纤维增强混凝土

增强作用
混凝土不仅抗拉强度低，而且因存在内部缺陷而 往往难于保证。当混凝土中加入适量的纤维后， 可使混凝土的抗拉强度、弯拉强度、抗剪强度及 疲劳强度等有一定的提高。
• 增韧作用
• 纤维混凝土在荷载作用下，即使混凝土发生开裂， 纤维还可横跨裂缝承受拉应力并可使混凝土具有 良好的韧性。韧性是表征材料抵抗变形性能的重 要指标，一般用混凝土的荷载—挠度曲线或拉应 力—应变曲线下的面积来表示的。
基本情况
• 水泥混泥土的特点
• 优点 就地取材、价格便宜 可塑性好、易于成型 抗压强度高、耐久性好
• 缺点 抗拉强度低、脆性大 受拉变形能力小、易开裂
由于对水泥混泥土缺点改善的需要，经材 料科学工作者的长期探索与研究，提出了 钢筋混凝土、预应力混凝土的二次的重大 突破，而后又提出了纤维增强混凝土，有 学者认为，这是继钢筋混凝土、预应力混 凝土之后的第三次的重大突破。
纤维增强混泥土
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一：介绍 二：基本情况和发展历史 三：分类 四：纤维增强混泥土的作用 五：几种主要的纤维混凝土 六：发展前景及需进一步解决的的问题
介绍
• 纤维混泥土又称为纤维增强混泥土，是以 水泥净浆、砂浆或混泥土作为基材，以非 连续的短纤维或连续的长纤维作为增强材 料，均匀的掺合在混泥土中而形成的一种 新型水泥复合材材料。
• 从纤维配置方式可以分为以下几种：
乱向纤维增强混泥土——玻璃纤维混凝土、石棉纤维混凝 土等 连续长纤维（或网布）增强混凝土——长碳纤维混凝土、 纤维增强树脂筋混凝土 连续长纤维和乱向短纤维复合增强混凝土 不同尺度不同性质的纤维增强混凝土
• 从纤维增强混凝土的性能可以分成以下几 种： 普通纤维混凝土——普通钢纤维混凝土、 玻璃纤维混凝土 高性能纤维增强混凝土——流浆钢纤维混 凝土、纤维增强活性细粒混凝土等 超高性能纤维增强混凝土——纤维增强高 致密水泥基均匀体系、纤维增强宏观无缺 陷水泥等
发展历史
• 公元前2500年左右，芬兰人曾用石棉纤维 增强陶瓷。 • 1910年H.F.Porter发表了关于短钢纤维增 强混泥土的第一篇论文。 • 1963年J.P.Romualdi等提出了纤维增强混 泥土的的阻裂机理“纤维间距理论”。才 使这种复合材料的发展有了突破性的进展。 • 20世纪70~80年代，钢纤维混凝土开始广泛 应用，有机纤维也开始在水泥砂浆和混凝 土中应用。其他纤维在水泥混凝土中的应 用也有较大进展。
纤维增强混泥土的作用
• 在混凝土中掺入均匀分布的纤维后，明显 提高混凝土的性能。纤维在混凝土中主要 起着以下三方面的作用： （1）阻裂作用 （2）增强作用 （3）增韧作用
阻裂作用：纤维可阻碍混凝土中微裂缝的产生
与扩展，这种阻裂作用既存在于混凝土的未硬化 的塑性阶段，也存在于混凝土的硬化阶段。 水泥基体在浇注后的24 h内抗拉强度低，若处于 约束状态，当其所含水分急剧蒸发时，极易生成 大量裂缝，此时，均匀分布于混凝土中的纤维可 承受因塑性收缩引起的拉应力，从而阻止或减少 裂缝的生成。 混凝土硬化后，若仍处于约束状态，因周围环境 温度与湿度的变化而使干缩引起的拉应力超过其 抗拉强度时，也极易生成大量裂缝，在此情况下 纤维仍可阻止或减少裂缝的生成。
抗冲击 抗冲击性能随着纤维掺量的增加而大幅度提高。此外， 与普通相比可提高2~9倍 强度 钢纤维混凝土具有受冲击裂而不碎的良好性能。
弹性 模量 耐疲 劳性 混凝土的弹性模量取决于混凝土集料的体积、种类、 钢纤维对混凝土的弹性模 以及配合比。钢纤维混凝土中的纤维占有的体积较小， 量无显著影响 一般对弹性模量影响不大。 钢纤维可显著改善混凝土的耐疲劳性 钢纤维混凝土受弯时的残 余强度仍可达到其静力抗
发展前景及需进一步解决的的问题
• 研究应用概况 研究和应用较多是钢纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯 腈纤维和碳纤维等配制的混凝土，其次是由玻璃 纤维、聚酰胺纤维及聚乙烯醇纤维等配制的混凝 土 • 发展趋势 根据我国工程建设发展的需要，在各工程领域更 多地应用性能优良、价格低廉的纤维混凝土是未 来的发展趋势 。
屋面瓦、 外壁面板、 复合外墙板、 天花板 沼气池、热水器、太阳能灶 壳体 模扳、 挡土墙、 水下管道 候车亭、 售货亭、 书报亭
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从外观上看，法国馆是一个网格交错的四方形建筑。建筑外表的白色混 凝土网格，使用的是一种叫玻璃纤维加强混凝土的新材料。 这种混凝土网格，不仅具有防风、抗震的效果，而且弯曲度、抗压能力 等属性也比一般的混凝土要好许多。除了对建筑结构有所加强之外，这层光 滑透薄的白色表皮还方便装饰，能够增强建筑物外墙的审美表现力。
