摘 要:对研究较少的福塔纤维混凝土、钢丝/ 钢丝网纤维混凝土、聚乙烯醇纤维混凝土、聚酯纤维混凝土、杜拉纤维混凝土等纤维混凝土的性能及应用进行了介绍,并简单对其发展前景进行了展望,为工程应用提供了依据。
关键词:纤维混凝土,特性,物理力学性能
中图分类号: TU528. 572
当今世界,混凝土仍然是使用量最大的建筑材料,随着建筑、交通运输业的不断发展,对混凝土性能的要求也越来越高,从而促进了对混凝土增强材料的研究和应用,纤维增强材料便以其优异的物理力学性能,广泛地应用于混凝土材料中。纤维增强混凝土发展较早,目前关于钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土等研究已比较成熟,并广泛地应用于工程实践中。而对福塔纤维、钢丝/钢丝网纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、杜拉纤维等对增强混凝土的性能研究和应用较少。文中介绍了以上各种纤维增强混凝土的特性及其应用,为工程应用提供了依据。
1 福塔( FORTA) 纤维沥青混凝土
随着交通业的不断发展,越来越多的新型材料用于沥青混凝土路面中,福塔纤维就是其中的一种;它是由聚丙烯和芳纶按质量比3∶1 混合而成,是一种新型的聚合物有机纤维。国外在20 世纪80 年代开始研究纤维对沥青混凝土性能的改善,并应用于工程实践;而我国关于此方面的研究较少。在沥青混合料中加入福塔纤维可改善其低温抗裂性、高温稳定性、抗疲劳性及其水稳定性;同济大学的袁峻、曹丽萍等人对福塔纤维在改善沥青混凝土高温稳定性方面进行了详尽的研究,得出以下结论:1) 加入福塔纤维后,提高了混合料的高温稳定性以及整体稳定性。2) 加入福塔纤维后,显著提高了沥青混凝土的抗永久变形能力,并且当福塔纤维掺量为0. 045 %时效果最佳。福塔纤维的加入,使沥青混凝土的路用性能得到显著改善;适应当前交通运输的发展,具有广阔的发展前景。
2 钢丝/ 钢丝网纤维混凝土
混凝土中加入乱向分布的钢纤维,可以阻止混凝土内部微裂缝的发展和外部宏观裂缝的发生与发展;增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能;提高结构的疲劳性及其耐久性;延长结构的使用寿命。但其成本昂贵,使其应用又受到一定的限制。而钢丝纤维混凝土是利用废旧的钢丝绳,经剪切后按一定的用量掺入普通混凝土中;它不仅具有钢纤维混凝土的各项性能,而且成本低;其仅需要剪切加工费,因而其经济效益良好,同时做到了废物再利用。
钢丝网纤维混凝土是在纤维混凝土中加入高强双向钢丝网片,提高了混凝土的初裂强度,解决了短纤维取向和掺入量受限的问题;有效的防止混凝土由于温度、干缩和沉降等因素引起的裂缝;特别适用于对抗裂性能要求较高的工程中。
3 聚乙烯醇纤维混凝土
聚乙烯醇( Polyvinyl Alcohol ,简称PVA) 纤维是一种化学纤维,最初的主要目的是解决人们的衣着问题,经过几十年的发展,其应用范围越来越广泛:渔业、包装材料、水溶性材料以及增强材料。作为增强材料的PVA 纤维,其主要的优点可见文献[3] 。将其加入到混凝土中后,其力学性能的改善主要表现为:1) 由于PVA 纤维的加入,混凝土的抗拉强度提高;而抗压强度增长较小。2) PVA 纤维的加入,使得混凝土的韧性得到改善;抗冲击性能明显提高。3) PVA 纤维的加入,提高了结构的延性和抗破坏能力。4) PVA 纤维的加入,使构件的耐久性大大提高。目前,PVA 纤维混凝土已广泛用于抗震、修复工程(可用喷吹法) 和提高结构耐久性的工程中。
4 聚酯纤维沥青混凝土
沥青混凝土中加入聚酯纤维,有以下性能:1) 具有吸附、稳定沥青作用,从而使沥青粘聚力增大,提高了混合料的抗车辙性能。2) 低温抗裂能力、抗水损害能力、抗疲劳性能增强。3) 延长了路面的使用寿命。聚酯纤维的加入明显改善了混合料的性能,其必将在以后的养护工程、新建工程中得到广泛的应用。
5 杜拉纤维混凝土
杜拉纤维是一种以100 %PP 原胶为原料,经过特殊生产工艺而制成的高强度聚丙烯束状纤维,其具有比重小、抗拉强度高、抗老化、耐侵蚀、与水泥浆粘结性能好等优点;将其加入混凝土中可大大改善混凝土的性能。
杜拉纤维的加入:1) 阻止了混凝土的离析,保证了混凝土的均质性。2) 使得构件抗折强度稍有提高;抗压性能影响较小。3)提高了混凝土的耐久性、抗渗、抗冻、耐腐蚀、抗冲击性能。
杜拉纤维混凝土以其优异的物理力学性能得到了广泛的应用:建筑工程、机场道路、水利工程中的渡槽、桥梁等各项工程中。
6 芳纶纤维混凝土
芳纶纤维混凝土使用连续长丝增强混凝土的又一高性能化学纤维,早在20 世纪60 年代美国就已研制成功,其抗拉强度高、弹性模量高、低密度以及较好的热稳定性,因而芳纶纤维已用于混凝土复合材料中以满足不同的要求。
7 其他类型的纤维混凝土
7. 1 钢纤维再生混凝土
钢纤维的加入使再生混凝土的力学性能都有所改善,使原来脆性的再生混凝土表现出一定的延性;提高了再生混凝土的韧性性能;并且其综合效益良好;我国在“十一五”中将再生混凝土作为重要的发展研究对象,钢纤维再生混凝土具有非常好的发展前景。
7. 2 钢纤维轻骨料混凝土
同样钢纤维的加入大大改善了轻骨料混凝土各方面的性能,并且应用于旧桥的修复工程中。
7. 3 玄武岩连续纤维混凝土
文献[7 ]对连续性玄武岩纤维的的特性进行了叙述,加入混凝土中以后,可以解决钢筋锈蚀问题,且其价格合理,市场前景极为广阔。
8 结语
随着我国经济技术的飞速发展,对建筑、交通、水利等各个行业混凝土的物理力学性能提出了更高的要求;单一品种纤维增强混凝土材料已不能满足现代化的要求,迫切需要研究和应用新型的纤维增强材料,扩大它们的应用范围。
科学工作者以及工程界人士应加强以上各种纤维增强混凝土的研究和应用,并制定相应的标准和规范,以满足对混凝土高强、高性能的要求。
参考文献:
[1]袁 峻,曹丽萍,孙立军. 福塔纤维沥青混凝土高温性能研究[J] . 建筑材料学报,2006 ,9 (4) :4362441.
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