2，摻加量不超過70㎏/M3。

水泥：采用32.5級或42.5級普通硅酸鹽水泥。

碎石：應采用石質堅硬、清潔、不含風化顆粒、表面粗糙，近立方體顆粒的碎石。

細集料：宜采用天然中粗砂或機制砂。細集料的潔凈程度，天然砂以小于0.075㎜含量的百分比表示，機制砂以砂當量或亞甲藍值表示，其質量必須滿足規范的要求。

水：無污染的自然水或自來水。

外加劑：宜選用優質減水劑，對抗凍性有明確要求的鋼纖維混凝土宜選用引氣型減水劑。

三、鋼纖維混凝土配合比設計步驟

鋼纖維混凝土配合比設計與普通混凝土配合比設計一樣，一般采用計算法?？砂聪铝胁襟E進行：

（1）根據強度標準值或設計值及施工配置強度提高系數確定試配抗壓強度和抗折強度。

（2）按試配抗壓強度計算水灰比，一般應控制在0.45-0.50之間。可按普通水泥混凝土抗壓強度、水泥標號、水灰比的關系式求得。

（3）根據試驗抗折強度，按規定計算鋼纖維體積率。一般體積率選1.0～1.5%。

（4）根據施工要求通過試驗確定單位體積用水量(摻用外加劑時應考慮外加劑的影響)。

（5）根據試驗確定合理砂率(現場應根據材料品種，鋼纖維纖維體積率，水灰比等適當調整),一般應控制在1.1-1.6%之間.

（6）按體積法計算材料用量確定試驗配合比。

（7）按配合比進行拌和物性能檢測，調整確定施工配合比。

四、鋼纖維混凝土的拌和

(1)必須使用滾動式混凝土拌和設備。當鋼纖維體積率較高，拌和物稠度較大時，應對拌和量進行控制，一般應不超過設備拌和量的60%。

(2)注意拌和料的投放順序，一般按水泥、鋼纖維、細集料、粗集料、水的順序進行，先進行干拌后再加水濕拌，同時，鋼纖維應分2-3次投放，保證鋼纖維在拌和機內不結團，不彎曲或拆斷。

(3)應根據拌和物的粘聚性、均勻性及強度穩定性要求通過試拌確定合理的拌和時間。先干拌后濕拌，一般按干拌時間不少于80秒，濕拌時間不少于100秒（總拌和時間必須控制在300秒以內）。

五、鋼纖維混凝土的施工與養護

（1）清除垃圾，清潔橋面，灑水濕潤，澆灑水泥漿（水泥漿可按重量比水：水泥=1∶1配制）。

（2）檢查橋面鋪裝鋼筋網片擺放位置的正確性及鋼筋網片的搭接情況。

（3）鋼纖維混凝土卸料后應用人工攤鋪找平，振搗密實，振平板粗平（不宜使用振動梁拉動找平），振平板每次重疊1/2。

（4）用鋼管提漿滾滾動碾壓數遍，使用提漿滾滾平提漿，避免鋼纖維外露。

（5）使用3米長鋁合金方尺從鋼模板一側向外刮平（精平），每次刮平時方尺應交叉1/3以上。

（6）鋼纖維初凝后人工拉毛處理，使橋面粗糙。

（7）混凝土完成初期可噴灑養生劑，噴灑均勻，表面無色差，初凝后使用土工布覆蓋灑水養生，保持土工布濕潤。土工布覆蓋養生7天，灑水養生14天。

（8）如果橋面鋪裝鋼纖維混凝土為C60時，因混凝土標號較高，水泥凝固快，應集中設備、人員突擊施工，力爭使鋼纖維混凝土從拌和到精平完成的時間控制在4小時以內。

六、鋼纖維混凝土質量控制

（1）鋼纖維的質量檢驗

一是鋼纖維的長度偏差不應超過標準長度的10%，每批次至少隨機抽查10根以上；

二是鋼纖維的直徑或等效直徑合格率不得低于90%，可采取重量法檢驗，每批次抽檢100根，用天平稱量，卡尺測其長度，要求得到的等效平均值滿足規定；

三是鋼纖維的抗拉強度檢驗，要求其抗拉強度不低于380MPA；

四是鋼纖維的抗彎拆性能，鋼纖維應能經受直徑3㎜鋼棒彎拆90°不斷，每批次檢驗不少于10根；

五是雜質含量，鋼纖維表面不得有油污，不得鍍有有害物質或影響鋼纖維與混凝土粘接的雜質。

（2）原材料的檢驗

必須滿足上述原材料的質量控制標準，應按照公路工程施工技術規范的要求進行檢驗。

（3）鋼纖維混凝土的檢驗

應重點檢驗鋼纖維混凝土的和易性、塌落度和水灰比等，同時必須現場目檢鋼纖維在混凝土的分布情況，發現有鋼纖維結團現象應延長拌和時間。

七、注意事項

（1）由于鋼纖維混凝土拌和時對水灰比的控制有嚴格要求，不宜在陰雨天氣或風力較大的條件下進行施工。應選擇晴好天氣時進行，遇雨必須停止施工，并及時使用土工布覆蓋尚未硬化的混凝土橋面，必要時可搭建臨時施工防雨棚，在防雨棚下盡快完成剩余作業。

