纖維混凝土的性能及比較

1、纖維混凝土的性能及比較一、引言近年來的研究表明， 發(fā)展纖維混凝土是提高高性能混凝土質(zhì)量的重要途徑。 纖 維混凝土通常是以水泥凈漿、砂漿或者混凝土為基材，以非連續(xù)的短纖維或者連續(xù) 的長纖維作增強材料所組成的水泥基復合材料，主要作用是通過橋接作用來限制圍 觀裂縫的發(fā)展，從而改善混凝土的性能。纖維加入水泥基體中的作用：1. 阻裂。阻止水泥基體中原有缺陷（微裂縫）的擴展并有效延緩新裂縫的出現(xiàn)；2. 防滲。通過阻裂提高水泥基體的密實性，防止外界水分侵入；3. 耐久。改善水泥基體抗凍、抗疲勞等性能，提高其耐久性；4. 抗沖擊。提高水泥基體的耐受變形的能力，從而改善其韌性和抗沖擊性；5. 抗拉。在使用高彈性

2、模量纖維前提下，可以起到提高基體的抗拉強度的作用；6. 美觀。改善水泥構(gòu)造物的表觀性態(tài)，使其更加致密、細潤、平整、美觀。 現(xiàn)在主要使用的纖維混凝的種類及優(yōu)缺點1. 鋼纖維混凝土其技術(shù)特點是能提高混凝土的韌性和抗拉強度， 但是鋼纖維攪 拌時易結(jié)團，混凝土和易性差，泵送困難、難以施工且易銹蝕，鋼纖維混凝土的自 重大、在制造方面使用大量的鋼材，加大了對鋼材的消耗，增加成本較多。鋼纖維 在使用過程中破壞形態(tài)主要是被拔出，而不會被拉斷，這說明鋼纖維的與混凝土的 粘附性不足，這會影響提高混凝土抗拉強度的效果，它增韌增強的原理是當裂縫產(chǎn) 生后由于鋼材的高模量和單根的高抗拉強度，阻止了裂縫的進一步開展；但由于

3、數(shù) 量有限，對微觀裂縫約束效果不大，對抗?jié)B、凍融等性能提高并不明顯，另外，施 工中鋼纖維密度過大，振搗澆注時往往會沉于混凝土下部，不可能均勻分布，這就 是理論研究結(jié)論較好而實際應用效果差異很大的主要原因。2. 盡管玻璃纖維已用于鋪設(shè)混凝土路面， 但是玻璃纖維在使用中暴露很大的缺 點，如玻璃纖維混凝土暴露于大氣中一段時間后，其強度和韌性會有大幅度下降， 即由早期高強度、高韌性向普通混凝土退化。眾所周知，普通的玻璃纖維還有一個 致命的弱點，就是不耐堿，堿骨料反應是水泥混凝土的“癌癥” 。因此，普通玻璃纖 維是不能用作水泥混凝土基增強材料的，即使是耐堿玻璃纖維（ AR ）也不適宜與普 通波特蘭水泥復

4、合，最好與低堿度水泥復合。這主要是為了減輕水泥基材對玻璃纖 維表面的堿性侵蝕作用。我國“雙保險“的技術(shù)路線（即耐堿玻璃纖維與低堿度水 泥復合）由于是”削足適履“的做法，加之，耐堿玻璃纖維在外觀上很難與普通玻 璃纖維相區(qū)別，幾十年來一直難以大面積推廣。3. 合成纖維包括聚丙烯纖維、聚酯和聚丙烯腈纖維等，它與鋼纖維的相似點是 不受水化產(chǎn)物的侵蝕，有一定的抗拉強度，可三維亂向分布于混凝土基體中，其 阻裂原理是充分發(fā)揮了纖維數(shù)量（每公斤數(shù)千萬根）優(yōu)勢，具有很大的表面積， 對微裂縫約束，使之不至于連通，效果顯著。但是合成纖維密度小，單絲直徑較 小，存在增稠效應，不利于混凝土的震動密實，由于合成纖維的抗拉

5、強度較低， 在使用過程中其破壞形態(tài)主要是纖維被拉斷，且在抗老化、耐堿方面也不夠好。4. 碳纖維是 20 世紀 60 年代開發(fā)研制的一種高性能纖維， 具有抗拉強度和彈性 模量高、化學性質(zhì)穩(wěn)定，與混凝土粘結(jié)良好的優(yōu)點，但由于碳纖維價格昂貴，工 程應用中受到很大的限制。由以上幾種纖維混凝土的性能可以看出， 這幾種纖維混凝土都存在一些缺陷， 在滿足高性能混凝土方面都是不太理想，無法很好地解決現(xiàn)存的一些問題。纖維 混凝土發(fā)展了幾十年的經(jīng)歷告訴我們：必須在纖維上有所突破，才能使纖維混凝 土這種高性能混凝土真正得到廣泛使用。二、玄武巖纖維混凝土隨著生產(chǎn)技術(shù)的解密，連續(xù)玄武巖纖維（簡稱 CBF ）是近幾年來才

