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1、纤维混凝土第1页,共16页,编辑于2022年,星期一纤维混凝土的介绍纤维混凝土又称纤维增强混凝土,是以净浆、砂浆或混凝土作为基材,以非连续的短纤维或连续的长纤维作为增强材料,均布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。第2页,共16页,编辑于2022年,星期一问题的提出混凝土是一种抗压强度大而抗拉、抗弯、抗冲击以及韧性等性能却比较差。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3页,共16页,编辑于2022年,星期一纤维在水
2、泥中的作用1.阻裂。阻止水泥基体中原有缺陷微裂缝的扩展并有效延缓新裂缝的出现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性态使其更加致密、细润、平整、美观第4页,共16页,编辑于2022年,星期一工作原理使用纤维可以使混凝土在强度的某些方面有所改进,但类似的强度也可以适当改变水泥用量和水灰比等简单方法获得。单纯的强度比较,不能体现纤维混凝土的价值。对于适当压实的试件,加入纤
3、维对纤维增强混凝土抗压强度几乎没有影响。纤维对增强混凝土的弹性模量也没有多少影响。纤维增强混凝土的直接抗拉强度,可由加入高弹性模量的纤维而有大幅度提高。但其增加决定于纤维的长径比。纤维的加入对抗扭强度的影响很小。(只是钢纤维能改善混凝土的抗剪强度)第5页,共16页,编辑于2022年,星期一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。增加纤维含量对最大强度没有多少影响,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
4、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。此外,纤维增强还可以提高混凝土抵抗磨损和气穴的破坏。第6页,共16页,编辑于2022年,星期一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。已知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。第7页,共16页,编辑于2022
5、年,星期一纤维混凝土的分类一.从材质上可以分一下几种(1)金属纤维(如碳钢纤维、不锈钢纤维)(2)无机纤维(3)有机纤维二.从纤维弹性模量分类(1)高弹模纤维(2)低弹模纤维第8页,共16页,编辑于2022年,星期一主要使用的纤维混凝的种类及优缺点1.钢纤维混凝土其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
6、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过大振捣浇注时往往会沉于混凝土下部不可能均匀分布这就是理论研究结论较好而实际应用效果差异很大的主要原因。第9页,共16页,编辑于2022年,星期一2.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有大幅度下降即由早期高强度、高韧性向普通混凝土退化。众所周知普通的玻璃纤维还有一个致命的弱点就是不耐碱碱骨料反应是水泥混凝土的“癌症”。因此普通玻璃纤维是不能用作水泥混凝土基增强材料的即使是耐碱玻璃纤
7、维AR也不适宜与普通波特兰水泥复合最好与低碱度水泥复合。这主要是为了减轻水泥基材对玻璃纤维表面的碱性侵蚀作用。我国“双保险“的技术路线即耐碱玻璃纤维与低碱度水2泥复合由于是”削足适履“的做法加之耐碱玻璃纤维在外观上很难与普通玻璃纤维相区别几十年来一直难以大面积推广。第10页,共16页,编辑于2022年,星期一3.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每公斤数千万根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著。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
