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纤维混凝土 中建商砼技术质量部编 第1页 可编辑 第一章概述第二章纤维混凝土的作用机理第三章纤维混凝土的应用第四章结语 目录 纤维混凝土 可编辑 混凝土是一种抗压强度大而抗张强度相对较低的脆性材料 随着现代建筑技术的不断发展 对水泥混凝土这一最大宗建筑材料提出了更高的要求 它正朝着高强度 高韧性 高阻裂 高耐久性 高体积稳定性和优工作性的方向发展 纤维混凝土就是在对混凝土的改性过程中应运而生的 第一章概述 可编辑 第一章概述 1定义纤维混凝土是以水泥净浆 砂浆或混凝土做基材 以非连续的短纤维或连续的长纤维做增强材料 均匀地掺合在混凝土中而形成的一种新型水泥基复合材料的总称 可编辑 第一章概述 2产生的背景由于普通混凝土抗拉强度与抗压强度比非常低 混凝土结构应被设计成拉应力最小 然而这种应力常常产生于弯曲 对角线拉伸中 或由于不同应变产生 任何地方发生拉应力 都希望这些应力由钢筋来承担 因为在混凝土中拉应力引起的后果之一是开裂 任何能使混凝土具有较大的抗拉强度和 延性 的工艺将是非常有价值的 纤维混凝土正是在这一背景下产生 可编辑 第一章概述 3发展历史1 近代关于纤维混凝土的理论研究开始于1910年 由美国的Porter首创 2 1911年美国的Graham正式将钢纤维掺合到混凝土中 并初步验证了它的优越性 1940年前后 美 英 法 德等国先后取得了一些相关专利 在第二次世界大战期间 为了战争的需要 日本曾把它用于抗爆结构 3 1963年 美国学者Romuldi从理论上阐明了钢纤维的增强作用和机理 从而为钢纤维混凝土的进一步研究 开发奠定了理论基础 使它从小规模探索实验阶段跃进到大面积开发的新阶段 可编辑 第一章概述 4 美国在1990年和1991年举行了纤维增强混凝土的题报告会 正式拉开了纤维增强混凝土研究与应用的专序幕 5 1995年韩国举行了纤维增强水泥混凝土的专题报告会 1996年在中国北京举行了第三届国际水泥混凝土报告会 表明纤维增强混凝土的研究与应用已经国际化 著名的化学公司如杜邦公司 3M公司 日本帝人公司等都开发出了多种水泥增强用纤维品种 并已经在高速公路 桥梁 摩天大楼 地铁 隧道等土木工程中获得广泛应用 可编辑 第一章概述 在国外 纤维增强水泥混凝土复合材料已经广泛应用于非承重构件中 国内的研究起步较晚 上海合成纤维研究所研究了锦纶短纤维对水混凝土的增强效果 安徽皖维公司将维纶用于增强混凝土 此外 一些高校和研究院所也就不同种类纤维对混凝土性能的改善作用进行了研究 可编辑 第一章概述 4纤维混凝土种类与特性水泥混凝土中常用的纤维分为钢纤维和非钢纤维两类 非钢纤维按照弹性模量可以分为两大类 高弹性模量纤维 Ef Ec 1 和低弹性模量纤维 Ef Ec 1 低弹性模量纤维 如各种有机纤维 尼龙 聚丙烯 聚乙烯等 只能提高混凝土的韧性 抗冲击性能等与材料的塑性有关的物理性能 高弹性模量纤维 如钢纤维 玻璃纤维 碳纤维等 则能够改善混凝土的强度和刚性 目前研究较多的有钢纤维 碳纤维 玻璃纤维 聚丙烯纤维混凝土等 可编辑 第一章概述 钢纤维混凝土钢纤维是当今世界各国普遍采用的混凝土增强材料 它具有抗裂 抗冲击性能强 耐磨强度高 与水泥亲合性好 可增加构件强度 延长使用寿命等优点 特别适用于要求快速连续浇筑混凝土的较大工程 如道路 港口 飞机场 桥梁 隧道等 但价格贵 比重大 不易于分散 不宜于在常规的水泥增强制品中作用 可编辑 第一章概述 碳纤维混凝土1 碳纤维是20世纪60年代以来随航天工业等尖端技术对复合材料的苛刻要求而发展起来的新材料 具有强度高 弹性模量高 比重小 耐疲劳和腐蚀 热膨胀系数低等优点 2 碳纤维的特性包括 重量轻 厚度薄 高强高效 良好的耐久性及耐腐蚀性能 施工方便 施工质量易保证 与混凝土有效接触面积达80 以上 适用范围广但碳纤维价格偏高 生产成本比较大 可编辑 第一章概述 