纖維混凝土研究應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

纖維混凝土是一種新型的復(fù)合材料，是當(dāng)代混凝土改性研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，近年來(lái)，以鋼纖維、合成纖維、碳纖維及玻璃纖維為代表的纖維，在混凝土中應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展，纖維混凝土是繼鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土之后的又一次重大突破。由于纖維和混凝土的共同作用，使混凝土具有一系列優(yōu)越的性能，因而受到國(guó)內(nèi)外工程界的極大關(guān)注和青睞，并廣泛應(yīng)用于各工程領(lǐng)域。

　　一、纖維在混凝土中的作用在混凝土中摻入短而細(xì)且均勻分布的纖維后，明顯具有阻裂、增強(qiáng)和增韌的效果。纖維與水泥基材料復(fù)合的主要目的在于克服后者的弱點(diǎn)，以延長(zhǎng)其使用壽命，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。纖維在混凝土中主要起著以下三方面的作用：

　　1.阻裂作用纖維可阻礙混凝土中微裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展，這種阻裂作用既存在于混凝土的未硬化的塑性階段，也存在于混凝土的硬化階段。水泥基體在澆注后的24小時(shí)內(nèi)抗拉強(qiáng)度低，若處于約束狀態(tài)，當(dāng)其所含水分急劇蒸發(fā)時(shí)，極易生成大量裂縫，此時(shí)，均勻分布于混凝土中的纖維可承受因塑性收縮引起的拉應(yīng)力，從而阻止或減少裂縫的生成。混凝土硬化后，若仍處于約束狀態(tài)，因周?chē)h(huán)境溫度與濕度的變化，而使干縮引起的拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度時(shí)，也極易生成大量裂縫，在此情況下纖維仍可阻止或減少裂縫的生成。

　　2.增強(qiáng)作用混凝土不僅抗拉強(qiáng)度低，而且因存在內(nèi)部缺陷而往往難于保證。當(dāng)混凝土中加入適當(dāng)?shù)睦w維后，可使混凝土的抗拉強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度等有一定的提高。

　　3.增韌作用纖維混凝土在荷載作用下，即使混凝土發(fā)生開(kāi)裂，纖維還可橫跨裂縫承受拉應(yīng)力，并可使混凝土具有良好的韌性。韌性是表征材料抵抗變形性能的重要指標(biāo)，一般用混凝土的荷載——撓度曲線或拉應(yīng)力——應(yīng)變曲線下的面積來(lái)表示。另外，還可提高和改善混凝土的抗凍性、抗?jié)B性以及耐久性等性能。

　　應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是纖維混凝土中纖維的作用，并非所有纖維都能同時(shí)起到以上三方面的作用，有時(shí)只起到其中兩方面或單一方面的作用，這與纖維品種、纖維性能、纖維與混凝土界面間的黏結(jié)狀況以及基體混凝土的類(lèi)別和強(qiáng)度等級(jí)等因素密切相關(guān)。

　　二、纖維的分類(lèi)和性能1.纖維的分類(lèi)纖維可以按照不同的原則進(jìn)行分類(lèi)。從工程實(shí)用觀點(diǎn)考慮，可按纖維的材質(zhì)、彈性模量以及長(zhǎng)度分類(lèi)，見(jiàn)表1.2.纖維的主要力學(xué)性能由于纖維品種的不同，它們的力學(xué)性能不盡相同，甚至其中某些性能指標(biāo)有較大差異。一般來(lái)說(shuō)，纖維抗拉強(qiáng)度均比水泥基體的抗拉強(qiáng)度要高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但不同品種纖維的彈性模量值相差很大，有些纖維的彈性模量高于水泥基體，而大多數(shù)有機(jī)纖維的彈性模量甚至低于水泥基體。纖維與水泥基體的彈性模量的比值對(duì)纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料的力學(xué)性能有很大影響，如該比值愈大，則在承受拉伸或彎曲荷載時(shí)，纖維所分擔(dān)的應(yīng)力份額也愈大。纖維的斷裂延伸率一般要比水泥基體高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，但若纖維的斷裂延伸率過(guò)大，則往往使纖維與水泥基體過(guò)早脫離，因而未能充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。表2列出增強(qiáng)水泥基材料用纖維的主要力學(xué)性能。