（2）根據氣溫、風力大小及時調整鋼纖維混凝土拌和用水量，保證混凝土的和易性，建議施工時間應安排在氣溫不高于22℃時進行。

（3）氣溫較高或大風條件下應及時調整養生劑的噴灑量，噴灑養生劑后應及時覆蓋土工布，混凝土初凝后立即在土工布上灑水濕潤，防止橋面混凝土發生收縮開裂。

（4）在通行條件下橋梁加寬使用鋼纖維混凝土橋面鋪裝時，除做好現場施工保通外，由于舊橋車輛通行振動對橋面鋼纖維混凝土的開裂有很影響，建議將新舊橋橋面間保留30㎝寬暫時不做鋪裝，待新格面鋪裝完全成型后補做。

八、結束語

鋼纖維混凝土可以較好地解決普通混凝土難以解決的裂縫、耐久性等問題，對提高橋面的使用質量，延長橋面的使用壽命十分有利。在公路舊橋加固改造、橋面修補、橋梁缺陷修復等方面的應用會更加廣泛。

[摘要]鋼纖維混凝土克服了普通混凝土抗拉強度低、極限延伸率小、脆性等缺點,具有優良的抗拉、抗彎、抗剪、阻裂、耐疲勞、高韌性等性能,通過在橋面鋪裝中的應用，總結了鋼纖維混凝土施工方法，技術要求及有關注意事項，為鋼纖維混凝土的推廣應用提供了經驗。

[關健詞]鋼纖維配合比設計質量控制

參考文獻:

[1]鋼纖維混凝土結構與施工規程.中國工程建筑標準化協會標準.

篇6

纖維瀝青混凝土配合比的確定至關重要，在配合比的設計階段應對材料進行取樣和分析，明確各熱料倉的材料配比。同時應根據測試數據對冷料倉的材料配比進行及時的調整，使供料平衡。

2施工技術

2．1纖維瀝青混凝土的拌制

2．1.1纖維的添加纖維瀝青混凝土的制作工藝主要是在瀝青混凝土的攪拌過程中添加纖維，在添加纖維的過程中需要兩名以上的員工在熱倉口人工添加。首先，按照拌合混合料的數量，準確的稱量纖維的使用量。在集料干拌開始投入適量的纖維，干拌30s，并在濕拌開始前，投放完畢，以保證纖維能夠均勻的混合在瀝青中。

2．1.2拌合溫度加入博尼維纖維之后，瀝青混凝土材料會出現溫度流失加快的現象，為了能夠保障施工溫度，需要對拌合溫度進行控制，在拌合時，瀝青混凝土的溫度應當控制在160到170℃之間，出廠溫度也應當控制在這一溫度之間，當瀝青混凝土的溫度超過正常溫度30℃時，應當廢棄。每輛料車在出廠時都應當對溫度進行檢測，可以將溫度計直接插入料車中，如此反復多次，使料車溫度始終控制在160℃到175℃之間，并對溫度進行調整。但是，不能對溫度進行大幅度的調整，會造成材料溫度的穩定性降低，在調節溫度時應當小幅度的調整，并且，并不能僅在剛開始混合時測量溫度，在拌合過程中也要對溫度加以控制。

2．2纖維瀝青混凝土的運輸

2．2.1裝料在裝料過程中，經常會出現瀝青混凝土粗細顆粒分離的現象，為減少這種情況的發生，通常采用縮短出料口與運輸車輛之間的距離，并且，每裝一斗料，車輛都要移動一次位置。

2．2.2運輸車輛的清潔運輸車輛的車廂應當經常清洗，時刻保持車廂內的清潔，嚴禁有其他泥沙或者殘留物殘留在車廂中，為避免瀝青混凝土與車廂粘連，可以在車廂中均勻的涂抹一定比例的食用油與洗滌劑混合液。

2．2.3運輸運輸車輛在運料的途中應盡量勻速行駛，避免突然剎車和加速，車輛的行駛路線要按照事前的計劃，不能隨意停留和修改路線，在瀝青混凝土卸料之后要對車廂進行及時的清理，防止殘料在車廂內硬結。

