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加入不同纤维会使混凝土性能产生怎样的变化?

发布时间:2022.05.17
信息摘要:
介绍常见的几种纤维混凝土,不同纤维加入混凝土之后给混凝土性能带来哪些变化,以及它们各自的优缺点。


混凝土中掺入纤维是提升高性能混凝土质量的重要方法。纤维混凝土通常是以水泥净浆、砂浆或者混凝土为基材,以非连续的短纤维或者连续的长纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料,主要作用是通过桥接作用来限制外观裂缝的发展,从而改善混凝土的性能。

一、纤维在水泥基体中的作用


  1. 阻裂:阻止水泥基体中原有缺陷扩展并有效延缓新裂缝出现。
  2. 防渗:通过阻裂提高水泥基体的密实性,防止外界水分侵入。
  3. 耐久:改善水泥基体抗冻、抗疲劳等性能,提高其耐久性。
  4. 抗冲击:提高水泥基体的耐受变形的能力,从而改善其韧性和抗冲击性。
  5. 抗拉:在使用高弹性模量纤维前提下,可以起到提高基体的抗拉强度的作用。
  6. 美观:改善水泥构造物的表观形态,使其更加致密、细润、平整、美观。

二、常见纤维的种类和优缺点


1、钢纤维

混凝土中使用的钢纤维

钢纤维混凝土的技术特点是能提高混凝土的韧性和抗拉强度,但是钢纤维搅拌时易结团,混凝土和易性差,泵送困难,难以施工且易锈蚀,钢纤维混凝土的自重大、在制造方面使用大量的钢材,加大了对钢材的消耗,增加成本较多。钢纤维在使用过程中破坏形态主要是被拔出,而不会被拉断,这说明钢纤维的与混凝土的粘附性不足,这会影响提高混凝土抗拉强度的效果。它增韧增强的原理是当裂缝产生后由于钢材的高模量和单根的高抗拉强度,阻止了裂缝的进一步开展。但由于数量有限,对微观裂缝约束效果不大,对抗渗、冻融等性能提高并不明显。另外,施工中钢纤维密度大,振捣浇注时往往会沉于混凝土下部,不容易均匀分布,导致理论研究结论较好而实际应用效果差异很大。


2、玻璃纤维

尽管玻璃纤维已用于铺设混凝土路面,但是玻璃纤维在使用中暴露出很大的缺点,如玻璃纤维混凝土暴露于大气中一段时间后,其强度和韧性会大幅度下降,由早期高强度、高韧性向普通混凝土退化。普通玻璃纤维还有一个致命的弱点,就是不耐碱,因此,普通玻璃纤维是不能用作水泥混凝土基增强材料,即使是耐碱玻璃纤维也不适宜与普通波特兰水泥复合,最好与低碱度水泥复合,而且耐碱玻璃纤维在外观上很难与普通玻璃纤维相区别,所以几十年来一直难以大面积推广。

3、合成纤维


混凝土中使用的合成纤维

合成纤维包括聚丙烯纤维、聚酯和聚丙烯腈纤维等,它与钢纤维的相似点是不受水化产物的侵蚀,有一定的抗拉强度,可三维乱向分布于混凝土基体中。其阻裂原理是充分发挥了纤维数量优势,具有很大的表面积,对微裂缝约束,使之不至于连通,效果显着。但是合成纤维密度小,单丝直径较小,存在增稠效应,不利于混凝土的震动密实,由于合成纤维的抗拉强度较低,在使用过程中其破坏形态主要是纤维被拉断,且在抗老化、耐碱方面也不够好。

4、碳纤维

碳纤维是20世纪60年代开发研制的一种高性能纤维,具有抗拉强度和弹性模量高、化学性质稳定,与混凝土粘结良好的优点,但由于碳纤维价格昂贵,工程应用中受到很大的限制。

从以上几种纤维混凝土的性能可以看出,这几种纤维都存在一些缺陷,在满足高性能混凝土方面都是不太理想,无法很好地解决现存的一些问题。

三、新型玄武岩纤维混凝土


连续玄武岩纤维是近几年来才时有报道的新纤维,它是一种无机纤维材料,用纯天然火山喷出岩为原料,经1450~1500℃高温熔融后快速拉制而成的连续纤维,其外观为金褐色,具有卓越的综合性能和较低的价格。

玄武岩纤维除了具有强度高、防渗抗裂、耐高温、耐酸碱腐蚀能力强、抗冲击性好等一系列优点外,试验证明玄武岩纤维对混凝土性能有很好的改善作用,与钢纤维和合成纤维相比,玄武岩纤维的结合性更好,玄武岩纤维抗腐蚀耐锈蚀性均好于其它纤维。因此,玄武岩纤维用于水泥混凝土中,相比钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、合成纤维混凝土和碳纤维混凝土较有明显的性能、价格等综合优势,替代潜力巨大。


    

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普通混凝土

普通混凝土

普通混凝土normal concrete:  一般指以水泥为主要胶凝材料,与水、砂、石子,必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料,按适当比例配合,经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。?混凝土主要划分为两个阶段与状态:凝结硬化前的塑性状态,即新拌混凝土或混凝土拌合物;硬化之后的坚硬状态,即硬化混凝土或混凝土。混凝土强度等级是以立方体抗压强度标准值划分,目前中国普通混凝土强度等级划分为14级:C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75及C80。
耐久性混凝土

耐久性混凝土

高耐久性具有配合比设计难度大、施工控制要求高等特点。因此,从原材料、混凝土配置关键环节、配合比设计三个方面进行配合比试验,并从把握原材料质量、计量、搅拌、振捣与抹面和养护等方面介绍施工控制措施。
细石混凝土

细石混凝土

一般是指,粗骨料粒径上限不大于15mm的混凝土。适合钢筋密度大,混凝土厚度薄的施工需求等。
抗渗混凝土

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抗渗混凝土通过提高混凝土的密实度,改良孔隙结构,从而减少渗透通道,提高抗渗性。常用的办法是掺用引气型外加剂,使混凝土内部产生不连通的气泡,截断毛细管通道,改变孔隙结构,从而提高混凝土的抗渗性。
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