　　三、纖維混凝土的分類(lèi)和特性1.纖維混凝土的分類(lèi)以水泥為主要組分的水泥基體材料可分為水泥凈漿、水泥砂漿和混凝土。纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料以其基體的集料含量和粒徑不同，可分為：

　　纖維增強(qiáng)水泥凈漿：指在不含集料的水泥凈漿或摻有細(xì)粉活性材料或填料的水泥凈漿基體中摻入纖維。多用于建筑制品，如石棉水泥瓦、石棉水泥板、玻璃纖維水泥墻板等。

　　纖維增強(qiáng)水泥砂漿：指在含有細(xì)集料的水泥砂漿基體中摻入纖維。多用于防裂、抗?jié)B結(jié)構(gòu)。如聚丙烯纖維抹面砂漿、鋼纖維防水砂漿等。

　　通常將纖維增強(qiáng)水泥凈漿和纖維增強(qiáng)水泥砂漿統(tǒng)稱(chēng)為纖維增強(qiáng)水泥。纖維增強(qiáng)水泥中的纖維，主要起著增強(qiáng)材料的作用，可明顯提高基體材料的抗拉、抗折、抗剪、抗沖擊、抗疲勞等力學(xué)性能，不同程度地增進(jìn)復(fù)合材料的延性與韌性，主要用以制作薄壁的水泥制品。

　　纖維增強(qiáng)混凝土：指在含有粗、細(xì)集料的混凝土基體中摻入纖維，簡(jiǎn)稱(chēng)為纖維混凝土。依混凝土基體的特征不同，可分為纖維普通混凝土、纖維高強(qiáng)混凝土、纖維膨脹混凝土、纖維耐火混凝土等。有時(shí)為了獲得需要的纖維混凝土特性和降低成本，將兩種或兩種以上纖維混合使用，或按纖維功能不同組合使用，分別稱(chēng)為混合纖維混凝土或組合纖維混凝土。

　　按照纖維彈性模量是否高于基體混凝土的彈性模量，其增強(qiáng)、增韌效果有明顯差異，故可分為兩類(lèi)：高彈性模量纖維混凝土和低彈性模量纖維混凝土。

　　通常，纖維是短切、亂向、均勻分布于混凝土基體中。但是有時(shí)采用連續(xù)的纖維分布于基體中，稱(chēng)為連續(xù)纖維增強(qiáng)混凝土。

　　目前在不少?lài)?guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料中，對(duì)纖維增強(qiáng)水泥和纖維增強(qiáng)混凝土往往不作明確區(qū)分，常把纖維增強(qiáng)水泥也稱(chēng)纖維增強(qiáng)混凝土，這樣易引起混淆，誤以為在纖維增強(qiáng)混凝土中纖維也可起著主要增強(qiáng)材料的作用，試圖在某些結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中減少作為主要增強(qiáng)材料的鋼筋的用量。再如，當(dāng)前國(guó)際上正在大力開(kāi)發(fā)的“活性粉末混凝土”，在有些國(guó)家又稱(chēng)之為“超高性能混凝土”，實(shí)際上按其纖維摻量、水泥基體的組成以及復(fù)合材料的力學(xué)性能等，理應(yīng)歸屬于纖維增強(qiáng)水泥，而不應(yīng)歸屬于纖維增強(qiáng)混凝土，在該復(fù)合材料中纖維起著主要增強(qiáng)材料的作用，有助于大幅度提高抗拉、抗折、抗剪、抗沖擊與抗疲勞等力學(xué)性能。

　　這樣的分類(lèi)主要是考慮到因基體的不同，而使纖維與基體的相互制約以及復(fù)合材料的制備工藝等有很大差異，從而影響到復(fù)合材料的一系列性能及其應(yīng)用范圍等。表3對(duì)纖維增強(qiáng)水泥與纖維增強(qiáng)混凝土的主要不同點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比。根據(jù)此表不難看出將纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料分為兩大類(lèi)是合理的。