2．3瀝青混合料的攤鋪低溫條件對瀝青混凝土的攤鋪要求較高，需要高溫度和高粘度的混合料。由于鋪斷面較寬，在攤鋪的過程中必然會出現瀝青混合料的離析問題，因此在施工的過程中可以采用兩臺攤鋪機前后交錯使用的方法，同時還要注意路面的碾壓技術。低溫環境，且攤鋪的厚度較薄的情況下，應當對混合料的溫度進行控制，具體的施工溫度應當根據現場的施工環境進行調整。在攤鋪的過程中，應當保證工作的連續性，對攤鋪速度進行及時的調整，不能夠隨意的在攤鋪過程中停頓。

2．4瀝青纖維混合料的壓實

2．4.1在進行碾壓工作時要分清主次首先要進行輕碾，然后再進行重碾，而且對于碾壓的方向也有所要求，要由外向內碾壓，而且其碾壓速度要和攤鋪機的速度相協調，這樣才能保證碾壓的工作量。相鄰碾壓的距離一般都在1/3輪寬以上，1/2輪寬以下，壓路機的轉向幅度不宜過大，只能在35度角以內。經過初次碾壓的路面不能出現推移、開裂等現象，這不僅影響美觀，更降低了道路質量。而且，經過復壓的路面必須平整，避免出現輪痕。最終碾壓完成后，路面必須是完整的，而且平滑，甚至連路面的顏色都要求均勻一致。與此同時，道路施工還應處理好粘輪與水隔離的關系，為防止出現粘輪現象，可以適時的在膠輪上人工涂抹隔離劑，但是這一環節禁止柴油的使用。值得注意的是，在低溫環境下要減少水的用量，避免出現急劇降溫的現象。

2．4.2碾壓時還應注意將驅動輪面向攤鋪機在碾壓過程中不宜出現機械設備突然變向的情況，這樣會減少因方向改變而產生的路面推移。壓路機在啟動以及停止的時候都要緩慢進行，行動不宜太快，尤其要注意的是避免在已完成或正在碾壓的道路上進行急剎車，這樣就會提高路面的完工率。另外，在混合料接縫處要實行橫縫橫壓，冷熱搭接處也是如此。

2．4.3碾壓的長度要適當碾壓路程太短不易于出效果，相反，則容易出現溫差大幅度變化，這樣就造成路面的不平整，由此看來，碾壓長度必須控制在一定的范圍內，一般是30～50m。

3結束語

篇7

Abstract： Steel fiber reinforced concrete has characteristics of strong crack resistance， resistance to impact toughness and resistance to the fatigue limit. This paper describes the properties of steel fiber reinforced concrete material and the application of highway road surface and deck construction， which provides a theoretical basis and engineering practice for the application of steel fiber reinforced concrete material in road works.

關鍵詞： 公路路面；鋼纖維混凝土；路面修補

Key words： highway pavement；steel fiber concrete；pavement repair

中圖分類號：U41 文獻標識碼：A 文章編號：1006—4311（2012）28—0142—02

0 引言

隨著經濟的發展，路面的損壞程度隨著汽車運力和流動密度及載荷的增大而日益加劇。對于傳統的水泥路面的損壞，需要修補的費用高，工期長，容易影響交通和人們的需求。與普通混凝土材料相比，鋼纖維混凝土能夠明顯地改善路面的抗扭、抗剪、抗磨和抗裂的性能，可以增強斷裂韌性和抗沖擊性，顯著提高結構的疲勞性能以及耐久性能，在施工中等到廣泛的應用。

1 鋼纖維混凝土材料性質分析

鋼纖維混凝土就是按照一定的配比方法，依據公路的使用級別，將一定數量的體積比較小的鋼纖維復合材料摻配在一般普通混凝土中。根據根據已有的實驗結果，鋼纖維混凝土與普通混凝土相比，力學性能明顯提高，對普通路面的修補具有重要的額作用，能夠明顯的改善道路的使用功能，抗拉強度是普通路面的2倍左右，抗彎強度是2.5～3.5倍，抗沖擊強度的效果更為明顯，可達混凝土的5倍以上，甚至可達20倍之多，這種優越的性能在施工上已經得到廣泛的應用。

1.1 鋼纖維的類型 鋼纖維按材質可分為通碳鋼鋼纖維和不銹鋼鋼纖維，但是通碳鋼鋼纖維的用途最為廣泛；按外形分有長直形、壓痕形、波浪形、彎鉤形、大頭形、扭曲形等多種形狀；按截面形狀分有圓形、矩形和不規則形等；按生產工藝分有切斷型、剪切型、銑削型等類型；按道路的施工用途分為澆筑用鋼纖維和噴射用鋼纖維。

