纤维混凝土的研究与应用精选.docVIP

纤维混凝土的研究与应用 国内外混凝土使用过程中出现的问题及产生原因 目前国内外建设的许多大型桥梁、江河堤坝、大型体育场馆等公用设施，都或多或少的出现结构缺陷裂缝，有的部位已经延伸到钢筋部位，使混凝土建筑物（构筑物）的整体性受到破坏，堤坝出现渗漏，地下室渗水变潮，桥梁的安全性受到质疑并最终拆除重建，许多公共场所被迫关闭，造成大量的人力物力浪费，人们的生命财产安全受到严重威胁。究其原因，主要是由于混凝土在使用的过程中内部应力集中，使内部存在结构缺陷的混凝土产生微裂缝，并逐渐扩展至钢筋时，混凝土的护筋作用完全丧失，空气中的腐蚀性气体直接侵害钢筋导致钢筋锈蚀，引起钢筋混凝土结构的破坏最终完全失效。 我国著名混凝土专家王铁梦教授认为，混凝土产生裂缝的主要原因有三种： 1。外荷载直接应力引起的裂缝，即按常规计算主要应力引起的裂缝； 2。外荷载作用下，结构次应力引起的裂缝； 3。由变形引起的裂缝，如温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝。裂缝的产生通常是一种或几种因素的共内行用，而在产生裂缝的三种因素中，尤其以变形引起的裂缝最多，占80%以上。 吴中伟院士认为，复合化是水泥基材料高性能化的主要途径，纤维增强是其核心，复合化的技术思路—超叠加效应，对材料的高性能化有重要的意义。 从国内外混凝土研究发展来看，混凝土中采用掺加纤维抗裂是一种非常有效的手段。尤其是随着合成纤维工业的飞速发展，诸如聚丙烯纤维等一些高性能合成纤维的出现，大大改善了混凝土的品质，使混凝土的综合作用性能得到提高。目前，聚丙烯纤维已经成为混凝土行业中仅次于钢筋的“次要增强筋”。在路面桥百、衬里护壁、地坪及飞机跑道等工程部位得到了广泛的应用并取得了很好的效果。 国内外预防裂缝产生的方法及其不足 根据裂缝产生的机理，目前国内外预防裂缝主要采取以下三种方式： 膨胀剂抗裂 根据混凝土开裂原因的分析，目前为防止混凝土裂缝的产生，在注意砂石粒径及级配的基础上，一般采用掺加膨胀剂的方法。对于处于潮湿环境及地下的混凝土工程、游泳池及水工工程，此方法发挥了重要作用，基本上实现了在使用掺加膨胀剂混凝土后不开裂，不渗漏，保证了这些混凝土建筑物（构筑物）的正常使用。但对于大多数露天工程，特别是桥梁、大型体育场馆的顶板屋架、大面积公共建筑的地面、飞机跑道等混凝土构筑物，掺加膨胀剂不仅不能起到防裂的作用，而且在使用过程中开裂得更严重，王铁梦教授多年的研究和测试结论也证明了这一点。究其原因，膨胀剂不仅不会起到膨胀抗裂作用，而且由于膨胀剂水化还要争夺原本不多的水分，在混凝土内部产生毛细管力，导致混凝土收缩，形成裂纹。在这种情况下，采用膨胀剂控制和预防露天条件下工作的混凝土开裂显然并不适合。 传统纤维抗裂 除了掺加膨胀剂外，国内外也进行了大量的试验工作，采用掺加纤维的方法来改善混凝土的性能，并取得一定的成果。传统掺加的纤维有玻璃纤维、有机质植物纤和钢纤维三种。从使用效果看，采用玻璃纤维的混凝土主要适用于玻璃纤维增强水泥制品，且水泥石液相中的二氧化钙会使玻璃纤维的硅氧键发生断裂，二氧化硅与二氧化钙发生反应生成低钙的水化硅酸钙，此种反应可以进行至玻璃中的二氧化硅完全消耗为止，因而玻璃纤维的抗菌素拉强度大大降低，使混凝土的性能劣化，因此不能大规模应用于混凝土建筑物中。采用有机质植物纤维的混凝土由于纤维直径较大，强度较低，与水泥基胶结材料粘结效果较差，因此没有大规模推广使用。采用钢纤维的混凝土由于钢纤维与水泥的粘结效果好，且具有各向同性的特征，因此混凝土的强度明显提高，混凝土的耐磨性能、耐冲击性能、抗疲劳性能、韧性、抗裂性能等明显改善，减小了混凝土的各种结构缺陷，使混凝土的收缩受到一定限制，从而有效的预防了混凝土裂缝的出现。但是其昂贵的价格，复杂的操作工艺使其应用范围仅好于现场搅拌或有特殊要求的特种混凝土，不能大规模推广使用。以上三种纤维在预拌混凝土领域不能大规模应用的另一个原因就是掺加这几种纤维的混凝土坍落度损失大，扩展度小，工作性差，不利于长距离运输和泵送施工。 合成纤维防裂 针对膨胀剂防裂和传统纤维防裂方法的不足，国内外又研究了采用合成纤维配制混凝土来防止混凝土裂缝的出现。据报道，近年来，美国、德国等国家先后提出在混凝土中掺加合成纤维来赋予混凝土一定的韧性以改善混凝土的抗裂性能。 国外研究及应用现状 美国Ngcon inc是尼龙纤维的生产商，它生产的尼龙纤维应用于预制混凝土构件和现场搅拌混凝土，改善了混凝土的表面质量及整体性，提高了混凝土的抗裂性能。该公司还在研究了聚丙烯纤维和聚酯纤维在混凝土中的应用，值得我们借鉴。 丹麦也研究了应用聚丙烯纤维减少混凝土的早期收缩裂缝的技术，但由下地掺加纤维后混凝土坍落度损失较大，没有大量应用。 德国Messrs P Baumhuter Rhedu-Wiedenbr uc