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纖維混凝土概述

2005-05-09 00:00
    80年代以來(lái)美國(guó)合成材料化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)了一種纖維絲(稱(chēng)FIBERMESH),并將其應(yīng)用于混凝土建筑物,通過(guò)大量材料性能和工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn),現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。對(duì)增強(qiáng)混凝土早期抗拉強(qiáng)度,防止早期由沉陷、水化熱、干縮而產(chǎn)生的內(nèi)蘊(yùn)微裂紋,減少表現(xiàn)裂縫和開(kāi)裂寬度,增強(qiáng)混凝土的防滲性能、抗磨損抗沖擊性能及增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性有顯著作用?,F(xiàn)就纖維混凝土的主要性能和適用范圍作一簡(jiǎn)要介紹。

    1.混凝土的非結(jié)構(gòu)性裂縫

    混凝土出現(xiàn)裂縫,長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為是一種正常的現(xiàn)象,并認(rèn)為不影響其使用。當(dāng)混凝土應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度時(shí)就出現(xiàn)裂縫。由外力所產(chǎn)生應(yīng)力而引起的裂縫可用提高混凝土鋪砌面、板墻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加以補(bǔ)償。然而由混凝土本身收縮引起的內(nèi)蘊(yùn)應(yīng)力長(zhǎng)期以來(lái)是一個(gè)需加控制 的問(wèn)題。由于這類(lèi)裂縫不可預(yù)見(jiàn)它們發(fā)生的種類(lèi)、位置和機(jī)理,其絕大多數(shù)是由于干燥過(guò)程產(chǎn)生的收縮應(yīng)力引起的內(nèi)蘊(yùn)裂縫。這些裂縫是混凝土澆筑后的第一個(gè)24h內(nèi)形成。沉陷和收縮裂縫初期在一段時(shí)間內(nèi)是無(wú)法觀察到的,它們常被表面抹光于表面彌合,或者只是不夠?qū)?而看不到,直到混凝土裂縫由于荷載使這些微裂隙薄弱面發(fā)展成可見(jiàn)裂縫。

    塑性收縮裂縫一般貫穿整個(gè)構(gòu)件或板塊,使混凝土達(dá)到其設(shè)計(jì)強(qiáng)度前就形成薄弱面而降低其整體性。幾種內(nèi)蘊(yùn)裂縫的成因和出現(xiàn)的時(shí)間如表1。

    合成纖維混凝土是在混凝土中加入由聚丙烯制成的合成材料纖維絲,以增強(qiáng)塑性混凝土的抗拉能力,顯著降低其塑性流動(dòng)和收縮微裂紋。這種減少或消除塑性裂紋使混凝土獲得其最佳的長(zhǎng)期整體性。由聚丙烯制成的合成材料纖維絲是特為應(yīng)用于混凝土而開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品,它制成纖維束。當(dāng)這種纖維束用量為0.9 kg/m3加入混凝土拌合料,經(jīng)拌合使其打開(kāi)并分散成無(wú)數(shù)單個(gè)纖維。這些纖維呈各向均勻分布于整個(gè)混凝土,使混凝土得到輔助的加強(qiáng),以防止收縮裂縫。在隨處都有纖維的混凝土中,亦可最大限度減小在有強(qiáng)度狀態(tài)下混凝土可能出現(xiàn)裂縫的寬度和長(zhǎng)度。

    加入聚丙烯纖維的混凝土可減小其泌水率和總量,增加塑性混凝土的延伸度,由此可成倍增加抗塑性沉陷裂縫的作用。

    2. 微觀補(bǔ)強(qiáng)的現(xiàn)代技術(shù)

    為避免混凝土表面裂縫,常應(yīng)用鋼絲網(wǎng),這總是擔(dān)心它們的位置是否正確或已移動(dòng),給施工增加難度。而現(xiàn)今開(kāi)發(fā)的聚丙烯纖維混凝土,是一種極為高級(jí)的在混凝土塑性和硬化過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的現(xiàn)代新技術(shù)。

    與鋼絲網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)比較,纖維混凝土除能防止裂縫的集中出現(xiàn)外,還有對(duì)混凝土補(bǔ)強(qiáng)防止塑性收縮裂縫的出現(xiàn),加強(qiáng)抗沖擊、抗磨損、抗破損,具有防銹防蝕,并有安全、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。另外纖維混凝土不必使用吊車(chē)、固定鋼絲網(wǎng)等設(shè)備,因而可加快施工進(jìn)度,節(jié)省施工費(fèi)用。

    合成材料纖維絲是一種惰性材料,并不影響混凝土的成型特性,它能適應(yīng)多種表面處理工藝,如壓實(shí)成型、手抹刀擠抹、動(dòng)力抹壓、表面涂層處理、涂顏色、干刷、加入液體早強(qiáng)硬化劑和加氣劑等。

