（一）复合力学理论
复合力学理论是以连续纤维复合材料理论为基础，结合钢纤维在混凝土中的分布特点形成的。该理论是将复合材料视为以纤维为一相，基体为另一相的两相复合材料。
（二）纤维间距理论。纤维间距理论又称纤维阻裂理论，是1963年由J.P.Romualdi和J.B.Batson提出来的。该理论根据线弹性断裂力学理论解释纤维对裂缝发生和发展的约束作用，认为欲增强混凝土这种本身带内部缺陷的脆性材料的抗拉强度，必须尽可能地减少内部缺陷的尺寸，提高韧性，降低裂缝尖端的应力强度因子、减少裂缝尖端的应力集中作用，故在裂缝处用纤维连接，受拉时跨越裂缝的纤维将荷载传递给裂缝的上下表面，使裂缝处材料仍能继续承载，这样，因裂缝的出现孔边应力集中程度就缓和，随着桥接裂缝纤维数目的增多，纤维间距越小，缓和裂缝尖端应力集中程度越大，对裂缝尖端产生的反向应力场也越大，当纤维数量增加到密布于裂缝时，应力集中就会消失，进一步表明纤维的阻裂效应，即在复合材料结构形成和受力破坏的过程中，有效地提高了复合材料受力前后阻裂引发与扩展的能力，达到钢纤维对混凝土增强与增韧目的。
（三）界面应力传递的剪滞理论。钢纤维混凝土中钢纤维周围的水泥基体结构与自身结构是不相同的，即在钢纤维与基体之间存在着界面层。钢纤维混凝土的性能主要取决于混凝土基体性能、钢纤维含量以及它们之间的界面特性。假定界面是一层厚度可以忽略的薄层，但具有一定的力学性能。当荷载作用于钢纤维混凝土时，荷载一般先施加于低弹性的基体，然后通过纤维-基体的界面，把一部分荷载传递给高弹模的纤维，使纤维和基体共同承担荷载，从而起到增强的作用。
二、钢纤维混凝土的应用
钢纤维混凝土作为一种新型复合材料，以其优良的抗拉、抗弯、阻裂、耐冲击、耐疲劳、高韧性等物理力学性能，目前已被广泛应用于建筑工程、水利工程、公路桥梁工程、公路路面和机场道面工程、铁路公程、管道工程、内河航道工程、防暴工程和维修加固工程等各个专业领域。
（一）水利工程
钢纤维混凝土在水利工程中的应用比较广泛，主要将其用于受高速水流作用以及受力比较复杂的部位，如溢洪道、泄水孔、有压疏水道、消力池、闸底板和水闸、船闸、渡槽、大坝防渗面板及护坡等。这些部位对混凝土材料自身的抗拉强度、抗剪强度以及抗裂性能的要求都比较高，也正发挥了钢纤维混凝土的自身优势。我国在实际工程中应用的有：三峡工程、小浪底水利枢纽工程、三门峡泄水排砂底孔等工程。以上工程都获得了较为满意的效果，并取得了较好的经济效益。
（二）建筑工程。钢纤维混凝土在建筑工程中的影响越来越广泛，一般应用于房屋建筑工程、预制桩工程、框架节点、屋面防水工程、地下防水工程等工程领域中。如抗震框架节点中使用钢纤维混凝土，能代替箍筋满足节点对强度、延性、耗能等方面的要求，而且还能提供类似于箍筋约束混凝土的作用，并解决节点区钢筋挤压使混凝土难于浇注的施工问题；钢纤维混凝土还具有良好的抗裂性，可使构件在标准荷载下处于弹性阶段而不裂，不出现应力的重分布；用钢纤维混凝土制成的自防水预应力屋面板，不仅提高了自防水预应力屋面板的抗裂性能，同时也减少了纵向预应力筋的配筋率，提高了结构的耐久性。钢纤维混凝土在建筑中的应用实例有：福州东方大厦、沈阳市急救中心站综合楼、江苏省丹阳市中医院、辽阳市食品公司办公楼等工程。三）道路和桥梁工程。钢纤维混凝在道路和桥梁工程方面，主要广泛应用于路面、桥梁、机场跑道等工程中，包括新建及修补工程。钢纤维混凝土较普通混凝土有较好的韧性，抗冲击、抗疲劳性。它可使面层厚度减少，伸缩缝间距加长，使用性能提高，维修费用减低，寿命延长。面层较普通混凝土可减少30-50%，公路伸缩缝间距可达30-100m，机场跑道的伸缩缝间距可达30m。用于路面及桥面修补时，其罩面厚度仅为3-5cm。在实际工程中有：北京东西环路立交桥、沪杭高速公路成渝公路、大足朱溪大桥、广州解放大桥等工程中都采用了钢纤维混凝土解决工程难题，使用效果较好，经济效益显著。
（四）铁路工程。在铁路工程方面，钢纤维混凝土主要用于预应力钢纤维混凝土铁路轨枕、双块式铁路轨枕及抢修铁路桥面防水保护层中。铁路工程承受较大的荷载、较高的速度和数万次的振动，所以要求混凝土必须具有较高的强度、较高的抗冲击性及较大的塑性。这正好利用了钢纤维混凝土的抗冲击性及较好的塑性。建成的工程有：沈阳铁路局长达线维修工程、柳州铁路局黔桂铁路铺设工程、南昆铁路隧道工程和西安安康铁路椅子山隧道等工程土。钢纤维混凝土的应用，使维修工作量大为减少，并提高了线路的使用寿命，效果良好。
（五）港口及海洋工程。钢纤维混凝土在海洋工程中的使用主要是钢纤维混凝土的腐蚀问题，所以有待进一步研究，但在日本和挪威的使用经验是令人鼓舞的。日本钢铁俱乐部采用钢纤维混凝土作钢管桩防腐层，在海水中浸泡10年，钢纤维混凝土防腐完好，钢管表面无锈蚀，仍有金属光泽。挪威将钢纤维混凝土用于北海海底输气管道的隧道衬砌、Forsmark核电站海底核废料库的支护、海洋平台后张预应力管道孔的封堵以及码头混凝土受海水腐蚀部位的修补等。我国江苏石舀港码头的轨道梁工程中也使用了钢纤维混凝土。