　　應(yīng)該指出，迄今為止，國(guó)際上對(duì)纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料的分類(lèi)是不明確的。不少?lài)?guó)家將纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料等同于纖維增強(qiáng)混凝土。如國(guó)際材料與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合會(huì)的19-FRC委員會(huì)將纖維混凝土定義為“水硬性水泥不摻集料或摻有各種尺寸的集料，并摻有分散性的纖維增強(qiáng)體所組成”。按此定義顯然是包括了水泥凈漿、水泥砂漿和混凝土三種基體。

　　再如，在中國(guó)與英國(guó)命名為玻璃纖維增強(qiáng)水泥的纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，在美、法、德等國(guó)則命名為玻璃纖維增強(qiáng)混凝土。

　　國(guó)際上對(duì)纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料分類(lèi)與命名的不一致，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)于有關(guān)的文獻(xiàn)中，應(yīng)注意區(qū)分所用水泥基體，以免將纖維增強(qiáng)水泥與纖維增強(qiáng)混凝土混淆。

　　2.纖維混凝土的特性在混凝土中摻入纖維，使混凝土性能發(fā)生明顯改善，與普通混凝土相比，纖維混凝土具有以下特性：

　　纖維在混凝土基體中可明顯降低早期收縮裂縫，并可降低溫度裂縫和長(zhǎng)期收縮裂縫。

　　纖維混凝土開(kāi)裂后，抵抗變形性能明顯改善，彎曲韌性提高幾倍到幾十倍，壓縮韌性也有一定程度的提高，極限應(yīng)變有所提高。受壓破壞時(shí)，基體裂而不碎。

　　高彈模的纖維混凝土對(duì)抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度提高明顯，對(duì)于低彈模的纖維混凝土變化幅度不大。

　　纖維混凝土的彎曲疲勞和受壓疲勞性能顯著提高。

　　具有優(yōu)良的抗沖擊、抗爆炸等性能。

　　高彈模纖維增強(qiáng)混凝土用于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，可顯著提高構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度、抗沖切強(qiáng)度、局部受壓強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，并延緩裂縫出現(xiàn)，降低裂縫寬度，提高構(gòu)件的裂后剛度，提高構(gòu)件的延性。

　　由于纖維可減少混凝土的微裂縫和阻礙宏觀裂縫擴(kuò)展，使混凝土的耐磨性、耐空蝕性、耐沖刷性、抗凍融性和抗?jié)B性有不同程度的提高。

　　某些特殊纖維配制的混凝土，其熱學(xué)性能、電學(xué)性能、耐久性能較普通混凝土也有變化。如碳纖維混凝土導(dǎo)電性能顯著提高，并具有一定“壓阻效應(yīng)”；低熔點(diǎn)合成纖維配制的纖維混凝土在火災(zāi)過(guò)程中，細(xì)微纖維熔化可降低混凝土的爆裂。

　　基體混凝土中摻入纖維后，會(huì)使拌合料的工作性有所降低，因此在配合比設(shè)計(jì)和拌合工藝上采取相應(yīng)措施，使纖維在基體中分散均勻，拌合料具有良好的工作性。

　　提高混凝土的耐久性。

　　應(yīng)該說(shuō)明的是，纖維混凝土的上述特性，并非所有纖維混凝土都同時(shí)具有這些特性，纖維混凝土的特性與纖維品種、纖維性能、纖維與混凝土界面間的黏結(jié)狀況以及基體混凝土的類(lèi)別和強(qiáng)度等級(jí)等因素有關(guān)。

　　四、纖維混凝土研究應(yīng)用的現(xiàn)況目前，纖維混凝土領(lǐng)域中的前沿技術(shù)是鋼纖維高強(qiáng)高性能混凝土、層布鋼纖維混凝土、聚丙烯粗纖維混凝土、混合和組合纖維混凝土等的研究和應(yīng)用。與此同時(shí)，不能不提出的是纖維增強(qiáng)水泥中的漬漿鋼纖維水泥、滲澆鋼纖維網(wǎng)水泥、活性粉末水泥、纖維增強(qiáng)無(wú)宏觀缺陷水泥以及PVA纖維增強(qiáng)水泥等的研究和應(yīng)用也是十分創(chuàng)新的內(nèi)容。