6、時有報道的新纖維，它是一種無機纖維材料，用純天然火山噴出巖為原料，經(jīng)14501500 C高溫熔融后快速拉制而成的連續(xù)纖維，其外觀為金褐色，具有卓越的綜合性能和 較低的價格。連續(xù)玄武巖纖維的特性：（1）原材料的天然性。 由于生產(chǎn) CBF 的原料取決于天然的火山噴出巖， 除了它 與生俱來就具有很高的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定外， 其中并沒有與人類健康有害的成 分。（2）性能的綜合性。玄武巖纖維是名副其實的“多能”纖維。譬如既耐酸又 耐堿、既耐低溫又耐高溫，既絕熱電絕緣又隔音，拉伸強度超過大絲束碳纖維，斷裂延伸率比小絲束的碳纖維還要好；CBF表面極性，與樹脂復合時界面結(jié)合的浸潤性極好，而且CBF具有三維的分

7、子維數(shù)與分子維數(shù)一維的線性聚合物纖 維相比具有較高的抗壓縮強度、剪切強度和在耐惡劣環(huán)境中使用的適應性、 抗老 化性等有優(yōu)異的綜合性能。（3）成本的低廉性。水泥混凝土用的玄武巖纖維價格 并不高，明顯低于鋼纖維、碳纖維等，和合成纖維相當。（4）天然的相容性。玄 武巖纖維是典型的硅酸鹽纖維，用它與水泥混凝土和砂漿混合時很容易分散， 新 拌玄武巖纖維混凝土的體積穩(wěn)定、和易性好、耐久性好，具有優(yōu)越的耐高溫性、防滲抗裂性和抗沖擊性。此外，玄武巖纖維的耐堿性要比耐堿玻璃強（見附表1）。 因此，玄武巖纖維增強混凝土可以在基本建設(shè)的各個領(lǐng)域起到防滲抗裂、延長使用壽命等作用。CBF是天然綠色的新材料，將給人類的建

8、筑業(yè)和我國優(yōu)先發(fā)展 的交通運輸領(lǐng)域帶來重大變革！GBF ?纖維耐堿性的檢測結(jié)果:測試條件溫度C浸泡時間（h）GBF?纖維保留強度用 1mol/L40291%NaOH溶液483%275%60462%注：依據(jù)國家玻璃纖維產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的檢測報告除了它具有強度高、防滲抗裂、耐高溫、耐酸堿腐蝕能力強、抗沖擊性好等一 系列優(yōu)點外，它還在我國分布較廣，價格便宜，造價低，還兼有綠色、環(huán)保、節(jié)約 資源等優(yōu)勢，產(chǎn)品符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策。且大量試驗證明玄武巖纖維對混凝土性 能有很好的改善作用，與鋼纖維和合成纖維相比，玄武巖纖維的結(jié)合性更好，玄武 巖纖維抗腐蝕耐銹蝕性均好于其它纖維。因此，玄武巖纖維用于水泥混

9、凝土中有其 自身的優(yōu)勢和特點，相比鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、合成纖維混凝土和碳纖 維混凝土較有明顯的性能、價格等綜合優(yōu)勢，替代潛力巨大。 玄武巖纖維應用在混凝土中的產(chǎn)品主要有玄武巖單絲和加捻合股兩種， 單絲纖 維類似于其它合成纖維， 具有微米級的直徑， 更有其他纖維不可比擬的良好分散性； 加捻合股纖維是玄武巖纖維無捻粗紗，用多股平行原絲經(jīng)加捻和合股合而成的玄武 巖纖維制品，抗折性好、具有良好的性能?？梢愿鶕?jù)應用環(huán)境和目的的不同制造出 不同長度、不同直徑、不同捻度和捻向的產(chǎn)品規(guī)格。兩種短切纖維既可根據(jù)需要單 獨加入混凝土，因其具有相同的抗拉強度、彈性模量和性能，更可以混合使用，生 產(chǎn)出一種全

10、新的、綜合了合成纖維和鋼纖維混凝土優(yōu)點的高性能混凝土。與其他纖 維混凝土相比，新型玄武巖纖維混凝土主要有以下優(yōu)勢：1. 兩種具有同類性質(zhì)， 不同直徑的纖維可以一起受力，協(xié)同工作， 優(yōu)勢互補，既共 同防裂阻裂，又共同增韌增強。2. 玄武巖纖維原絲可以發(fā)揮數(shù)量優(yōu)勢， 具有較大的表面積， 對微裂縫約束， 使之不 至于連通，效果顯著。并克服了合成纖維的密度小，彈性模量和抗拉強度低的 缺點，不至于在裂縫擴展時被拉斷，有效地防止微裂縫的擴展、對抗?jié)B、抗凍 融等效果好于合成纖維。3. 玄武巖纖維加捻合股可以發(fā)揮鋼纖維的高模量和單根的高抗拉強 度的優(yōu)勢，阻止了裂縫的擴展。又克服了鋼纖維攪拌時易結(jié)團，不利于攪拌， 難以施工且易銹蝕、耐久性差，鋼纖維自重大的缺點。4. 玄武巖加捻合股纖維是典型的硅酸鹽纖維，比重為 2.63-2.8g/cm 3，用它與水 泥混凝土和砂漿密度相近，混合時很容易分散，且均布于混凝土內(nèi)部，克服了 鋼纖維混凝土在振搗澆注時往往會沉于混凝土下部，不能均勻分布的缺點。5. 玄武巖纖維表面已經(jīng)改性， 是一種“惰性纖維”，具有高度的穩(wěn)定性， 在高溫、 高腐蝕性的環(huán)境中能保持穩(wěn)定性能，使玄武巖加捻合股纖維能適應混凝土的拌 合