8、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。第11页,共16页,编辑于2022年,星期一纤维混凝土的应用施工要点纤维混凝土的成品性质,决定于纤维的类型和尺寸,以及生产方法。由于有大的表面积,用水要求多,并且纤维有相互连接和“成球”的倾向。玻璃纤维需水量要求特别高,因为在长丝间附着着水使各纤维分开。此外,水灰比、粗细集料比都与普通混凝土有细微差别,须加以注意。纤维增强混凝土振捣较困难。增加粗集料含量可以大幅度增加捣实性。对大多数纤维拌合料,用外部振动,还能减少泌水和改善拌合料的内聚力。第12页,共16页,编辑于2022年,星期一工程采用的纤维
9、材料简介工程地下室墙体采用的钢纤维混凝土作为一种新型复合材料已在我国工程界得到广泛重视和应用。它具有3大特性:一是抗裂性好;二是弯曲韧性优良,三是抗冲击性能强;根据钢纤维混凝土特有的抗裂性能,在屋面防水,特别是多功能屋面上使用,具有很大的开发前景。钢纤维均匀分散在混凝土中,有效地改善了素混凝土的基本力学性能,使得混凝土在受荷后不易开裂,开裂后裂缝细小,不向纵深发展。钢纤维混凝土能够带裂工作,在许多工程中得到证实。据美国陆军建筑工程研究所在密西西比州对重载运输机跑道进行了素混凝土和钢纤维混凝土跑道荷载对比试验的结果表明:使用钢纤维混凝土的跑道厚度只需原设计值的一半。承载力就达到原设计值的6倍,混
10、凝土表面开裂后,裂缝细小且能闭合,开裂后仍能继续使用。钢纤维混凝土的抗压强度并不比普通混凝土高。但通过对钢纤维混凝土的试验分析,发现试件在压坏后(达到极限抗压强度,试验机回油)试件棱角分明,再此放到压力机上承压,还具有相当大的承载力,即钢纤维混凝土的残余强度高。所谓残余抗压强度,是指第一次加荷至极限抗压强度后,钢纤维混凝土试件在第二次以及,以后多,次加荷时达到的极限抗第13页,共16页,编辑于2022年,星期一压强度值。多次加荷时试件所达到的承载力称为残余支撑力。残余支撑力和残余抗压强度的存在就是钢纤维混凝土裂后能继续良好工作的原因。钢纤维混凝土在多次重复荷载作用布具有良好的性能,在达到极限承
11、载力后,裂缝细小i闭合、整体性能好,并能多次承受极限荷载i使钢纤维混凝土能够应用于抗震、抗爆工程中,尤其适合作为抗震消能结构体系中的消能构件。工程l,2层结构面层所要求的超平地面,采用的碳纤维混凝土,其纤维材料密度约为玻璃纤维的70,抗拉强度虽与玻璃纤维基本相同,弹性模量却高出玻璃纤维好几倍。在现有的工业纤维中,碳纤维的强度、弹性模量都是最高的。此外,碳纤维还具有以下几个优点:优异的耐碱、耐海水等抗化学腐蚀性,除硝酸等强酸外不怕其他酸碱的腐蚀;具有导电性,碳纤维增强混凝土(CFRC)板装饰电子计算机房,可防止静电感应;具有超高温耐热特性,可在3000高温条件下使用;对人体无害;可用混凝土搅拌机
12、拌合;可挤压成型、加压成型,可用湿式喷射法喷射混凝土施工等等优点。实际施工中按常规的施工流程即可完成,工人不需要特别的培训。第14页,共16页,编辑于2022年,星期一纤维混凝土在其它领域的广泛应用限制了纤维增强混凝土广泛应用的因素,不是材料及成品性能,而是因为材料高昂的价格和不易获得。纤维大多较昂贵,除非为了满足具体的专门用途的工程,实现高强度与超平整度的目标,则纤维增强混凝土价格成为可以接受的条件。通过笔者查阅各种期刊,发现近年来,纤维混凝土在许多方面应用中获得成功。已用做公路、跑道的复面材料以及防水屋面,以减少开裂及铺砌厚度;用于大坝的溢洪道以减少气穴破坏;同时也用于核反应堆。在耐火混凝土以及用作隧道衬砌的喷射混凝土中应用,可减少结构破坏。石棉水泥早已用于制作管子、耐火板及薄平板中,同样也用于薄的预制板。总之,纤维增强混凝土的应用范围在不断扩大,因为施工实践中更大地体现了材料吸收能量的特性,同时兼顾了材料价格及取材方便方面的因素,相信随着材料的广泛获得和人们对纤维混凝土的深入了解,其应用将更广泛。第15页,共16页,编辑于2022年,星期一谢谢观赏第16页,共16页,编辑于2022年,星期一