　　1.鋼纖維高強(qiáng)高性能混凝土

　　由于高強(qiáng)混凝土脆性明顯，采用鋼纖維改善高強(qiáng)混凝土的性能尤為必要。因此鋼纖維高強(qiáng)高性能混凝土，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)近年來(lái)研究應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)，開(kāi)展了大量的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明，在高強(qiáng)高性能混凝土基體中摻入適量的鋼纖維后，形成的鋼纖維高強(qiáng)高性能混凝土，既具有高強(qiáng)高性能混凝土自身優(yōu)點(diǎn)，又對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土基體起到增強(qiáng)、增韌和阻裂作用，可顯著地改善其脆性性質(zhì)，并能較大地提高混凝土基體的抗拉、抗疲勞、抗沖擊爆炸等一系列性能。

　　鋼纖維高性能混凝土最主要的優(yōu)點(diǎn)是在于其拌合料具有良好的工作性，硬化后混凝土又有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)密實(shí)性、耐久性和較高的強(qiáng)度。為此，在材料和配合比方面，與鋼纖維普通混凝土相比，水膠比低，膠凝材料用量大，通常在500kg/m3～600kg/m3.如果完全使用水泥，既不經(jīng)濟(jì)，且水化放熱量大，對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)的形成不利。因此，鋼纖維高性能混凝土要摻入一定量的微細(xì)填充材料來(lái)代替部分水泥。目前使用較多的微細(xì)填充材料有硅粉、磨細(xì)礦渣、粉煤灰及沸石粉等，主要應(yīng)用于國(guó)防工程和重要的建筑工程及橋梁工程。

　　2.層布鋼纖維混凝土

　　層布鋼纖維混凝土是指在構(gòu)筑物混凝土截面的頂層和底層或底層約20mm厚度內(nèi)，撒布適量的鋼纖維澆筑而成的混凝土，稱(chēng)為層布鋼纖維混凝土。層布鋼纖維混凝土適用于面板類(lèi)結(jié)構(gòu)工程，如路面、橋面、地坪等。

　　應(yīng)用表明，鋼纖維普通混凝土路面的厚度，當(dāng)鋼纖維體積率為0.8%～1.5%，約為同類(lèi)混凝土路面厚度的40%～60%，使路面的物理力學(xué)性能有明顯改善，厚度可大幅度減薄，但是，路面工程的總造價(jià)一般比同類(lèi)混凝土路面要高10%～20%，從經(jīng)濟(jì)分析角度看，造價(jià)相應(yīng)要高，影響了鋼纖維混凝土在路面的推廣應(yīng)用。

