纖維混凝土在市政工程中的應(yīng)用探討

　　摘　要：簡要介紹了纖維混凝土的特點、種類，論述了纖維混凝土的工作機(jī)理，分析了影響纖維混凝土工作性能的關(guān)鍵因素，探討了纖維混凝土在市政工程中應(yīng)用的前景。

　　關(guān)鍵詞：纖維混凝土；工作機(jī)理；工程應(yīng)用

　　0 　前言

　　混凝土具有價格低廉、易于成型、施工方便、就地取材范圍廣、耐久性能良好的優(yōu)點，目前已經(jīng)成為世界上用量最大、使用范圍最廣的建筑材料之一。僅在我國每年混凝土的用量就高達(dá)10億m3 ?？梢灶A(yù)測在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，混凝土仍然是建筑工程中最主要的建筑材料。在市政工程建設(shè)當(dāng)中，混凝土的工程應(yīng)用比重更是如此[1] 。但是，混凝土本身也存在一些致命的缺點，這就是自重較大、抗拉強(qiáng)度低、極限拉伸應(yīng)變小、抗沖擊強(qiáng)度低等。尤其是當(dāng)混凝土澆注之后暴露在溫差大、濕度低等自然條件下，混凝土就會由于溫度梯度、濕度梯度、化學(xué)反應(yīng)的因素產(chǎn)生收縮。當(dāng)這些收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力與拉應(yīng)變超過混凝土的抗拉強(qiáng)度或極限應(yīng)變時，混凝土就會產(chǎn)生微裂縫。這些微裂縫在外部作用的影響下，會逐漸積累并進(jìn)一步擴(kuò)展成為裂縫，裂縫最終有可能貫穿整個混凝土構(gòu)件。

　　為了改善混凝土的這一缺點，工程技術(shù)人員和材料研究人員進(jìn)行了長期的探索研究，在各種混凝土的改進(jìn)技術(shù)中，纖維混凝土的開發(fā)研究是近幾年來混凝土技術(shù)發(fā)展較快的技術(shù)之一。

　　1 　纖維混凝土的種類

　　纖維混凝土是以水泥、水、骨料、外加劑為基體，以金屬纖維、合成纖維作為增強(qiáng)材料而組成的具有復(fù)合材料工作性能的新型混凝土。纖維材料從早期的短鋼絲發(fā)展到目前的玻璃纖維、塑料纖維、碳纖維等各種纖維材料。

　　1．1 　鋼纖維混凝土

　　鋼纖維混凝土是一種性能優(yōu)良的新型建筑材料，也是最早應(yīng)用于混凝土中的復(fù)合材料。它能夠顯著提高混凝土的抗拉、抗剪、抗折強(qiáng)度和抗裂、抗沖擊、抗疲勞、抗震抗爆等性能。

　　早期混凝土工程中采用的鋼纖維主要品種有：用細(xì)鋼絲切斷生產(chǎn)的圓直型鋼纖維，用熔抽法生產(chǎn)的鋼纖維，用薄鋼板剪切生產(chǎn)的平直型或扭曲型鋼纖維。隨著鋼纖維生產(chǎn)和鋼纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，人們對鋼纖維性能的認(rèn)識不斷深入。根據(jù)試驗研究和工程應(yīng)用實際情況，鋼絲切斷圓直型纖維與基體的粘結(jié)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(yán)重降低了纖維與基體的粘結(jié)性能。因而這幾種類型的鋼纖維在工程應(yīng)用中被逐漸淘汰。相應(yīng)的高強(qiáng)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(qiáng)了與混凝土基體的粘結(jié)力，對混凝土的阻裂、增強(qiáng)、增韌效果顯著，在工程中逐漸得以廣泛應(yīng)用。

　　1．2 　合成纖維混凝土

　　合成纖維混凝土是近幾年來發(fā)展較快的工程復(fù)合材料。工程中目前常用的纖維品種有聚丙烯晴纖維、聚丙烯纖維、改性聚酯纖維、聚氨酯纖維等。在眾多的合成纖維中，以聚丙烯纖維應(yīng)用最為廣泛。