1.2 鋼纖維的特征參數 為實現鋼纖維的增強效果和滿足道路施工的要求，一般情況下，鋼纖維的特征參數為：鋼纖維長度為15～60mm，直徑或等效直徑為0.3～1.2mm，長徑比為30～100，纖維的體積摻t為0.5%～2%，在施工的用途上以滿足施工的要求為主，不能出現不符合系統的要求。

1.3 鋼纖維混凝土材料的性能指標 主要體現在強度和重量比值大，具有較高的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強度。抗拉強度提高25%～50%，抗彎強度提高40%～80%，抗剪強度提高50%～100%，這能夠明顯的體現系統的優越性能。

1.4 鋼纖維混凝土澆搗 鋼纖維混凝土澆搗質量的好與壞，將會影響鋼纖維混凝土的自身屬性，使其整體性和致密性下降，直接影響道路的使用性能。不同之處就是其流動性較差，在邊角處容易產生蜂窩，因此，鋼纖維混凝土澆搗可以采取不同的辦法來進行，邊角部分可先用搗棒搗實，然后用夯梁板來回找平，注意清除冒出路面的鋼纖維，和不符合路面要求的鋼纖維。

2 鋼纖維混凝土在舊路面修補工程中的應用

在這里，以施工的某二級公路水泥混凝土路面為例，在修補前，公路遭到損壞呈破碎、斷裂狀，現用鋼纖維混凝土進行修補路面，擬采用10cm厚，C30鋼纖維混凝土對路面進行修補。其施工處理的方法采用基層處理及路面澆注，鋼纖維混凝土攪拌鋼纖維的投人以及混凝土振搗的控制。

2.1 施工所需原材料

2.1.1 普通的435#硅酸鹽水泥；含泥量

2.1.2 鋼纖維混凝土的配合比設計。依據道路的施工要求，鋼纖維混凝土的配合比設計按照抗折強度和抗壓強度為主要指標進行設計。設計抗折強度7.3MPa、抗壓強度41MPa，配比方案經試驗確定，通過實驗之后選用合適的配比進行施工。

2.2 道路施工的工藝

篇8

【關鍵詞】 鋼纖維混凝土 性能 施工

鋼纖維混凝土之所以比普通混凝土的性能更好，主要是亂向分布的短鋼纖維能夠起到有效阻礙混凝土內部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，從而大大的改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊以及抗疲勞等性能，具有了較好的延性，發揮了其在各項工程中的作用。

一、鋼纖維的品種和特性

鋼纖維混凝土性能最重要的一個因素就是鋼纖維與基體的粘結性能是否良好。高強鋼絲切斷端鉤型纖維、鋼錠銑削端鉤型纖維、剪切異型纖維、低合金鋼熔抽型纖維，由于有很好的性能并且在國內已有工程經驗，所以將其列入規程。剪切直型、微扭型和波紋型，其優點是它的生產工藝簡單而成本相對較低，并由于表面不規則而有利于與基體粘結，故規程中仍保留。注意到低碳鋼板剪制的纖維，在基體開裂后其扭曲或波紋很容易拉直，其增強增韌效果與直形差別很小，故使用中可劃歸一類。

二、鋼纖維幾何參數和摻量范圍

在施工中如果是有特殊要求的，則鋼纖維不宜太長摻量也不宜太高；而對那些對韌性有較高要求的，則可以鋼纖維宜長些，摻量也高些。

有一點是要特別注意的：鋼纖維的長度應該能夠和基體混凝土所用骨料的粒徑相匹配，鋼纖維的長度應不小于骨料粒徑的1.5倍。骨料粒徑最好不要超過20mm，如果粒徑大于20mm 時應通過專門試驗確定鋼纖維的品種、尺寸和摻量。下表給出的是參考范圍，具體的應通過設計計算和纖維混凝土試驗確定。（表1）

三、鋼纖維混凝土的基本性能

1. 鋼纖維混凝土的力學性能

鋼纖維混凝土的纖維體積率在1%-2%之間，所以要比普通混凝土的抗拉強度提高50%-80%，而且抗彎強度和抗剪強度分別提高60%-110%和50%-100%，相對來講抗壓強度提高的幅度是最小的，通常都是在0-20%之間，但抗壓韌性的提高幅度卻較大。

2. 鋼纖維混凝土抗折、抗壓強度大

由于鋼纖維混凝土比普通混凝土的抗剪強度、劈拉強度、抗彎強度有很大的提高，所以鋼纖混凝土要比普通混凝土更適用于做市政道路的路面維修。

3. 降低變形性能

鋼纖維混凝土和混凝土相比韌性有了很大改善。在一般的纖維摻量下，彎曲沖擊韌性能夠給提高2 -4 倍，抗壓韌性能夠提高2 -7倍以上，而抗彎韌性甚至能夠提高幾十倍，極好的韌性性能使其變形大大降低。