　　層布鋼纖維混凝土的提出是考慮到鋼纖維普通混凝土的造價(jià)較高，這已經(jīng)成為當(dāng)前推廣應(yīng)用鋼纖維普通混凝土路面的瓶頸，同時(shí)施工不甚方便，如果施工方法不當(dāng)，易引起鋼纖維的結(jié)團(tuán)和裸露在混凝土路面的表面，導(dǎo)致鋼纖維的銹蝕，影響路面的外觀等缺陷。試驗(yàn)表明，層布鋼纖維混凝土比普通混凝土有著優(yōu)良的彎拉強(qiáng)度、抗裂性能、韌性、抗沖擊性能及彎拉疲勞強(qiáng)度等性能。層布鋼纖維混凝土比鋼纖維普通混凝土造價(jià)較低，在保證與鋼纖維普通混凝土性能相當(dāng)?shù)那闆r下，鋼纖維的用量約可節(jié)省70%.近年，由武漢理工大學(xué)、武漢東洲鋼纖維發(fā)展有限責(zé)任公司及湖北省恩施州交通局等單位共同研究，提出了一種稱(chēng)為上、下層布式鋼纖維混凝土路面，即分別在普通混凝土路面板的下層和上層鋪撒適量的鋼纖維，形成一種新的復(fù)合路面結(jié)構(gòu)。通過(guò)研究和應(yīng)用表明，用少量的鋼纖維對(duì)普通混凝土路面板承受最大彎拉應(yīng)力易斷裂的薄弱處進(jìn)行有效增強(qiáng)，可減薄混凝土路面的厚度，提高混凝土路面的耐久性和承載能力，此種路面不僅優(yōu)于普通混凝土路面，而且也勝于鋼纖維普通混凝土路面，突出的優(yōu)點(diǎn)是鋼纖維用量少，單位水泥用量降低，工程造價(jià)低、施工工藝簡(jiǎn)便易行，有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)進(jìn)一步推廣我國(guó)的鋼纖維混凝土面類(lèi)結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用有重要作用。該技術(shù)尤其在降低鋼纖維混凝土路面造價(jià)和簡(jiǎn)化施工工藝方面有重要突破，屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)，已在我國(guó)的105、107、209、312、318國(guó)道部分路段及湖北、河南、江西、浙江、云南、海南、山西等省市部分一、二級(jí)公路路段，相繼修筑了層布鋼纖維混凝土路面大約300余公里，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。為了更好地推廣應(yīng)用這一新技術(shù)，已將有關(guān)層布鋼纖維混凝土路面的內(nèi)容，列入中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS38-2004.3.聚丙烯粗纖維混凝土過(guò)去研究應(yīng)用較多的是聚丙烯細(xì)纖維混凝土，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)聚丙烯粗纖維研究應(yīng)用，十分熱門(mén)。

　　聚丙烯粗纖維按形態(tài)基本上可分為單絲纖維與纖維束兩種。在纖維束中許多單絲纖維相互纏繞在一起，與混凝土拌合時(shí)再分散成為單絲。聚丙烯粗纖維在混凝土中的體積率為0.3%～2.0%.目前在工程中使用較多的有日本產(chǎn)的Barchip粗纖維、美國(guó)產(chǎn)的FortaFerro粗纖維與HPP152纖維，新近我國(guó)浙江寧波大成新材料股份有限公司研制的大成粗纖維，試驗(yàn)表明，具有優(yōu)良的性能。

　　Barchip粗纖維抗拉強(qiáng)度為620MPa～758MPa，彈性模量為6GPa，密度為0.90～0.92g/cm3，纖維橫截面尺寸為1.6mm×0.6mm，長(zhǎng)度為30mm、42mm和48mm，纖維表面有凹凸形的壓紋。DC粗纖維抗拉強(qiáng)度為530MPa，彈性模量為7GPa，密度為0.95g/cm3，纖維直徑為0.91mm，長(zhǎng)度為30mm、40mm和50mm，橫截面為五葉形，長(zhǎng)度方向有波浪形壓紋。

　　通過(guò)試驗(yàn)證明，當(dāng)摻量6kg/m3時(shí)的DC粗纖維混凝土與摻量60kg/m3的鋼纖維混凝土的性能接近計(jì)算，假定DC粗纖維40元/kg3，鋼纖維6元/kg3，則每m3混凝土中纖維費(fèi)用：DC粗纖維混凝土240元/m3；鋼纖維360元/m3.可見(jiàn)，在混凝土性能相當(dāng)時(shí)，每m3混凝土中DC粗纖維的費(fèi)用比鋼纖維降低33%.4.混合和組合纖維混凝土結(jié)合不同纖維的優(yōu)勢(shì)，將鋼纖維與合成纖維或是不同種類(lèi)的合成纖維混合在一起摻入混凝土，配制成混合纖維混凝土，由于單一纖維的增強(qiáng)作用是有限的，而不同尺度和不同性質(zhì)的纖維混合增強(qiáng)，使其在水泥基材中不同結(jié)構(gòu)和不同性能層次上逐級(jí)阻裂與強(qiáng)化，充分發(fā)揮各纖維的尺度和性能效應(yīng)，并在不同的尺度和性能層次上相互激發(fā)、相互補(bǔ)充、取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到進(jìn)一步提高阻裂、抗收縮、抗?jié)B、抗疲勞、抗變形及強(qiáng)度等性能的目的。