　　2 　纖維混凝土的工作機(jī)理

　　纖維混凝土的工作機(jī)理類似于復(fù)合材料機(jī)理。復(fù)合力學(xué)原理是基于線彈性、均質(zhì)順向連續(xù)配置的纖維而形成的復(fù)合材料。當(dāng)混凝土中加入適量的纖維之后，水泥漿體作為砂、石等骨料的膠凝材料，同時握裹了大量的纖維。正是這些均勻分散的纖維相互搭聯(lián)形成了散亂分布的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起到了承托骨料的作用，從而有效減少了骨料的離析，減少了泌水，提高了粘結(jié)性及保水性，從而在一定程度上提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度和韌性。

　　3 　影響纖維混凝土工作性能的關(guān)鍵因素

　　(1) 混亂不定向均勻分布：纖維在混凝土中能否混亂不定向均勻分布，是關(guān)系到纖維混凝土能否達(dá)到預(yù)期性能的關(guān)鍵。如果在混凝土攪拌過程中，無法使纖維均勻散亂分布，往往會造成纖維的分層、結(jié)球，無法使混凝土形成纖維復(fù)合材料的工作機(jī)理，從而也無法提高混凝土的工作性能。

　　(2) 纖維與混凝土的握裹力：大量的試驗結(jié)果表明，纖維混凝土破壞時，在混凝土破壞面上的纖維往往是被拔出的，而被拉斷的纖維很少見到。因而增強(qiáng)纖維與混凝土的握裹力對提高混凝土的抗拉強(qiáng)度相當(dāng)重要。

　　對于鋼纖維混凝土而言，增強(qiáng)其與混凝土的握裹力主要是采取異型斷面纖維，比較常見的鋼纖維就是高強(qiáng)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，這類纖維增強(qiáng)了與混凝土基體的粘結(jié)力，對混凝土的阻裂、增強(qiáng)、增韌效果顯著。

　　對于合成纖維混凝土而言，增強(qiáng)其與混凝土的握裹力同樣如此，主要是對纖維的表面進(jìn)行處理，如接枝極性基因(使纖維與水泥基體間形成化學(xué)鍵連接) 、堿蝕表面粗糙化處理等，以增強(qiáng)與混凝土基體的粘結(jié)力。

　　(3) 合適的纖維摻量：在纖維混凝土中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計預(yù)期的目的來決定纖維的實際摻量。在工程應(yīng)用中，纖維的摻量還與混凝土的具體配合比、骨料和其它外加劑有關(guān)。對于鋼纖維混凝土而言，當(dāng)鋼纖維的摻入量低于一定程度時，就不能達(dá)到增強(qiáng)的作用。對于不同品種的鋼纖維，一般其摻入量不能小于混凝土體積的0.5%。同時，當(dāng)鋼纖維的摻入量超過混凝土體積的2%以上時，由于拌合性能較差，施工質(zhì)量往往無法保證。

　　對于合成纖維混凝土而言，一般情況下纖維的摻入量應(yīng)達(dá)到0.7～0.9kg/ m3。

　　4 　纖維混凝土在市政工程中的應(yīng)用方向

　　市政工程混凝土用量量多面廣，我國目前又處于大規(guī)模建設(shè)市政工程建設(shè)的高潮時期，因而纖維混凝土的應(yīng)用前景非常廣泛。針對不同的工程特點，纖維混凝土的選擇應(yīng)當(dāng)有所側(cè)重。一般而言，對抗裂、抗疲勞、抗沖擊要求高的工程，采用鋼纖維混凝土具有比較高的性價比。同時，對于隧道工程中的噴射混凝土、預(yù)制混凝土樁端、抗震要求比較高的框架節(jié)點，往往多采用鋼纖維混凝土。為防止地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂而產(chǎn)生的滲漏問題，往往采用合成纖維混凝土。此外，對于建筑物的內(nèi)外粉刷層，應(yīng)采用合成纖維砂漿，對防止龜裂能夠起到明顯的改善作用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]薛偉辰，姚武. 先進(jìn)纖維混凝土[M] . 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2004.