除了上述领域外，还有很多钢纤维混凝土的应用的实例，如承受重级工作制造工业厂房和仓库地面、薄壁蓄水结构、预制板、离心管、污水井、游泳池、耐火混凝土和耐火材料、抗爆结构、各类建筑物和构筑物的修补、补强加固、抗震加固等。
三、结束语
钢纤维混凝土具有普通混凝土不具有的优点，且具有良好的经济效益，其在民用建筑楼地面、公路路面、预制构件水利工程、港口码头、机场跑道和停机坪、桥梁隧道以及各种构筑物等方面的应用前景将是十分广阔的前景。
参考文献：
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（四）铁路工程。在铁路工程方面，钢纤维混凝土主要用于预应力钢纤维混凝土铁路轨枕、双块式铁路轨枕及抢修铁路桥面防水保护层中。铁路工程承受较大的荷载、较高的速度和数万次的振动，所以要求混凝土必须具有较高的强度、较高的抗冲击性及较大的塑性。这正好利用了钢纤维混凝土的抗冲击性及较好的塑性。建成的工程有：沈阳铁路局长达线维修工程、柳州铁路局黔桂铁路铺设工程、南昆铁路隧道工程和西安安康铁路椅子山隧道等工程土。钢纤维混凝土的应用，使维修工作量大为减少，并提高了线路的使用寿命，效果良好。
（五）港口及海洋工程。钢纤维混凝土在海洋工程中的使用主要是钢纤维混凝土的腐蚀问题，所以有待进一步研究，但在日本和挪威的使用经验是令人鼓舞的。日本钢铁俱乐部采用钢纤维混凝土作钢管桩防腐层，在海水中浸泡10年，钢纤维混凝土防腐完好，钢管表面无锈蚀，仍有金属光泽。挪威将钢纤维混凝土用于北海海底输气管道的隧道衬砌、Forsmark核电站海底核废料库的支护、海洋平台后张预应力管道孔的封堵以及码头混凝土受海水腐蚀部位的修补等。我国江苏石舀港码头的轨道梁工程中也使用了钢纤维混凝土。
除了上述领域外，还有很多钢纤维混凝土的应用的实例，如承受重级工作制造工业厂房和仓库地面、薄壁蓄水结构、预制板、离心管、污水井、游泳池、耐火混凝土和耐火材料、抗爆结构、各类建筑物和构筑物的修补、补强加固、抗震加固等。
三、结束语
钢纤维混凝土具有普通混凝土不具有的优点，且具有良好的经济效益，其在民用建筑楼地面、公路路面、预制构件水利工程、港口码头、机场跑道和停机坪、桥梁隧道以及各种构筑物等方面的应用前景将是十分广阔的前景。
参考文献：
关键词：纤维素纤维；抗渗性能；抗冻性能；抗裂性能；耐久性
中图分类号：U444文献标志码：A文章编号：
1672-1683（2015）001-0096-03
Research on durability of High-strength cellulose fiber reinforced concrete
LIU Jie1，ZHANG Jian-feng2，PENG Shang-shi2，XIAO Kai-tao2
（1.Construction and Administration Bureau of South-to-North Water Diversion Middle Route Project，Beijing 100038，China；2.Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）
Abstract：Efect of cellulose fiber on permeability resistance，freeze-thaw resistance，and early cracking resitance of high-strength concrete was investigated in this paper.The experimental results indicate that permeability resistance are improved and inhibited because of the addition of cellulose fiber.The freeze-thaw resistance was scarcely changed，but the plastic cracks of the concrete during the early period are inhabited which mean that freeze-thaw resistance are improved.When the water-cement ratio is the same，there are almost no changes on concrete durability of different the largest particle size of aggregate.