4. 減薄面層厚度、加大縮縫間距

鋼纖維混凝土耐疲勞、強度高、抗沖擊等良好性能，使得在同樣使用條件下比普通混凝土，減薄鋪設厚度大概50%-60%。而且一般的縮縫間距是4m-6m 之間， 但如果滲入2%的鋼纖維后， 縮縫的間距就就會加大到30m 左右，這樣就大大減少了維修費用，另外還在很大程度上減輕了車輛通過縮縫時產生的振動。

5. 延長路面使用壽命

鋼纖維混凝土在道路路面的使用中，表現出很強的抗裂能力和變形能力，且有很好的抗凍融性能。以上優點都有利于延長處于重要地位的道路路面的使用壽命。

四、鋼纖維混凝土在道橋施工中的應用

1.路面修補

普通混凝土路面斷裂或者是破損了可以用鋼纖維混凝土進行局部的修補。在澆筑鋼纖維混凝土之前，應把破損或斷裂的舊混凝土板塊鑿除掉，并對局部的板底基層做適當的補強處理。

2.支護工程

由于鋼纖維混凝有良好的抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度，以及抗沖擊和抗開裂性能且能承受較大的壓力而保持一定的連續性和整體性，基于這些優點可以將其用于隧洞支護和山體護坡等工程中。

3.處于腐蝕環境中的構件

鋼纖維混凝土的一個主要優點就是抗腐蝕性比較強，所以可以把鋼纖混凝土使用在易腐蝕的環境中，例如：把它用作輸水管道的防蝕層或結構層，能有效降低輸水管道被腐蝕的時間利于延長管道的使用。

4.應力復雜部位

鋼纖維在混凝土中像各個方向的不均勻分布，使得其沿各個方向都有很強的韌性，除此之外鋼纖維在混凝土中的分布使其容易澆筑成型，這一優勢要比鋼筋更能適應一些復雜的結構形式。

5.橋梁與隧道工程

在橋梁表面或者隧道工程中使用鋼纖維混凝，能夠有效的減少橋面出現裂縫，從而增強了橋面的抗壓能力和防水能力，很大程度上降低了鋼筋銹蝕的速度并延長了使用的時間。

五、施工控制要點

施工質量是影響鋼纖維混凝土路面質量的一個重要因素，不容忽視。那么鋼纖維混凝土路面的整個施工過程，在滿足普通混凝土施工標準外還要注意以下問題：

1.設置鋼纖維分散裝置

如果將鋼纖維直接一次性的投入到攪拌機中，則非常容易出現結團現象，所以需要在攪拌機上安裝振動式鋼纖維分散機（功率1kW，分散能力40kg/min），能有效避免鋼纖維結團。當然這種也存在一定的弊端，就是會增加攪拌的時間，從而降低生產效率。

2.攪拌投料的順序和時間

攪拌投料的順序和時間都要嚴格按程序就行，通常按砂—鋼纖維—石子—水泥的順序投放到料斗中。遵照先干后濕的工藝進行，首先干拌1-2分鐘，然后再濕拌2-3分鐘，整體的攪拌時間控制在6分鐘之內不易過長，另外每次的攪拌量應保持在攪拌機容量的1/3 以下。

3.攤鋪與振搗

在澆注鋼纖維混凝土的時候應避免出現明顯的澆注接頭，在倒料的時候每次都要相壓20cm左右，這樣能夠保證鋼纖維混凝土的連續性。鋼纖維混凝土的路面通常都是以攤鋪機攤鋪為主，人工整平為輔。為保證鋼纖維的均勻分布，應使用平板振動器將其振搗成型。

4.抹面、壓紋

首先應把外露的鋼纖維壓入混凝土中，并在鋼纖維混凝土抹平的表面采用滾式壓紋機進行壓紋l-2mm，壓紋方向應沿路線橫斷面；其次在鋼纖維混凝土強度達到設計強度的50%時，用切割機進行切縫，切縫的深度為3cm，并和舊縫要對齊，并保持施工縫和脹縫或縮縫設計位置完全吻合。

結束語

總之，鋼纖維混凝土越來越廣泛的應用在路面、橋面和機場跑道等工程中，也日益得到了社會的好評和認可，這主要源于它有很好的抗彎強度、抗沖擊性、抗開裂性能等等，而更重要的是運用鋼纖維混凝土比用普通的混凝土早期強度高，實現了提前通車的目的，可以說鋼纖混凝土的廣泛應用取得了豐厚的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 曹桂蘭， 張慶杉. 淺談：鋼纖維混凝土在建筑施工中的應用[J]. 黑龍江科技信息， 2004，（09）

