纤维混凝土_Ductal

一种高性能纤维增强水泥基复合材料—

Ductal®

目录

一、Ductal®是什么

二、Ductal®的性能

三、为什么Ductal®具有如此优异的性能

四、Engineered Cementitious Composites

五、Ductal®的工程应用

六、Ductal®与可持续性建筑

一、Ductal®是什么？

拉法基：

“Ductal®是一种无配筋的新型绿色结构建筑材料。其抗压强度是普通混凝土的6－8倍，抗折强度是普通混凝土的10倍，耐久性是标准指标的100倍，能在过载情况下，变形但不断裂。同时具有超高质量表面，隔热性能优良，是结构建筑的绝佳材料，尤其在桥梁上使用，更能比普通钢混桥梁节约35％的原材料，降低53％的二氧化碳排放。”

事实上，Ductal®是高性能纤维增强水泥基复合材料（High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites）的一种。与其它的纤维增强复合材料相比，它的强度更高。与普通的纤维增强混凝土（Fiber Reinforced Concrete）相比，高性能纤维增强水泥基复合材料都具有更优异的抗弯韧性（tensile ductility）。下表1是常见的几种高性能纤维增强水泥基复合材料。

Ductal®的主要特点：

1) 韧性

Ductal®在承受持续的弯曲应力或拉伸力时不会突然断裂。其关键在于极大地改善其基材材料的性能，基材设计结构为纤维的网状组织，以及控制纤维－基体材料的良好界面。

由于其韧性优异，使用Ductal®后，建筑施工条件可以极大改善，施工时间可以大量节省。此外，Ductal®流动性好，可以使用普通工具施工，浇注更便利。

2) 耐久性

Ductal®是一种几乎不渗透的材料，碳化的危险以及氯化物与硫酸盐渗透的危险几乎不存在，因而具有很强的耐酸性。至于耐磨性，Ductal®可以与岩石类的材料媲美。Ductal®无需任何进一步处理加工便能呈现极佳的外观，能加工制作成任意形状和颜色的制品。建筑师与工程师可以使用这种材料设计和建造更轻巧、舒展的创新建筑物。

3) 经济性

降低建筑物的造价是历史潮流。用Ductal®建筑结构时的混凝土用量是传统混凝土结构用量的1／2到1／3，而且可以取消钢筋。这两项可以使建筑工程总造价大幅度降低：基础尺寸减小、施工组织和供应更方便、工期缩短、日后维修减少。总之，尽管原材料价格高于传统混凝土，但由于提高了技术含量，Ductal提高了从供应商、建筑商到最终客户这一产业链经济效益的附加值。

表1 几种高性能纤维增强水泥基复合材料

二、Ductal®的性能

图2 相同承载能力下不同材料截面对比

（从左至右依次为Ductal®、钢、预应力混凝土、钢筋混凝土）掺钢纤维Ductal®的力学性能

掺有机纤维Ductal®的力学性能

Ductal®的其它性能

三、为什么Ductal®具有如此优异的性能

普通配比-即使掺入纤维也无法充分发挥作用 Ductal-更密实的结构，保

证纤维能够发挥作用

图3 普通混凝土和Ductal微观结构对比

Ductal®优异性能的来源是其优化的微观结构，使得各组分性能得以充分发挥。

四、Engineered Cementitious Composites

这里再介绍一种高性能纤维增强水泥基复合材料-工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites)。Engineered Cementitious Composites （ECC）被称为是可以弯曲的混凝土。其抗拉应变能达到5%，如下图所示。造成它弯曲韧性优异的原因是纤维能够最大限度的发挥作用，在抗拉试验中看的很清楚，不同于普通混凝土的脆性断裂，ECC的破坏的渐进式的，出现很多微小裂缝。

图4 ECC抗拉应力应变曲线

图5 ECC的多裂缝（Multi-cracking）现象

图6 ECC的四点抗弯试验

五、Ductal®的工程应用

1、拉法基的超绿色建筑（Hypergreen）

在建筑设计师Jacques Ferrier的努力下，Hypergreen项目已初现曙光。这座高246米的生态大楼完全符合“可持续发展建筑”的标准：环保型材料、可升级的建筑技术、对环境的日常尊重。这座多用途建筑的实用楼面空间超过了94000平方米，可用作店面、办公室、公寓、绿地、休闲区和停车场。

超绿色建筑详细内容见附件。

2、Ductal®制作的世界上首例大跨度屋顶

2001年美国伊利诺伊州一座高炉使用了Ductal®作为大跨度屋顶。Ductal®同时满足了强度、耐久性、韧性以及美观的要求。抗压强度高达220MPa，抗弯强度达到50MPa。该高炉直径18m，Ductal®用来制作了24块厚度12.7mm 的薄肋板。现场还有另外两座高炉使用的钢结构屋顶。

相对于钢屋架，Ductal®屋面板施工快捷，仅用11天，比钢屋架的35天节省三分之一还多。因为安装方便，使用人力少，施工更安全。Ductal的韧性比普通混凝土好很多。抗弯和抗拉承载力更大，即使在首裂缝出现之后依然有相当的承载力。

3、建筑外墙面层板

4、车站声屏障板

上面方孔尺寸为15mmx15mm，板尺寸为2.3mx1.9mx20mm）

5、Shawnessy车站顶棚

外观

三维尺寸

浇筑成型

各构件预制

吊装

雪荷载、抗风揭测试

6、桥梁

韩国首尔的The Peace Footbridge，2002年建成。130m的拱桥完全由Ductal®建成，中间没有支撑，厚度只有3cm。

Peace Footbridge外观