Key words：cellulose fiber；permeability resistance；freeze-thaw resistance；cracking resitance；durability
1概述
南水北调是优化我国水资源配置，促进经济社会可持续发展的重大战略性基础工程。大型输水渡槽作为关键的控制性工程，其结构不仅要有足够的强度和承载力，还应具有良好的抗裂、抗渗和抗冻等耐久性能。南水北调中线湍河渡槽作为世界上最大的U型输水渡槽工程，其对渡槽混凝土的耐久性能要求更高。但高强混凝土由于水泥用量大，水胶比低，使得混凝土的温度收缩和自收缩大[1-2]，这将导致混凝土结构极易开裂。混凝土一旦出现裂缝，就会破坏结构的完整性，降低混凝土的耐久性[3]。
纤维素纤维作为一种新型的工程用纤维，与传统的聚丙烯等合成纤维相比，其直径和比表面积更小，因此其与水泥浆体的黏结力更强；此外纤维素纤维作为一种木质纤维，本身就具备极好的亲水性，在新拌混凝土中能够吸附一部分自由水，而且纤维基体内部有天然空腔，能够储存一定量的自由水，在水泥水化的过程中，这两部分水分会缓慢释放，促进水泥继续水化，补偿混凝土的收缩[4]；此外纤维素纤维的抗拉强度和弹性模量也比传统的合成纤维更大。本文结合南水北调中线干线湍河渡槽工程，研究掺纤维素纤维高强混凝土的抗渗、抗冻和抗裂等耐久性能，以为掺纤维素纤维高强混凝土更广泛应用提供一定的技术依据。
2原材料及配合比
2.1原材料
试验水泥采用中国联合水泥集团邓州中联水泥公司生产的“中联”牌42.5普通硅酸盐水泥，水泥物理性能试验结果见表1；粉煤灰为河南鸭河口粉煤灰开发有限公司生产的I级粉煤灰，粉煤灰品质检验结果见表2；细骨料为天然砂，取自湍河渡槽工程施工现场张坡砂场，粗骨料为人工碎石，取自鄂沟西石料场；外加剂采用上海马贝建筑材料有限公司生产的SP-1聚羧酸减水剂和PT-C1引气剂。
试验采用上海罗洋新材料科技有限公司生产的UF500纤维素纤维。纤维性能检测结果见表3。
2.2配合比
混凝土设计强度等级为C50，水胶比为0.30，二级配混
表1水泥的物理性能
表2粉煤灰品质检验结果
表3纤维检测结果
凝土骨料组合选择为中石∶小石=55∶45，由于渡槽的配筋密集，钢筋间距较小，为了更好的满足现场浇筑要求，因此还选择骨料最大粒径为30 mm和25 mm的配合比，骨料最大粒径为30 mm或25 mm时，中石∶小石=50∶50，具体配合比见表4。
表4混凝土配合比
3试验结果及分析
3.1纤维素纤维对混凝土力学性能的影响
不同配合比的混凝土抗压强度、轴拉强度、极限拉伸值和拉压比结果见表5。从表中可知，掺入纤维素纤维后，抗压强度基本无明显变化，7 d轴拉强度则提高了7%，28 d轴拉强度则提高了4%，7d极限拉伸值基本相同，28 d极限拉伸值则提高了10%；7 d拉压比提高了8%，28 d拉压比仅提高了3%；随着骨料最大粒径的降低，28 d龄期的拉压比也有降低的趋势。实际上拉压比和极限拉伸值在一定程度上表征了混凝土的抗裂性能，一般认为极限拉伸值和拉压比越大，混凝土的抗裂性能越好，而掺入纤维素纤维的混凝土拉压比和极限拉伸值都有一定的增加，说明纤维素纤维对提升混凝土抗裂性能是有利的。
表5混凝土力学性能试验结果
3.2纤维素纤维对混凝土抗渗性能的影响
混凝土28 d龄期的抗渗性能部分试验结果见表6。试验结果表明，掺入纤维素纤维后，混凝土的渗水高度和相对渗透系数都有一定程度的降低，渗水高度降低了20%，相对渗透系数降低了约36%，降低幅度并不是很大主要是由于高强混凝土胶凝材料用量大，本身就比较密实。相同水胶比，不同骨料最大粒径的混凝土抗渗性差别不大，其中最大粒径为20 mm的混凝土抗渗性最好。
