纖維混凝土

纖維混凝土，是纖維和水泥基料（水泥石、砂漿或混凝土）組成的複合材料的統稱。水泥石、砂漿與混凝土的主要缺點是：抗拉強度低、極限延伸率小、性脆，加入抗拉強度高、極限延伸率大、抗鹼性好的纖維，可以克服這些缺點。以水泥漿、砂漿或混凝土作基材，以纖維作增強材料所組成的水泥基複合材料，稱為纖維混凝土。纖維可控制基體混凝土裂紋的進一步發展，從而提高抗裂性。由於纖維的抗拉強度大、延伸率大，使混凝土的抗拉、抗彎、抗衝擊強度及延伸率和韌性得以提高。纖維混凝土的主要品種有石棉水泥、鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、聚丙烯纖維混凝土及碳纖維混凝土、植物纖維混凝土和高彈模合成纖維混凝土等。

基本介紹

• 中文名：纖維混凝土
• 外文名：fiber concrete
• 品種：石棉水泥、鋼纖維混凝土等
• 概述：纖維和水泥基料組成的複合材料
• 使用方法：《纖維混凝土結構技術規程》

概述

纖維混凝土（ fiber reinforced concrete）是纖維和水泥基料（水泥石、砂漿或混凝土）組成的複合材料的統稱。水泥石、砂漿與混凝土的主要缺點是：抗拉強度低、極限延伸率小、性脆，加入抗拉強度高、極限延伸率大、抗鹼性好的纖維，可以克服這些缺點。

所用纖維按其材料性質可分為：①金屬纖維。如鋼纖維(鋼纖維混凝土)、不鏽鋼纖維(適用於耐熱混凝土)。②無機纖維。主要有天然礦物纖維（溫石棉、青石棉、鐵石棉等）和人造礦物纖維（抗鹼玻璃纖維及抗鹼礦棉等碳纖維）。③有機纖維。主要有合成纖維（聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龍、芳族聚醯亞胺等）和植物纖維（西沙爾麻、龍舌蘭等），合成纖維混凝土不宜使用於高於60℃的熱環境中。

纖維混凝土與普通混凝土相比，雖有許多優點，但畢竟代替不了鋼筋混凝土。人們開始在配有鋼筋的混凝土中摻加纖維，使其成為鋼筋-纖維複合混凝土，這又為纖維混凝土的套用開發了一條新途徑。

品種

以水泥漿、砂漿或混凝土作基材，以纖維作增強材料所組成的水泥基複合材料，稱為纖維混凝土。纖維可控制基體混凝土裂紋的進一步發展，從而提高抗裂性。由於纖維的抗拉強度大、延伸率大，使混凝土的抗拉、抗彎、抗衝擊強度及延伸率和韌性得以提高。纖維混凝土的主要品種有石棉水泥、鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、聚丙烯纖維混凝土及碳纖維混凝土、植物纖維混凝土和高彈模合成纖維混凝土等。

製備與性能

鋼纖維混凝土

(l)材料。製備普通鋼纖維混凝土，主要使用低碳鋼纖維。製備耐火混凝土，則必須使用不鏽鋼纖維。圓截面長直形鋼纖維直徑一般為o.25～0. 75mm;扁平形鋼纖維厚度為0. 15～0. 4mm，寬度為0.25～0. 9mm，長度均為20～60mm。為改善界面黏結，還有端部帶彎鉤的鋼纖維等。

鋼纖維混凝土一般使用425號、525號普通矽酸鹽水泥，高強鋼纖維混凝土可使用625號矽酸鹽水泥或明礬石水泥。使用的粗骨料最大粒徑以不超過15mm為宜。為改善拌和物和易性，必須使用減水劑或高效減水劑。混凝土的砂率一般不應低於50%，水泥用量比普通未摻纖維的應高10%左右。

(2)摻量。為保證纖維能均勻分布於}昆凝土，長徑比不應大於100，一般為30～80。對每種規格的纖維都有一最大摻量的限值，一般為0.5%～2%(體積率)。

(3)攪拌。鋼纖維混凝土採用強制式攪拌機攪拌，為使纖維能均勻分散於混凝土中，應通過搖篩或分散機加料。攪拌的投料順序與普通混凝土不同。一種方法是先將粗細集料、水泥和水加入攪拌機，攪拌均勻後再將纖維加入攪拌。另一種方法分三步，第一步先將粗細集料攪拌均勻，第二步加入纖維攪拌，最後將水泥和水加入再攪拌。

(4)搗實。不同的搗實方法，對纖維的取向有很大的影響。採用泵送至倉內，不加插搞，纖維在其中呈三維亂向;如採用插入式振動裝置搗實，則大部分纖維呈三維亂向，少部分為二維亂向;採用平面振動器振搗，則大部分呈二維亂向，少部分為三維亂向;採用噴射方式，纖維在噴射面上呈二維亂向;採用“離心法”或“擠出法”，纖維取向介於一維定向與二維亂向之間;如果在磁場中振搗，纖維則沿磁力線方向分布。

(5)力學性能。摻入鋼纖維，顯著地改善了混凝土的力學性能。當摻量在許可範圍之內，可提高抗拉強度30%—50%，抗彎強度可提高50%～100%，韌性可提高10～50倍，抗衝擊強度可提高2～9倍，抗壓強度提高較小，可達15%～25%。鋼纖維混凝土還可使乾縮率降低10%～30%。