玻璃纤维混凝土目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维 石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等 石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维 是比较理想的耐热防火材料 玻璃纤维具有高抗拉强度 具有碱溶性 它的延伸性低 具有很高的抗变形能力 没有长期蠕变性 玻璃纤维不发生蠕变 能确保产品长期使用 此外 玻璃纤维具有优良的物理化学稳定性和高低温的稳定性 可编辑 第一章概述 聚丙烯纤维混凝土聚丙烯纤维在混凝土的碱性条件下非常稳定 有较高的熔点 质量轻 价格低 使混凝土的能量吸收能力和延性提高 抗弯强度和疲劳极限也有所提高 但其对阳光和氧气敏感 与水泥机体粘结弱 耐火性差 抗压强度没有提高 可编辑 第一章概述 5 纤维在混凝土中的效应1 增稠效应能减少混凝土离析 泌水 但增大了混凝土振动排气密实的难度 需加强振动 2 阻裂效应能有效阻止混凝土发生塑性开裂 提高硬化后混凝土介质的连续性 最终增强混凝土的综合性能 尤其是抗动载能力 可编辑 第一章概述 3 界面效应界面效应对混凝土的抗折强度不利 但可可通过掺入煤粉灰等活性混合材料材料加以改善 4 荷载传递效应荷载传递效应能提高混凝土裂后的韧性 可编辑 第二章纤维混凝土作用机理 大量实验表明 在混凝土中加入少量的合成纤维对混凝土的抗压强度变化不大 而对混凝土的抗弯强度 塑性收缩 抗渗性 抗冻性 抗冲击性有明显提高 一般来说在水泥基体中随机分布一些合成纤维是提高混凝土的抗腐蚀性 韧性 耐冲击性 抗渗性及耐收缩断裂性的有效途径 可编辑 第二章纤维混凝土作用机理 纤维混凝土的抗冲击性与延性有关 许多研究揭示混凝土耐冲击性可以因掺人纤维 大幅度增加 如尼龙 聚丙烯一类低模量纤维在这方面特别有效 纤维耐冲击的效率同样与粘结特性有关 纤维不仅改善纤维混凝土冲击强度而且会在振动荷载下防止碎裂成碎片 采用纤维最大的好处在于可以增加了构件的韧性 破坏时构件吸收能量 就是说纤维的加入使混凝土的延性大增 此外 纤维增强还可以提高混凝土抵抗磨损和气穴的破坏 可编辑 第二章纤维混凝土作用机理 耐疲劳性同时与裂缝传播能力有关 混凝土弯曲疲劳强度随纤维含量的增加而增加 但纤维的增加对压缩疲劳没有多少影响 对压缩徐变也无影响 但在一定程度上可以减少拉伸徐变 研究表明很硬的碳纤维可非常明显的减少弯曲徐变 钢纤维可减少混凝土收缩约10 玻璃纤维将减少水泥浆体的收缩约20 因此 纤维在基体中起着刚性包裹物的作用 由于其体积小不产生很大影响 更重要的是 纤维对减少收缩开裂非常有效 故对混凝土耐久性产生非常有利的作用 可编辑 第三章纤维混凝土的应用领域 纤维混凝土在土木工程中有着广泛的应用 主要用于下面几个大的方面 1 道路工程2 桥梁与隧道工程3 在工业与民用建筑中的应用4 在海岸工程中的应用 可编辑 第三章纤维混凝土的应用领域 道路工程钢纤维混凝土应用于道面工程 可以充分发挥其弯拉强度高 抗裂 抗疲劳 耐磨 抗冲击性能好的特点 可取代钢筋 减薄道面厚度 加大缩缝间距 缩短施工周期 提高工程质量 降低工程维修费用 延长工程使用寿命 桥梁与隧道工程在桥梁工程中 用纤维混凝土作桥面铺装层可有效地抑制和减少裂缝 增强桥面的防水性和抗破碎能力 减缓钢筋锈蚀和延长结构的寿命 可编辑 第三章纤维混凝土的应用领域 在工业与民用建筑中的应用对于高层 大跨的建筑工程和建筑中常用混凝土预制构件 预制管道等采用纤维混凝土后 能明显提高结构 构件和预制管道的承载能力和抗裂 抗震性能 能明显提高构件的坚固耐久性性 在海岸工程中的应用纤维混凝土由于具有特殊的抗龟裂 抗冲击 致密性和防渗性能 能延缓海水中的氯离子对钢筋的锈蚀 延缓海水中硫酸盐 镁离子对混凝土的侵蚀 并提高建筑物抗波浪冲击和码头重物冲击的能力 可编辑 第四章结语 纤维混凝土是一种新型建筑材料 它将合成化学纤维和传统的混凝土相结合 可有效防止混凝土因早期干缩 塌沉所引起的内蕴裂缝 纤维混凝土的应用范围很广