由此可见，掺入纤维素纤维可以明显改善高强混凝土的抗渗性能，这主要是因为纤维的掺入增加了拌和料的刚性，减少集料沉降，减少了泌水通道的形成，增加了流体由泌水通道进入混凝土内部的难度[5]；此外，纤维还能限制混凝土基体收缩，阻止微裂缝的形成与扩展，并且还能改善孔结构，增加混凝土基体的密实程度，从而提高其抗渗透能力[6]。而且纤维素纤维内部特有的天然空腔，能够储存一定量的自由
表6混凝土抗渗性能试验结果
水，在水泥水化的过程中，这两部分水分会缓慢释放，促进水泥继续水化，补偿混凝土的收缩。N.Banthial等人[7]系统研究了混凝土试件在不受压力荷载、受不同压力荷载作用下，纤维素纤维对混凝土的抗渗性能的影 响。其研究结果表明：在不受压力荷载作用下，纤维素纤维的掺入能够明显降低混凝土的渗透性能；在受压力荷载作用下，当压力 从0增加到0.3（为试件的抗压强度）时，素混凝土与纤维素纤维混凝土的渗透性都明显降低；随着压力的增加并超过一临界值时，素混凝 土的渗透性快速明显增加，纤维素纤维混凝土的渗透性虽然也增加，但是其抗渗性还是要优于 相应不加压力荷载的情况 。
3.3纤维素纤维对混凝土抗冻性能的影响
混凝土28 d龄期的抗冻性能部分试验结果见表7。试验结果表明，混凝土的质量损失率随冻融循环次数的增加而增大，相对动弹模量随冻融循环次数的增加而降低，掺入纤维素纤维后，混凝土的质量损失率和相对动弹模量基本没有变化，说明在冻融循环初期，尤其是200次循环前，纤维素纤维对改善混凝土抗冻性能的作用并不显著，这是因为早期混凝土的初始缺陷对其抗冻性能的影响要比纤维明显。相同水胶比，不同骨料最大粒径的混凝土抗冻性差别不大。
表7混凝土抗冻性能试验结果
3.4纤维素纤维对混凝土抗裂性能的影响
混凝土抗裂性的平板试验装置及测试方法最早由日本大学笠井芳夫（Yoshio KASAI，1976年）和美国圣约瑟（San Jose）州立大学的kraai（1985年）提出[8]，此后平板试验装置的尺寸有所变化。在对混凝土因塑性收缩和干燥收缩而引起开裂问题的研究中，美国密西根州立大学Parviz Soroushian等人采用了一种弯起波浪形薄钢板提供约束的平板式试验装置。此方法也被ICC-ES推荐为检测合成纤维混凝土抗裂性能的标准方法（AC 32-2003）。
混凝土平板法抗裂试件的试验结果见表8，平板法试件
表8混凝土平板法抗裂试验结果
的开裂参数见表9。
表9混凝土平板法试件的开裂参数
试验结果表明，掺入纤维素纤维后，混凝土的开裂时间延后了40 min，最大裂缝宽度减小达60%以上，平均开裂面积减少70%，单位面积的裂缝数目减少50%，单位面积的开裂面积降低更是降低85%，抗裂等级也明显提升，这说明可有效抑制混凝土早期塑性收缩，提高混凝土的抗裂性能。相同水胶比，不同骨料最大粒径的混凝土抗裂性能之间相差较小。一方面这是因为存在于混凝土表层的纤维阻止了表面水分的迁移，从而降低了毛细管失水收缩形成的毛细管张力；另一方面数量众多的纤维在混凝土中形成了三维乱向分布，纤维与水泥基之间的界面黏结力、机械咬合力等增加了混凝土塑性和硬化初期的抗拉强度[10]，从而有效地抑制早期收缩裂缝的产生和发展。
4结论
（1）纤维素纤维的混凝土拉压比和极限拉伸值都有一定的增加，其中极限拉伸值的增加幅度较大，可达到10%；抗渗性能也能得到明显改善，渗水高度降低了20%，相对渗透系数降低了约36%，但对混凝土早期抗冻性能的作用不明显。
（2）纤维素纤维能推迟混凝土开裂时间、减少开裂面积和裂缝数目，有效抑制混凝土早期塑性收缩，提高混凝土的抗裂性能。
（3）相同水胶比，不同骨料最大粒径的混凝土对混凝土力学性能、抗渗性能、抗冻性能和抗裂性能影响较小。
参考文献：
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关键词:高温；纤维；混凝土；力学性能