鋼纖維混凝土成本高，施工難度也比較大，必須用在最應該用的工程上。如重要的隧道、捷運、機場、高架路床、溢洪道以及防爆防震工程等。

玻璃纖維混凝土

在玻璃纖維混凝土中使用的纖維必須是抗鹼玻璃纖維，以抵抗混凝土中Ca (OH)z的侵蝕。抗鹼玻璃纖維，在普通矽酸鹽水泥中也只能減緩侵蝕，欲大幅度提高使用壽命，應該使用硫鋁酸鹽水泥。

玻璃纖維混凝土對粗細骨料及配合比無特殊要求，與鋼纖維混凝土基本類同。玻璃纖維混凝土在力學性能方面肯定比鋼纖維泥凝土低，抗壓強度與未摻纖維的相比，還略有降低。但其韌性很高，可提高30～120倍，而且具有較好的耐火性能。主要用於非承重與次要承重的構件上。

聚丙烯纖維混凝土

聚丙烯膜裂纖維是一種束狀的合成纖維，拉開後成網路狀，也可切成長度為19～64mm的短切使用。為防止老化，使用前應裝於黑色包裝容器中。

施工工藝分為攪拌法與噴射法。纖維的摻量因工藝不同而異。採用攪拌法切短長度為40～70mm，體積摻率為0.4%～1%;採用噴射法切短長度為20～60mm，體積摻率為2%～6%。聚丙烯纖維}昆凝土，力學性能不高，一旦混凝土開裂，纖維混凝土即發生開裂，抗壓強度亦無明顯提高。唯抗衝擊強度較高，可提高2～10倍。收縮率可降低75%。可用於非承重的板、停車場等。

纖維混凝土的作用

製造纖維混凝土主要使用具有一定長徑比（即纖維的長度與直徑的比值）的短纖維。但有時也使用長纖維（如玻璃纖維無捻粗紗、聚丙烯纖化薄膜）或纖維製品（如玻璃纖維格線布、玻璃纖維氈）。其抗拉極限強度可提高30～50%。

纖維在纖維混凝土中的主要作用，在於限制在外力作用下水泥基料中裂縫的擴展。在受荷（拉、彎）初期，當配料合適並摻有適宜的高效減水劑時，水泥基料與纖維共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；當基料發生開裂後，橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。

若纖維的體積摻量大於某一臨界值，整個複合材料可繼續承受較高的荷載並產生較大的變形，直到纖維被拉斷或纖維從基料中被撥出，以致複合材料破壞。 與普通混凝土相比，纖維混凝土具有較高的抗拉與抗彎極限強度，尤以韌性提高的幅度為大。

纖維混凝土設計和使用方法請參考現行《纖維混凝土結構技術規程》

纖維混凝土施工技術

一、鋼纖維混凝土的原材料應符合下列規定：

1、鋼纖維的種類、規格、質量應符合設計要求。

2、配製鋼纖維高強混凝土宜選用質地堅硬、級配良好的河砂，其細度模 數不宜小於2.4。

3、粗骨料應選用質地堅硬、級配良好的石灰岩、花崗岩、輝綠岩等碎石 或碎卵石，粒徑不宜大於20mm和鋼纖維長度的2/3。

4、當粗骨料粒徑大於20mm時，應選用適宜的纖維，並經試驗檢測達到 設計要求後方可使用。

二、鋼纖維混凝土配製應符合下列規定：

1、鋼纖維混凝土應滿足結構設計對強度等級（包括抗壓強度、抗拉強度、 彎曲韌度比等）的要求。

2、鋼纖維混凝土的鋼纖維體積率應根據設計要求確定；當設計無要求時， 不應小於0.35%;對高強度（抗拉強度不低於1000MPa)的異形鋼纖維不應 小於0.25%;鋼纖維預應力混凝土中鋼纖維用量宜為80kg/m。

3、鋼纖維混凝土的水膠比不宜大於0.50，對於耐久性為主要要求的鋼纖 維混凝土不得大於0.45，每方混凝土的水泥用量（或膠凝材料總用量）不宜小於360kg。

4、鋼纖維混凝土的稠度可參照同類工程對普通混凝土所要求的稠度確定，其坍落度值可比相應普通混凝土要求值小20mm，其維勃稠度值與相應的 普通混凝土要求值相同。

三、鋼纖維混凝土攪拌應符合下列規定：

1、鋼纖維混凝土宜釆用帶有布料裝置的纖維混凝土專用攪拌機攪拌。

2、攪拌工藝應確保鋼纖維在拌和物中分散均勻，不產生結團，宜優先釆用將鋼纖維、水泥、粗細骨料先乾拌而後加水濕拌的方法。

3、鋼纖維混凝土投料順序、攪拌方法和攪拌時間應通過現場勻質性試驗確定。其攪拌時間應較普通混凝土適當延長1min〜2min。

四、鋼纖維混凝土澆築方法應保證鋼纖維的分布均勻性和結構的連續性。

五、合成纖維混凝土用纖維的種類、規格、質量應符合設計要求。

六、合成纖維混凝土配製應符合下列規定：

1、合成纖維的體積率應符合設計要求；設計無要求時，宜在0.05%~0.3% 的範圍內選取。

2、合成纖維混凝土的坍落度可比普通混凝土相應要求降低。當坍落度不滿足要求時，可調整外加劑或在保持水膠比不變的條件下適當增加用水量。

七、合成纖維混凝土施工應符合下列規定：

1、合成纖維混凝土攪拌時間應通過現場攪拌試驗確定，並應較普通混凝 土規定的攪拌時間適當延長40s~60s，以確保纖維在混凝土拌和物中分散均勻。

2、釆用平板振搗器搗實，振搗時間為20s左右並無可見空洞為止。

3、混凝土接近初凝時方可進行抹面，抹面應光滑，抹面時不得加水，抹面次數不宜過多。