    纖維混凝土不會(huì)生銹和表面有銹蝕污點(diǎn),合成纖維絲不腐蝕和耐酸堿。在通常纖維用量下新鮮混凝土粘滯性亦即振動(dòng)時(shí)的和易性好,不因加入纖維而影響其和易性。纖維不對(duì)水泥的化學(xué)水解作用產(chǎn)生任何影響,它完全是純力學(xué)作用改善其工作和力學(xué)性能。預(yù)先加入的纖維,在中心混凝土工廠或混凝土攪拌卡車(chē)上按規(guī)定時(shí)間和速度拌合,卸料后纖維都能均勻分布于混凝土中,攪拌過(guò)度也不會(huì)改變其工作性能。

    3. 纖維束--先進(jìn)的混凝土技術(shù)

    美國(guó)生產(chǎn)合成材料纖維束的公司FIBERMESH在全世界范圍實(shí)施一項(xiàng)連續(xù)的研究計(jì)劃,以推動(dòng)纖維束用于混凝土結(jié)構(gòu),在一些著名的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行的研究有:塑性裂縫、沖擊 試驗(yàn)、撓曲強(qiáng)度、靜載強(qiáng)度試驗(yàn)、耐久性、噴漿、氯離子穿透性、鋼筋腐蝕、疲勞強(qiáng)度、抗磨損、受拉應(yīng)力應(yīng)變、流變性能、裂縫寬度、粘結(jié)性能、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、泌水性、抗震試驗(yàn) 、抗凍性、稠度、石油反應(yīng)、耐久級(jí)別。

    纖維束是專(zhuān)為發(fā)展新型混凝土而生產(chǎn)的合成材料產(chǎn)品。合成材料工業(yè)和混凝土技術(shù)工程師們緊密合作以發(fā)展新型混凝土、灰漿、砂漿和澆筑制品的研究和生產(chǎn),這為合成材料在混凝土工業(yè)中的應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)保證。根據(jù)試驗(yàn)研究和應(yīng)用實(shí)踐,纖維混凝土有下列優(yōu)點(diǎn)。

    3.1 減少塑性裂縫和混凝土的滲透性

    試驗(yàn)表明,摻加合成材料纖維的混凝土,明顯增加了混凝土早期抗收縮裂縫和震動(dòng)引起 裂縫的能力。加入量為0.9kg/m3聚丙烯纖維增大了抗拉強(qiáng)度,這一點(diǎn)特別重要。因?yàn)榇蟛糠只炷亮芽p在澆筑后第一個(gè)24h內(nèi)產(chǎn)生,這時(shí)混凝土最敏感產(chǎn)生震動(dòng)裂縫、收縮裂縫和沉陷裂縫。早期裂縫一旦發(fā)生,會(huì)增加混凝土的滲透性,并使混凝土暴露于易損傷環(huán)境的表面增加,這使混凝土早期老化,并縮短其使用壽命。

    在加州大學(xué)伯克利分校和圣荷西州立大學(xué)進(jìn)行板件裂縫試驗(yàn)表明,纖維絲在控制混凝土 裂縫的作用甚至在不是很好的養(yǎng)護(hù)條件下都十分明顯。試驗(yàn)采用了很多不同原料和配比,并加和不加纖維摻料兩種情況,無(wú)一例外,纖維混凝土在抑制裂縫發(fā)生方面比無(wú)纖維的對(duì)比試件要少90%~100% ?;炷涟鍨闊o(wú)纖維摻加料的試板,2.5h就開(kāi)始有微細(xì)裂縫,大部分裂縫在4h就已出現(xiàn)。而摻纖維的混凝土板在25h,甚至28d后未見(jiàn)裂縫。

    對(duì)素混凝土和加入不同量纖維的補(bǔ)強(qiáng)混凝土試件的滲透性進(jìn)行比較,由滲透量表明,在摻加量為9593kg/m3時(shí),滲透系數(shù)減少33%~44%,而摻加量為1.186 kg/m3時(shí),滲透系數(shù)減少高達(dá)79%。

    3.2增強(qiáng)抗磨損能力

    應(yīng)用美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)所采用的混凝土或砂漿表面抗磨損試驗(yàn)(轉(zhuǎn)動(dòng)切削法)方法,以評(píng)價(jià)其抗磨損性能。其結(jié)果表明,根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)切削試驗(yàn)法纖維混凝土增強(qiáng)抗磨損能力105%。使用纖維后增加的粗糙度,將使混凝土在同樣外露表面磨損試驗(yàn)條件下,抗磨損能力增加1倍。

    也曾與挪威高速公路試驗(yàn)室合作進(jìn)行抗磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)在挪威有釘帽的輪胎測(cè)試混凝土磨損試驗(yàn)機(jī)?