我国城市化水平的迅速提高，带动建筑业的飞速发展。房屋密集程度加大，高层超高层建筑越来越多，人口居住密度不断增大，建筑物发生火灾的概率明显加大。建筑物一旦发生了火灾，将给人民群众的生命财产和安全造成巨大的损失［1，2］。据统计，现阶段我国每年发生的火灾中，建筑火灾占火灾总数的一半以上，直接经济损失占火灾总损失的80%以上［3］。混凝土以其取材方便、制备简单、适应性强等特点，被作为结构的主导材料大量应用于土建工程中，并且还将会长期占据土木工程领域的主导地位。纤维混凝土是以混凝土为基体，以金属纤维或有机纤维增强材料组成的一种水泥基复合材料，最常见的纤维就是钢纤维、聚丙烯纤维及二者混杂使用［4～6］。掺入的纤维可以有效地克服混凝土抗拉强度低、易开裂、抗疲劳性能差等固有缺陷［7，8］。聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土及混杂纤维混凝土在工程中实际都有大量的应用，因此研究其高温后的力学性能变化十分有必要。研究普通混凝土、聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土及混杂纤维混凝土在高温后力学性能的变化及残余值，对火灾后建筑物的安全评定及加固提供指导。
1原材料及试验方法
1．1原材料
江西海螺P•O42．5普通硅酸盐水泥;江西德安碎石，5～20mm连续级配;赣江中砂，细度模数2．7，含泥量0．8%。聚丙烯纤维由长沙博赛特建筑工程材料有限公司提供，性能参数如表1所示：钢纤维来自浙江博恩金属制品有限公司，性能参数如表2所示。
1．2试验方法
抗压强度试件采用100mm×100mm×100mm模具成型，抗折强度试件采用100mm×100mm×400mm模具成型。1d后脱模，在标准养护室中养护至28d龄期进行相应测试。高温炉升温速度为10℃/min，分别升高至200℃、400℃、600℃和800℃，保持3h以保证试件内外温度一致，加热结束后自然冷却，7d后进行力学性能测试。
1．3混凝土配合比
以强度等级为C40混凝土为研究对象，研究其高温后力学性能的变化。配合比如表3所示，其中纤维量按照体积掺量掺入。
2结果与讨论
2．1纤维混凝土高温后抗压强度变化
普通混凝土及纤维混凝土在20℃、200℃、400℃、600℃和800℃后抗压强度值及抗压强度残余率如图1、图2所示。如图1所示，普通混凝土及纤维混凝土抗压强度值都随着温度的升高而降低，在相同温度条件下，各组混凝土抗压强度值的大小都呈现如下规律:普通混凝土＜聚丙烯纤维混凝土＜混杂纤维混凝土＜钢纤维混凝土。如图2所示，普通混凝土及纤维混凝土抗压强度残余率都随着温度的升高而降低，在相同温度条件下，各组混凝土抗压强度残余率变化规律与强度值变化规律有所不同:普通混凝土＜聚丙烯纤维混凝土＜钢纤维混凝土＜混杂纤维混凝土。这说明纤维混凝土较普通混凝土具有更高的耐高温性能。不同温度条件下，各组混凝土受温度影响也不尽相同。200℃时，普通混凝土抗压强度残余率为79%，而纤维混凝土都保持在85%～88%之间;400℃时，普通混凝土抗压强度残余率只有54%，纤维混凝土达到70%～73%;600℃时，普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土的抗压强度残余率为38%左右，钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土抗压强度残余率大于50%;800℃时，普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土的抗压强度残余率为23%左右，钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土抗压强度仍具有33%残余。普通混凝土随着温度的增加，都呈现出明显的强度损失;当温度小于400℃时，纤维混凝土都具有很高的抗压强度残余率，当温度大于400℃时，聚丙烯纤维混凝土抗压强度残余率显著降低;钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土在不同温度条件下，都具有较高的抗压强度残余率。