　　自20世紀(jì)60年代以來(lái)，利用不同纖維的作用和功能，將多種纖維同時(shí)摻入混凝土中，以進(jìn)一步提高混凝土的性能，稱(chēng)此種混凝土為混合纖維混凝土。混合纖維混凝土中纖維是有其內(nèi)在規(guī)律性和按一定的比例關(guān)系摻入，才能發(fā)揮效用。

　　根據(jù)近年來(lái)的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r和纖維摻入的方法不同，可將其分為混合纖維混凝土與組合纖維混凝土?；旌侠w維混凝土是指用兩種或兩種以上不同尺寸或不同品種的纖維，適量摻入混凝土組分材料中，按一定程序經(jīng)混合攪拌而成整體的混凝土?；旌侠w維混凝土可分為兩種：同一種類(lèi)但不同尺寸的混合纖維混凝土和不同種類(lèi)的混合纖維混凝土，如在混凝土中摻入不同尺寸的鋼纖維，構(gòu)成混合鋼纖維混凝土。不同種類(lèi)纖維混凝土又可分為尺寸相同的纖維、尺寸不同的纖維、作用不同的纖維構(gòu)成的混合纖維混凝土，如其尺寸相近和尺寸不同的鋼纖維和合成纖維構(gòu)成的混合纖維混凝土。

　　組合纖維混凝土是指用兩種或兩種以上作用和功能不同的纖維，其中有的纖維摻入主要是為了增強(qiáng)和增韌，有的纖維主要是為了阻裂。摻入的纖維有的與混凝土各組分材料混合攪拌，有的纖維并不與混凝土各組分材料混合攪拌，而是將纖維分布于不同結(jié)構(gòu)層次，將不同功能的纖維組合應(yīng)用，并與混凝土拌合料結(jié)合，構(gòu)成整體的纖維混凝土，稱(chēng)為組合纖維混凝土。

　　混合纖維混凝土與組合纖維混凝土的作用原理是，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮不同纖維的優(yōu)點(diǎn)，使它們互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，在不同的結(jié)構(gòu)層次和受力階段，既發(fā)揮各單一纖維的作用和功能，又發(fā)揮多種纖維復(fù)合的疊加作用，可明顯提高或改善原先單一纖維混凝土的若干性能，以取得優(yōu)良的綜合性能，并可降低其成本。如用彈性模量高、長(zhǎng)而粗的鋼纖維或碳纖維與短而細(xì)的合成纖維混合摻入混凝土，在受力時(shí)，高模量的纖維在基體出現(xiàn)較小與中等寬度的裂縫時(shí)，可發(fā)揮最佳的增強(qiáng)作用，而低模量纖維在基體出現(xiàn)大裂縫才充分發(fā)揮其增強(qiáng)、增韌作用，與采用單一的纖維混凝土相比，既可提高混凝土的強(qiáng)度，又能明顯提高其韌性、抗沖擊性、耐疲勞及抗裂等性能，并可降低成本。

　　5.纖維增強(qiáng)水泥近年發(fā)展起來(lái)的高性能高含量纖維增強(qiáng)水泥主要有以下幾種：

　　1）漬漿鋼纖維水泥，是將水泥漿或水泥砂漿滲澆到鋼纖維堆體中的高強(qiáng)度高韌性復(fù)合材料。研究表明，當(dāng)鋼纖維體積率10%時(shí)，其抗沖擊能力耗能大約提高300倍。20世紀(jì)80年代，美國(guó)Lankard研制的漬漿鋼纖維水泥，其鋼纖維體積率5%～20%，最高達(dá)27%.抗壓強(qiáng)度達(dá)100MPa～250MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)38MPa，彎拉強(qiáng)度可達(dá)84MPa，彎曲韌性較普通混凝土提高3個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　2）滲澆鋼纖維網(wǎng)水泥，是將水泥漿或水泥砂漿滲澆到預(yù)置于模具中的是定向分布的鋼絲網(wǎng)，而不是亂向分布的鋼纖維。其增強(qiáng)增韌效果比SIFCON成倍提高。SIFCON和SIMCON對(duì)于承受重復(fù)荷載作用和爆炸作用的結(jié)構(gòu)具有顯著的優(yōu)越性，可望用于軍事工程、保險(xiǎn)庫(kù)、防爆倉(cāng)庫(kù)容器、橋面接縫等結(jié)構(gòu)。