[2] 陳水根， 王憲法， 薛海友. 論鋼纖維混凝土在廠房建設中的應用[J]. 民營科技， 2007，（03）

篇9

關鍵詞：混凝土；聚丙烯長纖維；性能

中圖分類號： TV331 文獻標識碼： A

引言：建筑行業的發展，也加大了對建筑材料的研究。這是因為建筑材料是建筑結構的物質基礎?；炷敛牧弦蚱湓县S富、價格低廉等性能已經被建筑行業廣泛應用到建筑工程當中。伴隨著建筑業的發展，對混凝土材料也逐漸進行了改良。通過在混凝土中添加聚丙烯長纖維發現復合混凝土材料表現出優良的性能。推廣其應用到建筑行業中具有很大的意義。

1聚丙烯長纖維混凝土的特點及研究現狀

聚丙烯纖維多為長度在19到50毫米之間的單絲或網形狀的纖維。聚丙烯纖維無毒不溶于水，具有很好的彈性模量和抗拉強度。因此，經過簡單的改性處理其可以應用到很多領域當中。聚丙烯纖維的化學性質比較穩定，在混凝土當中，不與混凝土當中的其他材料發生化學反應，只需要通過改變混凝土的物理性能來改變混凝土的性能。同時，聚丙烯纖維對于混凝土的攪拌設備也沒有特殊的要求。在施工過程當中，只需要提高一下攪拌時間，就能使混凝土的粘聚性能增強。聚丙烯長纖維能夠抑制混凝土的塑性收縮引起的裂縫提高混凝土的抗裂能力。聚丙烯長纖維優良的不溶于水的性能,能在一定程度上提高混凝土的抗水能力。混凝土當中，加入一定量的聚丙烯纖維，同時能在一定程度上提高混凝土的抗凍能力和抗摩擦能力。自1985年開始 美國的軍事工程當中就開始使用了聚丙烯長纖維混凝土來保障混凝土的強度。經過不斷的研發改進，美國聚丙烯長纖維混凝土已經開始運用到了民用工程及地下防水工作當中。在我國，纖維混凝土是從玻璃纖維上演變而來。直到20世紀90年代初，我國才從外國進口有機聚丙烯長纖維運用于制備聚丙烯長纖維混凝土，才開始得到推廣運用到工程建筑中。

2聚丙烯長纖維混凝土的工作機理

2.1纖維間距理論

在1963年外國學者最初提出了纖維間距理論，這一理論是建立在彈性斷裂力學的基礎之上的。當材料結構不均性時，在受到外力作用的情況下，會出現裂縫，隨著壓力的增大，裂縫會逐漸變大，直到裂縫使材料的物理表面結構破壞。如果在材料當中加入了聚丙烯長纖維之后，纖維的存在會改變材料的結構，約束材料在外界壓力的條件下裂縫的形成。材料受到拉力之時，聚丙烯長纖維會產生反向應力場，降低裂縫處所受到的拉力，使材料的強度和韌性增強。同時纖維產生的反向應力場與纖維之間的距離和纖維的數量有一定的關系。聚丙烯長纖維之間的距離越短和聚丙烯長纖維的數量越多，這種作用力越大。

2.2復合材料理論

復合材料理論最初也是由外國專家先提出來的。這一理論主要是表明復合材料的混合率能夠把復合材料的性能視為各個部分之間性能之和。聚丙烯長纖維混凝土多為纖維及混凝土二種相結構，復合材料的性能就是把這些相結構的性能進行疊加。纖維的不同又可以把復合材料理論分為定向連續纖維復合材料混合定律和亂向非連續纖維復合材料混合定律。定向連續纖維復合材料是纖維在混凝土中均勻排列，并且與混凝土的荷載方向是一致的。亂向短纖維復合材料對其進行分析研究時，要考慮到纖維的亂向分布對反向應力場的影響與混凝土當中其他材料之間的影響。

