现代物业・新建设 2012年第11卷第6期工程施工 Engineering Construction
引言
混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，主要是由胶凝材料、颗粒状集料、水和附加的一些外加剂、掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌硬化后而成的一种人工石材。
混凝土虽然具有原料丰富、价格低廉、生产工艺简单的优点，但其抗拉强度低、抗裂性差、韧性差。
材料的脆性十分明显，受拉的极限延伸率只有0.01%～0.06%，在很低的拉伸变形时就会发生开裂。
尤其是随着近年来我国建筑物抗压强度要求的大幅度提高，其缺点也越来越突出。
由此经常导致一些建筑发生开裂和渗水。
而钢筋会在受腐蚀后使结构破坏，严重者会直接导致建筑物坍塌。
把纤维加入混凝土而形成的纤维混凝土是一种新型的复合材料。
它因为同时兼具纤维和混凝土的优点，因而受到了国内外工程界的极大青睐，并广泛应用于各种工程领域，是近几年来混凝土改良研究的一个重要方向。
以钢纤维、合成纤维、碳纤维等为代表的纤维混凝土在混凝土的应用中取得了很大的进展，它是继钢筋混凝土之后的另一重大突破。
研究纤维增强与加固混凝土断裂与粘结性能，对于改进纤维混凝土的结构，建立合理的纤维混凝土数据具有十分重要的意义，也为纤维混凝土研究应用的发展前景作出评述。
1 纤维混凝土
1.1 纤维混凝土的含义
纤维混凝土是指在混凝土基体中均匀掺入乱向分布的不同材质的短细纤维（包括钢纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、维纶纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯晴纤维及混杂纤维等）所形成的具有较高韧性的复合材料。
人们所说的混凝土通常是狭义的概念，大多是以水泥作为基材的建筑材料，而广义概念下的混凝土也可以由其他材料（如沥青）作为粘结材料。
1.2 纤维混凝土的种类与性能
1.2.1 钢纤维混凝土
钢纤维混凝土就是在普通的混凝土中掺入适量的短钢纤维而形成的可供浇筑、喷射成型的一种新型复合材料。
其中所掺的钢纤维一般是由钢质材料(切断型钢纤维、剪切型钢纤维、铣削型钢纤维、熔抽型钢纤维等)加工制成的短纤维。
钢纤维在混凝土所起的作用主要是限制混凝土的裂缝，使抗拉性能、抗弯性能、抗断裂强度等方面较普通的混凝土有所提高。
同时，钢纤维混凝土的抗冲击、裂后韧性和耐久性都有了较大提高。
1.2.2 玻璃纤维混凝土
玻璃纤维混凝土是在普通混凝土中加入具有特殊材质的玻璃纤维的复合材料。
所加入的玻璃纤维有耐碱玻璃纤维等。
玻璃纤维具有较好的力学性能，用耐碱玻璃纤维可使混凝土的抗弯、抗拉、耐磨性、抗冲击等性能都得到较大的提高。
另外，玻璃纤维由于具有较大的表面积，因而同等质量的耐碱玻璃材料可以包含较多的基材料，使其本身具有更强的结合回力，从而达到防止裂缝的效果，玻璃纤维与其他纤维混凝土种类相比还具有优良的防裂抗渗能力，因此具有较好的经济效益。
1.2.3 聚丙烯纤维混凝土
聚丙烯纤维混凝土是指在混凝土基材料中掺加一定量的聚丙烯纤维后，形成的一种加强系统的复合型混凝土。
而聚丙烯纤维可以通过改变混凝土的物理力学性能来达到改变混凝土内部结构的目的。
而且聚丙烯纤维的优良之处还在于它不会改变混凝土中各种材料的化学性能和构成，同时可以很好地与基材料混合。
由于聚丙烯纤维与混凝土中的基材料有紧密的结合力，所以把它渗入混凝土以后就能够产生很强的加强效果，可以达到阻断裂缝的作用。
1.2.4 碳纤维混凝土
碳纤维是一种新型的具有很多优点的纤维状碳材料。
例如强度比钢大，密度比铝小，而高温、耐腐蚀、易导电等。
由于具有众多的电学、热学和力学特性，在20世纪60年代被研制出来以后就迅速被应用于各种工业领域。
而碳纤维混凝土比普通类型的混凝土具有更高的抗拉、抗折性能，并具有
纤维增强与加固混凝土断裂与粘结性能
韦勋
（广西八桂工程监理咨询有限公司， 广西 南宁 530028）
摘 要：纤维混凝土是一种新型的复合材料，因其同时兼具纤维和混凝土的优点而受到了国内外工程界的极大青睐，并广泛应用于各种工程领域。
笔者根据自身多年从事公路工程试验的实际经验，从纤维混凝土的构成出发，结合自身对工程材料、混凝土、外加剂等的理解，详细分析了纤维增加与加固混凝土断裂与粘结性能，以期为改进纤维混凝土的性能、建立合理的纤维混凝土数据奠定理论基础。
关键词：纤维混凝土；增强；断裂能力；加固；粘结性能
中图分类号：TU528.572 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）06-0124-02