　　3）活性粉末水泥，采用水泥、超細(xì)粉料及石英細(xì)砂和細(xì)短鋼纖維、超塑化劑、極低水灰比經(jīng)蒸壓養(yǎng)護(hù)制成的一種超高強(qiáng)復(fù)合材料，抗壓強(qiáng)度可達(dá)200MPa和800MPa，彎拉強(qiáng)度最高可達(dá)60MPa～140MPa.RFC目前處于開(kāi)發(fā)的初級(jí)階段，加拿大用于在嚴(yán)寒地區(qū)建筑一座人行橋，法國(guó)研究用于儲(chǔ)藏核廢料的儲(chǔ)罐。

　　4）纖維增強(qiáng)無(wú)宏觀缺陷水泥，采用碳化硅纖維或是芳綸纖維、水泥、水和水溶性聚合物等制作成的復(fù)合體內(nèi)無(wú)宏觀缺陷。

　　5）PVA纖維增強(qiáng)加水泥，密歇根大學(xué)工程學(xué)教授維克托·李將經(jīng)過(guò)等離子處理PVA纖維加入水泥砂漿中，制成了一種重量輕，并且更具有耐久性的可彎曲材料，這種纖維增強(qiáng)材料，使脆性材料轉(zhuǎn)為韌性更好的材料，在承受巨大壓力時(shí)，它會(huì)彎曲而不是斷裂。

　　ECC已在美國(guó)、日本、韓國(guó)、瑞士和澳大利亞得到應(yīng)用，可用于建造新的結(jié)構(gòu)物，如橋面板，道路路面，建筑物隔墻、洞庫(kù)、隧道襯砌等，也可用于舊有結(jié)構(gòu)物修整、翻新，可以在工地現(xiàn)澆，也可制成規(guī)格板材。現(xiàn)場(chǎng)拼裝，它可用螺栓連接或用砂漿連接，可用于一般建筑物也可用于抗地震加固。

　　據(jù)稱(chēng)ECC材料有望解決我們面臨的一些橋面耐久性問(wèn)題，例如過(guò)早出現(xiàn)裂縫等。李教授估計(jì)，如將保養(yǎng)和維修成本考慮在內(nèi)的話(huà)，在60年內(nèi)，用ECC材料建橋的成本可能比使用傳統(tǒng)材料降低37%.高性能纖維增強(qiáng)水泥與普通纖維增強(qiáng)水泥相比較，主要有以下特點(diǎn)：使用高抗壓強(qiáng)度與高致密度的水泥基體；增大纖維體積率或使用直徑較細(xì)的纖維，以增多單位體積復(fù)合材料中的纖維數(shù)量；增強(qiáng)纖維與水泥基體的界面黏結(jié)，在復(fù)合材料受荷載過(guò)程中，使纖維不致拉斷，在其拉應(yīng)力接近極限強(qiáng)度時(shí)由水泥基體中拔出；復(fù)合材料兼具高抗壓、高抗拉與高抗折強(qiáng)度、高延性、高韌性、高抗沖擊性與高抗疲勞性。

　　五、纖維混凝土的發(fā)展前景根據(jù)我國(guó)工程建設(shè)發(fā)展的需要，在各工程領(lǐng)域更多地應(yīng)用性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的纖維混凝土是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著我國(guó)纖維生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量的提高，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，纖維品種的引進(jìn)或自主開(kāi)發(fā)能力的提高，纖維的數(shù)量和質(zhì)量，能滿(mǎn)足未來(lái)發(fā)展的需要。同時(shí)，通過(guò)近年來(lái)的研究和工程應(yīng)用，取得了大量的研究成果，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并編制了有關(guān)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)，不僅為設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)，也為我國(guó)纖維混凝土事業(yè)的今后發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