分类
• 从材质上可以分成以下几种：
金属纤维——碳钢纤维、不锈钢纤维等 无机纤维——天然矿物纤维（石棉纤维） 人造纤维（抗碱玻璃纤维、 碳纤维、陶瓷 纤 维等） 有机纤维——植物纤维（木纤维、竹纤维） 合成有机纤维（聚丙烯纤维、芳纶纤维、尼 龙纤维、聚乙烯纤维、丙烯纤维等）
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从弹性模量可以分为以下几种：
为使我国纤维混凝土研究应用不断持续发 展，尚需进一步努力解决的几个问题：
1、进一步改进纤维产品生产技术和产品质量，淘汰技术落 后的产品，扩大生产规模，降低产品成本，开发高性能的 钢纤维和有机合成纤维，努力降低工程造价。 2、认真总结已有工程应用的经验、教训，改进施工方法和 施工机具，扩大纤维混凝土的工程应用范围。 3、加强理论基础和应用基础的研究。对于纤维混凝土的微 观机理，长期变形性能，耐久性等应加强研究，进一步完 善纤维混凝土结构设计理论和方法。
（7）混凝土的耐磨性、耐空蚀性、耐冲刷性、抗冻 融性和抗渗性有不同程度提高。 （8）特殊纤维配制的混凝土，其热学性能、电学性 能、耐久性能较普通混凝土也有变化。如碳纤维 混凝土导电性能显著提高，并具有一定“压阻效 应”；低熔点合成纤维配制的纤维混凝土在火灾 过程中，细微纤维熔化可降低混凝土的爆裂。 （9）使拌合料的工作性有所降低，因此在配合比设 计和拌合工艺上采取相应措施，使纤维在基体中 分散均匀，拌合料具有良好的工作性。 （10）提高混凝土的耐久性。 纤维混凝土的上述特性，并非所有纤维混凝土都 同时具有这些特性，纤维混凝土的特性与纤维品 种、纤维性能、纤维与混凝土界面间的粘结状况 以及基体混凝土的类别和强度等级等因素有关。
• 纤维混凝土的特性
（1）降低早期收缩裂缝，并可降低温度裂缝和长期 收缩裂缝。 （2）裂后抗变形性能明显改善，弯曲韧性提高几倍 到几十倍，极限应变有所提高。破坏时，基体裂 而不碎。 （3）高弹模的纤维对混凝土抗拉、抗折、 抗剪强 度提高明显，对于低弹模纤维变化幅度不大。 （4）弯曲疲劳和受压疲劳性能显著提高。 （5）具有优良的抗冲击、抗爆炸及抗侵彻性能。 （6）高弹模纤维用于钢筋混凝土和预应力混凝土构 件，可提高抗剪、抗冲切、局部受压和抗扭强度 并延缓裂缝出现，降低裂缝宽度，提高构件的裂 后刚度、延性。
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应用
公路、隧道、码头铺面、工业建筑地面、 刚性防水、结构复杂应力区、抗冲磨结构 等工程中得到了广泛应用。在桥梁工程和 隧道工程中的应用是卓有成效。
玻璃Байду номын сангаас维混凝土
• 玻璃纤维增强混凝土,是在混凝土基体中均匀分散一定比 例的特定玻璃纤维，使混凝土的韧性得到改善，抗弯性抗 压比得到提高的一种特种混凝土。 • 玻璃纤维的特性： 1 提高基体的抗拉强度; 2 阻止基体中原有微裂缝的扩展并延缓新裂缝的产生; 3 提高基体的变形性能从而改善基体的韧性与抗冲击性。 • 应用： 建筑工程: 农业工程: 土木工程: 市政工程:
高弹性纤维,指弹性模量高于水泥基材者——钢纤维、石 棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、改性聚乙烯醇纤维、芳基聚 酰亚胺纤维等
低弹模纤维，指弹性模量低于水泥基材者——聚 丙烯纤 维、聚乙烯纤维和绝大多数植物纤维等
• 从纤维长度可以分为以下几种：
非连续性的短纤维——钢纤维、短切聚丙烯醇纤维等 连续长纤维——玻璃纤维网格布、连续的玻璃纤维无捻粗 纱、聚丙烯原纤化薄膜等
钢纤维混凝土
• 在普通混凝土中掺入适量的钢纤维配制而 成的混凝土，成为钢纤维混凝土。
• 钢纤维混凝土种类 分属有钢纤维普通混凝土、钢纤维高强高 性能混凝土、钢纤维膨胀混凝土、钢纤维 耐火混凝土、钢纤维碾压混凝土、层布钢 纤维混凝土及钢纤维喷射混凝土等
钢纤维混凝土力学性能
抗拉 强度 抗弯 强度 抗压 强度 韧性 与普通混凝土相比 钢纤维混凝土的抗拉强度随着纤维掺量的增加而提高 提高30%~50% 当钢纤维的体积掺率不超过0.5时钢纤维混凝土达到 初裂荷载后，其承载能力下降 钢纤维混凝土在不同纤维体积掺率下的抗压强度不同 钢纤维混凝土在受拉和受弯过程中已多处出现裂缝， 但仍具有相当高的变形能力 钢纤维掺量合适时，可提 高50%~100% 钢纤维混凝土的抗压强度 提高15%~25% 其韧性可达到普通混凝土 的10~50倍