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韦勋：纤维增强与加固混凝土断裂与粘结性能
良好的阻裂性能。
因此，碳纤维是一种目前较为理想的增强混凝土的纤维材料，但是，由于碳纤维的成本较高，在应用过程中还受到一定的限制。
1.2.5 聚乙烯醇纤维
聚乙烯醇纤维是高性能纤维中的一种，是基于微观物理力学原理优化设计的一种新型工程用水泥基复合材料，它具有良好的应变硬化特性。
因为聚乙烯醇纤维是一种化学纤维，具有很好的亲水性能，所以在纤维表面能够吸附少量自由水，这样就能够与水泥基体产生高强度的粘结力；与聚丙烯等合成纤维相比，它表面不具有疏水性，所以其界面粘结强度更高。
聚乙烯醇纤维本身具备较高的强度，它不仅能够有效地抑制混凝土塑性裂缝，而且可以提高混凝土的韧性以及抗冲击性能，同时还可以改善混凝土的抗渗性、抗冻性等，从而使混凝土的性能更加优良。
1.2.6 玄武岩纤维混凝土
玄武岩纤维增强混凝土是一种将玄武岩连续或不连续纤维按合理的用量和方式加入混凝土基材料中，从而形成的一种新型混凝土复合材料。
玄武岩纤维是一种新型的混凝土增强材料，它是由纯天然的火山岩矿石经高温熔融、拉丝而成，是典型的硅酸盐纤维，具有天然的相容性和优越的力学性能。
因而在工业领域中，为了改善混凝土的脆性大、易开裂和耐腐蚀性能差等弊端，多使用玄武岩纤维混凝土。
2 纤维增强与加固混凝土断裂与粘结性能
纤维与水泥基材料结合使用的主要目的是为了克服水泥基材料存在的一些弱点，从而达到延长使用寿命，增加混凝土性能，扩大使用领域的目的。
而纤维在混凝土中所起的作用主要体现在以下方面：
2.1 增强混凝土断裂性能
2.1.1 增强原理
纤维的断裂延伸率一般要比水泥基材料高出一个甚至几个数量级，它可以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。
具体原理体现在以下两个方面，第一，水泥基体在浇注后的二十四小时内的抗拉强度是很低的，若此时基体处于约束状态，当基体内所含水分急剧蒸发时，就很容易造成大量裂缝，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力，从而减少裂缝的生成；第二，混凝土在硬化后，若仍处于约束状态，因温度、湿度等周围环境的变化而引起的拉力超过其抗拉上限时，就会生成大量裂缝，在此情况下纤维的加入就可以阻止或减少裂缝的生成。
2.1.2 具体特性
纤维在水泥基材料中可以明显降低早期的收缩裂缝、温度裂缝和长期收缩裂缝，还可以阻止水泥基体原有裂缝的扩展并同时延缓新裂缝的出现。
由于纤维可以降低混凝土中微裂缝出现，阻止宏观裂缝的扩展，故可使其耐磨性、耐腐蚀性、耐冲刷性、抗冻性和抗渗性等各方面性能都有了不同程度的提高；与普通混凝土相比，将高弹模纤维增强混凝土用于钢筋混凝土或预应力混凝土构件中，可以显著提高构件的局部受压强度并延缓裂缝出现，降低裂缝的宽度，提高构件的延性。
2.2 加固混凝土粘结性能
2.2.1 加固原理
纤维混凝土在强大的外力作用下，混凝土可能发生开裂，但纤维还可以横跨于裂缝之间承受拉力并可使混凝土具有良好的粘结性能。
粘结性能是混凝土材料抵抗外力性能的重要指标之一。
而混凝土抗拉强度低，当在混凝土中加入适量的纤维后，可使混凝土的抗拉强度、抗剪强度及粘结性能等有一定的提高。
从而提高纤维混凝土的抗压性能、抗冲击性能以及粘结性能。
2.2.2 具体特性
与普通类型的混凝土相比，纤维混凝土的抗拉强度、弯拉强度、抗剪强度均明显提高，尤其是对于高弹模纤维混凝土或高含量纤维混凝土提高的幅度更大。
纤维降低了侵蚀介质浸入基材料的速率，大大改良了混凝土的性能。
同时纤维可以提高和改善混凝土的抗冻性、粘结性以及耐久性等性能，粘结性能因纤维的加入其延性而有一定的增加。
所以，纤维对混凝土的力学性能的最大改变，不仅提高了其抗压、抗弯等强度指标，而且很大程度上提高了混凝土的断裂能、延展性和粘结性。
3 结语
具有独特性能的纤维混凝土既是一种新型复合材料，又是一门新兴的材料科学。
其与普通混凝土相比，具有一系列优越的性能，因而应用领域十分广泛。
但是在纤维混凝土的研究领域中，还有许多实际问题仍需要进一步研究，在实际工业领域应用时还可能会增加初期的成本量，但如果从提高其使用性能，延长其使用寿命，减少使用中的维护费用等综合效益和可持续发展来考虑，还是十分有利的，相信纤维混凝土在未来的发展前景是十分广阔的，它也必将为我国未来的工业发展作出巨大贡献。
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