1.4纤维在混凝土中的作用
在混凝土中掺入短而细且均匀分布的纤维后,明显具有阻裂、增强和增韧的效果。
纤维与水泥基材料复合的主要目的在于克服后者的弱点,以延长其使用寿命,扩大其应用领域。纤维在混凝土中主要起着以下三方面的作用:
1)阻裂作用
纤维可阻碍混凝土中微裂缝的产生与扩展,这种阻裂作用既存在于混凝土的未硬化的塑性阰段,也存在于混凝土的硬化阰段。水泥基体在浇注后的24 h内抗拉强度低,若处于约束状态,当其所含水分急剧蒸发时,极易生成大量裂缝,此时,均匀分布于混凝土中的纤维可承受因塑性收缩引起的拉应力,从而阻止或减少裂缝的生成。混凝土硬化后,若仍处于约束状态,因周围环境温度与湿度的变化而使干缩引起的拉应力超过其抗拉强度时,也极易生成大量裂缝,在此情况下纤维仍可阻止或减少裂缝的生成。
2)增强作用
混凝土不仅抗拉强度低,而且因存在内部缺陷而往往难于保证。当混凝土中加入适的纤维后,可使混凝土的抗拉强度、弯拉强度、抗剪强度及疲劳强度等有一定的提高。
3)增韧作用
纤维混凝土在荷载作用下,即使混凝土发生开裂,纤维还可横跨裂缝承受拉应力并可使混凝土具有良好的韧性。韧性是表征材料抵抗变形性能的重要指标,一般用混凝土的荷载—挠度曲线或拉应力—应变曲线下的面积来表示的。
另外,还可提高和改善混凝土的抗冻性、抗渗性以及耐久性等性能。
在此,应该强调的是纤维混凝土中纤维的作用,并非所有纤维都能同时起到以上三方面的作用,有时只起到其中两方面或单一方面的作用,这与纤维品种、纤维性能、纤维与混凝土界面间的粘结状况以及基体混凝土的类别和强度等级等因素密切相关。
1.5纤维混凝土的特性
(1)降低早期收缩裂缝,并可降低温度裂缝和长期收缩裂缝。
(2)裂后抗变形性能明显改善,弯曲韧性提高几倍到几十倍,极限应变有所提高。破坏时,基体裂而不碎。
(3)高弹模纤维对混凝土抗拉、抗折、 抗剪强度提高明显,对于低弹模纤维变化幅度不大。
(4)弯曲疲劳和受压疲劳性能显著提高。
(5)具有优良的抗冲击、抗爆炸及抗侵彻性能。
(6)高弹模纤维用于钢筋混凝土和预应力混凝土构件,可提高抗剪、抗冲切、局部受压和抗扭强度并延缓裂缝出现,降低裂缝宽度,提高构件的裂后刚度、延性。
(7)混凝土的耐磨性、耐空蚀性、耐冲刷性、抗冻融性和抗渗性有不同程度提高。
(8)特殊纤维配制的混凝土,其热学性能、电学性能、耐久性能较普通混凝土也有变化。如碳纤维混凝土导电性能显著提高,并具有一定“压阻效应”;低熔点合成纤维配制的纤维混凝土在火灾过程中,细微纤维熔化可降低混凝土的爆裂。
(9)使拌合料的工作性有所降低,因此在配合比设计和拌合工艺上采取相应措施,使纤维在基体中分散均匀,拌合料具有良好的工作性。
(10)提高混凝土的耐久性。
应该说明的是,纤维混凝土的上述特性,并非所有纤维混凝土都同时具有这些特性,纤维混凝土的特性与纤维品种、纤维性能、纤维与混凝土界面间的粘结状况以及基体混凝土的类别和强度等级等因素有关。