2.3聚丙烯纖維的作用機理

首先要對混凝土早期微裂縫的形成機理進行簡單的敘述?；炷猎谠缙谛纬闪芽p多是在其硬化期間和承載期間產生的。混凝土在硬化期間產生的裂縫是比較復雜的，在這時期的裂縫也是后期能夠用肉眼看到巨大裂縫的開始。加入高彈性模量的聚丙烯長纖維能夠提高混凝土的彈性模量，依靠纖維與混凝土材料之間的作用力，能大大增大材料抗拉強度，降低材料表面的裂縫的形成。纖維加到混凝土當中，在混凝土硬化之間就能夠制止住微裂縫的形成。聚丙烯長纖維的低密度性，能使其加入到混凝土當中，減小混凝土當中孔隙的大小，增強混凝土的密實度,提高混凝土的耐久性。聚丙烯纖維經過特殊處理之后，能與混凝土當中其他的材料之間形成強的粘結力，能有效的抑制裂縫的產生。另外,聚丙烯長纖維均勻分布在混凝土中起到“承托”骨料的作用?？傊?，聚丙烯纖維通過其自身及與混凝土其他材料之間形成優良的作用保障了聚丙烯長纖維混凝土優異性能。

3聚丙烯長纖維混凝土性能研究

3.1聚丙烯長纖維混凝土拌合物性能研究

高性能混凝土中需要保障混凝土具有高的流動性、穩定性及易密性性能。這樣就能保障混凝土在攪拌下能與施工方法相適應。流動性是混凝土的一個主要指標。國內外主要是通過坍落度試驗對其性能進行研究。通過研究發現，隨著聚丙烯長纖維的添加量的增大，混凝土坍落度降低。當纖維添加量大于1.5kg/m3時，纖維對坍落度影響最大。因此，可以通過控制纖維的添加量來調控混凝土滿足工作性能的需要。混凝土的保水性主要是指在施工過程中保證混凝土有一定的保水能力，不致產生嚴重泌水現象。可以通過對混凝土測試其泌水率來測定其保水性。隨著聚丙烯長纖維量的增大，混凝土的泌水率有所降低，同時也能夠保障了混凝土的流動性。

3.2聚丙烯長纖維混凝土力學性能研究

混凝土的重要性能是力學性能，在實際應用中也是主要考察的性能?；炷恋目箟褐笜耸墙Y構設計中主要考慮的指標。因此，聚丙烯長纖維混凝土考察的性能指標也是抗壓強度?？梢酝ㄟ^研究聚丙烯纖維的增加量來研究混凝土的抗壓強度變化。改善混凝土抗拉、彎曲韌性、抗沖擊性能。因此，高性能聚丙烯纖維混凝土的抗拉強度、彎曲韌性和抗沖擊性能成為體現其優越性的主要性能。研究發現，在混凝土當中添加適量比例的聚丙烯纖維，能保障混凝土的這些優異性能。

3.3聚丙烯長纖維混凝土耐久性能研究

混凝土的耐久性是指混凝土在實際使用條件下抵抗各種破壞因素的作用，長期保持強度和外觀完整性的能力。其影響因素包含著物理因素和化學因素?；炷恋哪途眯詫嵸|上就是抵抗這種劣化作用的能力，產生劣化作用的內部潛在因素是混凝土中的化學成份,外部條件是環境中侵蝕介質和水的存在,必要條件是外部侵蝕性介質和水能逐漸浸入混凝土的內部?；炷林袚饺刖郾├w維, 減少混凝土的收縮裂縫,降低了混凝土的孔隙率,大大提高了混凝土的抗滲性能。聚丙烯纖維的添加阻礙了混凝土攪拌和成型過程中的內部空氣的溢出,使混凝土的含氣量增加, 有益于混凝土低溫環境下的強度增長和抗凍融耐久性的提高。

結論：

聚丙烯長纖維混凝土就是在原有混凝土成分的基礎上添加了聚丙烯纖維以使混凝土材料具有優越的性能。聚丙烯長纖維混凝土對改善建筑工程質量、提高建筑工程中混凝土的耐久性具有很高的成效。本文介紹了聚丙烯纖維增添對混凝土性能的影響,為高性能聚丙烯纖維混凝土在工程中的應用提供了有效價值。

參考文獻：

[1]劉旭晨,覃維祖等.環形約束試驗方法研究較凝材料體系對早期收縮開裂的影響[J].高強

高性能混凝土及其應用專題研討會論文集.福州.2002

篇10

1界面應力傳遞機理

采用數字光彈性實驗分析鋼纖維界面的殘余應力，總結鋼纖維在混凝土中的應力傳遞機理，為研究增強機理提供參考。

1.1直線形鋼纖維由圖1（a）可以看出在鋼纖維附近出現明顯的條紋，離著原理鋼纖維的距離的增加條紋的數量逐漸表少，表明應力逐漸表小，數字光彈法計得到的應力等色線級數3D分布可以看出遠離鋼纖維區域的級數逐漸表小并趨向于零，鋼纖維端的條紋級數最高，表現為紅色。

