关于纤维混凝土应用现状

对纤维混凝土的认识

大家好！

2011年1月12/13日参加了一个由中国勘察设计协会主办的纤维混凝土发展和应用技术研讨会。由交通运输部公路科学研究院研究员付智主讲“玄武岩纤维产品标准和应用技术”、北京工业大学教授邓宗才主讲“纤维混凝土工程应用”、清华大学教授张军主讲“基于性能要求的纤维混凝土设计方法及高性能纤维混凝土新进展”、空军工程设计研究局高工王章水主讲“纤维混凝土现状与发展前景”、安徽皖维高新材料股份有限公司副总工程师高祖安主讲“混凝土用改性高强高模聚乙烯醇（PVA）纤维的开发与应用”。各位老师研究的内容不同，各自的论点亦有差异。

纤维混凝土在以往我们所从事的建筑结构工程设计中很少用到，听取几位老师的报告后，对纤维混凝土的应用有了一些基本认识。因为老师作报告的内容和会议发给的资料不完全一致，我就将听报告的记忆内容结合手头资料及会下咨询的问题做如下粗浅的会后心得。

1 基本概念

纤维混凝土一般是相对于素混凝土而言，纤维砂浆是相对于一般砂浆而言，是一种新型的复合材料。关于在建筑结构工程钢筋混凝土结构中的应用讲得很少，但也有应用。

目前研究和应用较多的是钢纤维、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维等配置的混凝土，其次是碳纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维等配置的混凝土。各种纤维有其力学指标（如：强度、弹性模量等），对规格也有要求（如粗细、长度、端部的弯折、表面处理等）。纤维混凝土的配比及施工工艺较一般混凝土也有一定的差异（和纤维的品种有关）。

注：曾有一位老师提到：在做玻璃纤维混凝土的跟踪实验过程中，3年后，玻璃纤维减少了，他讲：玻璃纤维在混凝土的弱碱环境下可能被腐蚀。这只是一家言，在课堂上口头讲的。

2 纤维混凝土特性

混凝土掺入适量的纤维，能改善混凝土的缺陷（如：抗拉强度低、韧性差、易开裂等）。视工程特点也可降低混凝土用量，减少结构自重。

1) 目前主要研究的纤维分类

●按纤维材质分：金属纤维—碳钢纤维、不锈钢纤维、钢棉等。

无机纤维—玻璃纤维、碳纤维玄武岩纤维等。

有机纤维—聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维等，

这些均为合成纤维。

天然纤维：如纤维素纤维、麻纤维等。

●按纤维弹性模量分：

高弹性模量纤维—弹性模量高于水泥基体的纤维，如钢纤

维、玄武岩纤维等。

高弹性模量纤维—弹性模量低于水泥基体的纤维，如聚丙

烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维

等。

2) 纤维在混凝土中的作用：主要是解决混凝土的耐久性问题。

●阻裂作用：纤维在混凝土基体中可明显降低早起收缩裂缝。纤维混凝土开裂

后，抵抗变形性能明显改善。

●增加强度：可使混凝土的抗拉强度、弯拉强度、抗剪强度及疲劳强度有一定

提高。对于低弹模量的纤维混凝土变化幅度不大。

●增强韧性作用。

3) 纤维混凝土的优缺点

●优点：抗裂性能提高，抗拉强度提高，弯拉强度提高；

抗超载能力强（裂而不开）；

抗冲击韧性高，抗疲劳强度提高；

●缺点：由于纤维表面积大，蓄水强，造成混凝土坍落度降低，拌和性差，势

必增大水灰比，所以必要时添加速效减水剂。

3 目前纤维混凝土的应用领域

目前纤维混凝土广泛应用在高速公路、桥梁路面、隧道、码头铺面、机场道面、国防工程、水利工程（如大坝）、工业建筑地面、刚性防水、修复工程（如水池类结构裂缝渗水修复、坝体及挡墙修复）、建筑墙面（如墙体保温板）等。也可用于结构复杂应力区、抗冲磨结构。在抗爆结构及抗震结构（如连梁，利用纤维混凝土的变形吸收地震能量）中亦有应用。

在以增强混凝土耐久性为目的工程，目前钢纤维混凝土用的较广泛。对强度及耐冲击韧性要求不高而仅对变形能力有所改善为目的，则合成纤维（低弹模）混凝土就可达到目的。

如：隧道工程，在爆破开挖形成隧道后，隧道表面的岩体凹凸不平，以往做法是挂钢筋网浇筑混凝土保护，施工难度大。现在可以直接喷射钢纤维混凝土，施工方便质量好，然后再进行下一道工序（如做防水层，永久支护结构等）。

如：桥梁路面，桥梁结构为箱型钢梁，上面铺设混凝土路面，路面荷载大，行车频率高、存在温度变形，易出现裂缝，并且存在弯曲拉应力及疲劳问题。采用钢纤维混凝土或玄武岩纤维混凝土对其耐久性有很大改善。

4 纤维混凝土在我们工程中应用的讨论

在我们从事的工程设计中，可能也会遇到适宜采用纤维混凝土解决的问题，如旧设施的利用（如修复水池），荷载大的工业地面等。因目前可操作的相关规范不多，虽然有纤维材料标准、钢纤维混凝土施工规程等，但要使纤维混凝土（包括纤维砂浆）达到预期的效果，涉及到多种因素。如纤维的选型（并非强度越高越好，应基于性能要求设计选材）、投料顺序、和结构本体表面的结合层（如修复表面）等。因为此类复合材料还在发展阶段，建议咨询专家，由针对性能要求的实验数据及厂家的材料性能作支持。