浅谈纤维混凝土的性能和现状

浅谈纤维混凝土的性能和现状

【摘要】随着现代社会的发展，混凝土用量的增加，为满足混凝土耐久性、韧性的要求，各国开始了对纤维混凝土的研究和发展。本文对比了纤维混凝土和普通混凝土之间的特性，并对纤维混凝土的研究现状进行了分析和总结。

【关键字】普通混凝土 纤维混凝土 研究现状

引言

自从19世纪前期混凝土诞生以来，由于其原料来源广，成本低，生产简单且抗压性能较好等原因，使得普通混凝土得以迅速发展，目前已成为全世界用量最广的人工材料，并且在未来相当长的时间内也很难有其他材料取代它。然而由于混凝土是一种多孔脆性材料，因此在现代社会向高层、大跨度建筑发展的过程中，普通混凝土的弊端逐渐显现出来，从而限制了其使用的范围。

1.普通混凝土

普通混凝土是水泥、水和骨料等原材料经搅拌后入模浇筑，并经养护硬化后做成的人工石材，其具有以下缺点：

(1)普通混凝土虽抗压强度较高，但抗拉强度较低，约为抗压强度的1/10左右，因此普通混凝土构件仅适用于受压部位；尽管近代预应力混凝土的发展，但是仍未改变其本身性质，预应力混凝土在正常使用情况下，仍会出现开裂现象。

(2)由于普通混凝土的开裂，使得空气和水蒸气进入混凝土，加快了内部钢筋的腐蚀，所以导致普通混凝土构件耐久性较差。

(3)普通混凝土是脆性材料，其冲击韧性和变形能力较差，导致抗震性能差，脆性断裂不仅使得材料性能不能得到充分发挥，而且还易造成工程事故。

(4)普通混凝土由于其密度较大，导致混凝土构件一般自重较大，构件尺寸较大，加大了钢筋的用量，也限制了混凝土向高层、大跨建筑的发展。

(5)普通混凝土是多孔材料，因此其渗透性较大，从而导致其抗冻性和耐久性明显降低。

因此由于混凝土的以上缺点，使得混凝土结构需要大量的维修费用，其维修费用有时甚至可能超过其建造费用，特别是处于潮湿环境下的构件，其使用寿命更是远远短于预计设计的寿命。有些混凝土建筑仅仅修建了几年后就需进行不断

的维修，其造成的经济损失巨大，因此对混凝土耐久性的研究不仅仅关乎构件的经济性和适用性，更是业界人士的共同话题。

另一方面，现代社会随着人口的急剧增加，人类为了节省生存空间，开始向空间、地下、海洋、高层、大跨等方向多维发展，对构件物的耐久性也提出了更高的要求，因此急需一种新型的混凝土替代普通混凝土，纤维混凝土在此种情况下应运而生。

2.纤维混凝土

纤维混凝土是指在普通混凝土中加入短纤维所形成的复合材料。其实纤维的加入并未改变混凝土中各种材料的本身的性能，它是通过改变混凝土内部构造从而改善混凝土的众多性能。其主要特点如下：

(1)由于纤维能细化混凝土的细微结构，使得混凝土在受力开裂时纤维能与混凝土共同承担荷载，改善了混凝土的脆性，使得混凝土在开裂后仍能够承受荷载，从而能进行有效的预测，减少了因脆断所造成的工程事故；

(2)混凝土开裂后，纤维作为外荷载的主要承担者，避免了混凝土的继续开裂，增加了混凝土的抗裂性，减小了混凝土的收缩性；

(3)纤维的加入增强了混凝土的韧性，提高了混凝土的抗拉性能，改善了混凝土的渗透性和抗冻性，使得混凝土在潮湿环境下应用时的耐久性得到提高；

(4)有效改善了混凝土的抗冲击性、抗疲劳能力和抗震性能，使得结构向高层、大跨度方向发展成为可能。

3.纤维混凝土的研究现状

最初发展的纤维混凝土主要有钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土和碳纤维混凝土，后来由于石油事业的发展使得合成纤维混凝土也得以问世，因合成纤维材料来源广、成本低等原因，使得合成纤维混凝土也得到迅速的发展。普通混凝土中的纤维现在主要使用的有钢纤维、玻璃纤维、碳纤维和合成纤维聚丙烯纤维，其中钢纤维因其与水泥的亲和性好，能明显改善混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、抗冻、抗冲击、抗疲劳等性能，从而使得其研究应用最广，并且在同等强度条件下，钢纤维的加入还可以减小混凝土的厚度，减少混凝土的用量，从而降低其工程造价。然而钢纤维价格较贵，且设计配比时较复杂，并且施工起来相当麻烦，另外钢纤维密度较大，增加了构件的自重，加上钢纤维自身容易腐蚀，这些因素使得钢纤维在广泛推广中受到了阻碍。

对于纤维混凝土的理论研究，现行比较权威的两种理论为复合理论和纤维间距理论，但两种理论都不完善，其中复合理论未考虑纤维复合的耦合效应，纤维间距理论未

考虑纤维自身的耦合作用。其中复合理论认为水泥材料是基相，而纤维是分散相，材料

力学混合定理认为加分散相后会使得基相的性能得到改善，即复合材料的性能是基相性能和分散相性能的加权和，该理论认为纤维和混凝土间靠粘结力作用在一起，当结构受外界力开裂时，在裂缝处的钢纤维会产生与开裂方向相反的力，从而阻止了混凝土的继续开裂，提高了混凝土的抗裂性。

4.结语

纤维混凝土具有许多普通混凝土不具有的优点，特别是对混凝土的抗冲击性和抗疲劳性改善明显，使得纤维混凝土能应用于承受重复荷载的桥梁、路面、吊车梁等工程和承受风荷载、波浪荷载等作用的结构，如高层建筑、海洋平台、大跨度桥梁等，纤维混凝土的发展使得建筑工程向着更高、更大、更远方向发展成为了可能，并能提高建筑物的耐久性，满足人们对建筑物工程质量的要求。

【参考文献】

[1]李国明.钢纤维混凝土的性能研究与应用实例[J].水泥与混凝土，2005，6.

[2]王辉. 钢纤维混凝土的性能研究与应用[J].科技向导，2010，7.

[3]蒋应军.钢纤维混凝土性能与施工工艺研究[J].混凝土，2008，8.