1.2端鉤形鋼纖維由圖2（a）可以看出在鋼纖維以及彎鉤附近出現明顯的條紋，離著原理鋼纖維的距離的增加條紋的數量逐漸表少，反應鋼纖維附近的應力較為集中，數字光彈法計得到的應力等色線級數3D分布可以看出鋼纖維端的條紋級數最高，表現為紅色，鋼纖維附近的應力變化較為突出，說明該位置的應力傳遞較快，傳遞的范圍較小。鉤形纖維在拔出時候消耗能量較大，纖維的抗拔能力較強，鋼纖維在形狀改變的位置較容易出現應力集中，讓該位置的混凝土出現脫粘、開裂，鋼纖維彎折形狀和角度的不同，應力集中程度也會發生變化。

2鋼纖維混凝土的增強機理

為研究鋼纖維混凝土的增強機理，本文從理論角度分析聚合物混凝土的力學模型，通過設計一定配合比的混凝土，加入不同體積率、長徑比鋼纖維以及在混凝土的排列情況，分析對混凝土的性能的影響。根據上述分析可知，長徑比是影響鋼纖維混凝土的重要因素之一，本文將對三維亂向分布的鋼纖維混凝土進行力學分析。當鋼纖維的長徑比為定值時，采用抗拔實驗得到的聚合物混凝土的力學性能如表1，隨著鋼纖維含量的增加，聚合物混凝土的力學性能都得較大的提高，這主要是由混凝土中鋼纖維讓混凝土的整體性增強，載荷分布更加均勻，減小了薄弱的截面上裂紋的出現，三維亂向分布的鋼纖維本身增強了混凝土的斷裂應變。在進行加載荷前期，鋼纖維聚合物混凝同承受荷載，能承受的荷載較大，隨著荷載的不斷增大到極限載荷，橫貫于裂紋中的界面粘結力繼續傳遞應力，使應力達到重新分布，混凝土能夠繼續承受荷載，載荷增加到破壞荷載的時候，鋼纖維與混凝土的界面破壞，鋼纖維被出或者拉斷，吸收了較大的能量。本實驗還對鋼纖維的含量一定時，研究不同長徑比的鋼纖維配制聚合物混凝土的力學性能。由表2可得，在相同的鋼纖維的摻量時，聚合物混凝土的力學強度與長徑比成正比。鋼纖維長徑比相差不大，混凝土的力學強度較為接近，長徑比增加到88時，力學強度增加較為顯著，當增加在100時，鋼纖維對混凝土的的增強效果下降，造成這種現象的原因是纖維的長度過長，施工中較為困難，達不到的理想的效果，在實際工程中，盡量控制鋼纖維長徑比在40~80之間。

3鋼纖維聚合物混凝土的界面應力有限元分析

在實驗的基礎上，本文通過MARC有限元軟件分析直線形和端鉤形鋼纖維界面殘余剪應力分布情況，在進行有限元建模時候，假定鋼纖維與混凝土的粘結完好，荷載作用在鋼纖維上，方向與鋼纖維軸向重合?；w彈性模量為1GPa，泊松比為0.4，鋼纖維的彈性模量210GPa，泊松比0.3。模擬實驗過程，直線形鋼纖維的荷載為0～35N，鉤形纖維荷載為0～40N。3.1直線形鋼纖維界面應力分析圖5（a）中鋼纖維的直徑為1mm并保持不變，當鋼纖維埋入聚合物混凝土的長度改變后，有限元模擬的界面應力具有相似的分布規律，界面應力極值在鋼纖維埋入端和埋入末端，界面應力最大值沒有隨著鋼纖維埋入長度的增加而發生很大的變化，但最大值的位置向鋼纖維中部移動。這表明鋼纖維在保持直徑不變的時候，纖維長度的改變對界面應力的影響不大。圖5（b）鋼纖維埋入長度為17mm并保持不變，改變鋼纖維的直徑，界面應力有限元數值模擬結果表明，鋼纖維直徑的增加，界面應力極值在鋼纖維埋入端，界面應力最大值沒有隨著直徑的改變而改變。彎鉤形鋼纖維界面應力分析圖6（a）中鋼纖維的直徑為1mm并保持不變，當彎鉤形鋼纖維埋入聚合物混凝土的長度改變后，有限元模擬的界面應力具有相似的分布規律，應力極值出現在鋼纖維埋入端和埋入末端彎折處，鋼纖維埋入長度的增加，界面應力最大值變化較小，表明鋼纖維直徑不變，纖維長度的改變對界面應力影響不大。圖6（b）中彎鉤形鋼纖維埋入長度為24mm并保持不變，改變鋼纖維的直徑，界面應力最大值沒有隨著直徑的改變而改變。表明鋼纖維埋入長度不變，鋼纖維直徑對界面應力影響不大。

4結論