　　隨著纖維和混凝土新材料的不斷出現(xiàn)，纖維混凝土理論和應(yīng)用技術(shù)的成熟，尤其是工程界對(duì)混凝土的力學(xué)性能和耐久性要求愈來(lái)愈高，纖維混凝土的發(fā)展前景十分可觀。

　　由于石油工業(yè)的發(fā)展，合成纖維品種越來(lái)越多，產(chǎn)量不斷增加，成本不斷降低，合成纖維用于增強(qiáng)混凝土的發(fā)展前景十分看好。目前已被大家認(rèn)可的低彈性模量纖維低摻量用于防止和減少砂漿、混凝土早期收縮裂縫，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)不斷擴(kuò)大，與此同時(shí)，用合成纖維代替石棉制作纖維水泥制品，如波紋瓦、屋面板、內(nèi)墻裝飾板等。

　　開(kāi)發(fā)高彈性模量的合成纖維，用于混凝土增強(qiáng)和增韌，將使合成纖維更有用武之地。目前已見(jiàn)報(bào)道的有高強(qiáng)模聚乙烯纖維和高彈性模量尼龍纖維、芳綸纖維。其中，芳綸纖維增強(qiáng)混凝土的性能最為優(yōu)異。芳綸纖維抗拉強(qiáng)度高達(dá)3000MPa，彈性模量130GPa，耐腐蝕，無(wú)磁性，不導(dǎo)電，線脹系數(shù)為負(fù)值，用它配置的纖維混凝土在相同體積率下，其增強(qiáng)增韌效果比鋼纖維混凝土顯著提高。但因芳綸纖維價(jià)格太高，目前應(yīng)用還十分有限，僅用于對(duì)防腐蝕、防電磁有特殊要求的部位。

　　點(diǎn)評(píng)1.纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料分為纖維增強(qiáng)水泥凈漿、纖維增強(qiáng)水泥砂漿和纖維增強(qiáng)混凝土，通常將纖維增強(qiáng)水泥凈漿與纖維增強(qiáng)水泥砂漿統(tǒng)稱(chēng)為纖維增強(qiáng)水泥。

　　2.從理論研究和工程實(shí)踐表明，采用纖維增強(qiáng)混凝土是混凝土改性的有效途徑。纖維在混凝土中起著增強(qiáng)、增韌和阻裂的作用，其作用的大小，根據(jù)纖維類(lèi)型、品種、表面性質(zhì)和基體混凝土的強(qiáng)度等因素密切相關(guān)。

　　3.纖維混凝土比普通混凝土具有抗拉、彎拉、抗剪、韌性、抗裂、抗沖擊、抗爆炸以及抗疲勞等一系列優(yōu)越的性能，因而適用的工程領(lǐng)域廣泛。

　　4.根據(jù)使用要求，合理選用纖維和纖維混凝土，對(duì)于有增強(qiáng)、增韌要求的工程，以選用高模量的纖維為好，對(duì)于有增韌和阻裂要求的工程，以選用低模量的纖維為宜。

　　5.正確掌握施工技術(shù)，嚴(yán)把原材料的質(zhì)量和數(shù)量關(guān)，正確選用配合比和施工工藝，是保證纖維混凝土工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

　　6.不斷研究和開(kāi)發(fā)纖維和纖維混凝土的性能，提高纖維產(chǎn)品的質(zhì)量和降低產(chǎn)品的價(jià)格，研究改進(jìn)工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造，將纖維用于結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，充分發(fā)揮纖維的作用，努力降低工程造價(jià)。

　　總之，具有獨(dú)特性能的纖維混凝土既是一種新型復(fù)合材料，又是一門(mén)新興的材料科學(xué)，在纖維混凝土的領(lǐng)域中，還有許多理論和應(yīng)用問(wèn)題尚待今后進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)，工程應(yīng)用中有時(shí)可能初期投資較大，但是從提高使用性能、延長(zhǎng)使用壽命、減少維護(hù)費(fèi)用等綜合效益和長(zhǎng)期效益考慮，是十分有利的，深信纖維混凝土必將在我國(guó)的工程建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用，未來(lái)應(yīng)用的前景將更加廣闊。