2．2纤维混凝土高温后抗折强度变化
普通混凝土及纤维混凝土在20℃、200℃、400℃、600℃和800℃后抗折强度值及抗压强度残余率如图3、图4所示。如图3所示，各组混凝土抗折强度值都随着温度的升高而降低，在相同温度条件下，各组混凝土抗折强度值的大小与抗压强度具有相同规律，不同的是，钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土的抗折强度明显高于普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土。如图4所示，各组混凝土抗折强度残余率都随着温度的升高而降低;200℃、400℃和600℃条件下，各组混凝土抗折强度残余率规律相同:混杂纤维混凝土＜钢纤维混凝土＜普通混凝土＜聚丙烯纤维混凝土，温度为800℃时为:普通混凝土＜聚丙烯纤维混凝土＜混杂纤维混凝土＜钢纤维混凝土。钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土的抗折强度在各个温度条件下都明显大于普通混凝土及聚丙烯纤维混凝土;聚丙烯纤维的掺入使得混凝土抗折强度略有增长，但不明显;钢纤维和混杂纤维显著增加了混凝土的抗折强度。在800℃条件下，钢纤维混凝土的抗折强度仍大于7MPa，与20℃时普通混凝土抗折强度相差不大(8．3MPa)。
2．3机理分析
混凝土及纤维混凝土在高温后力学性能发生明显变化，究其原因主要分为以下两方面:一是混凝土自身原因，另一个是不同种类纤维的理化性能不同。200℃时，自由水和物理结合水逸出，Aft发生分解，水化产物有所减少，水泥浆的热膨胀，会导致骨料水泥浆体界面处原始裂纹的发展，从而导致混凝土强度衰减［9，］。400℃左右时，水泥浆体中的水化硅酸钙和水化铝酸钙开始脱水，同时大量水蒸气的外逸冲刷和挤胀作用，又扩大了裂纹和孔隙，使水泥浆体中孔隙平均尺寸和微裂纹迅速增大，混凝土力学性能进一步降低。500℃时，水泥石中的氢氧化钙晶体受热分解，引起吸热反应，孔隙含量急剧增加［10］;硅质骨料中的二氧化硅晶体发生相而体积膨胀，骨料体积的增加使得骨料与水泥浆体之间的裂缝增大。600℃时，孔隙水完全失去，混凝土宏观破坏开始，因而其力学性能大幅下降，在600～700℃之间C－S－H凝胶分解［11］。800℃时石灰岩骨料膨胀、开裂，并产生二氧化碳气体，混凝土强度进一步降低。聚丙烯纤维熔点较低(168℃)，在高温下熔解而失去作用，但因其液态体积远小于固态所占空间，于是形成众多小孔隙，并由于聚丙烯纤维分散的均匀性及纤维细小且量又多，使得混凝土内部孔结构发生了变化，孔隙的连通性加强，为混凝土内部水分的分解蒸发提供了通道，从而缓解了由于水分膨胀所形成的分压，使内部压力大大降低，从而降低了水蒸气的冲刷和挤胀作用，降低裂纹的扩展［12］。因此在温度小于400℃时，聚丙烯纤维混凝土强度显著大于普通混凝土。钢纤维熔点高，自身力学性能受温度影响较小，另外，钢纤维的桥接作用和阻裂作用限制了混凝土在温度急剧变化和高温环境下产生的体积变化，减轻了混凝土内部微缺陷的引发和扩展，使混凝土在高温条件下表现出较好的力学性能［13］。
3结论
(1)混凝土及纤维混凝土的抗压强度、抗折强度及其残余率都随着温度的升高而降低。(2)纤维的掺入对混凝土高温力学性能具有改善作用，聚丙烯纤维在温度不超过400℃时改善作用显著，钢纤维在800℃时改善作用仍明显。(3)混杂纤维混凝土高温后抗压强度残余率最高。
参考文献
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关键词：聚丙烯纤维; 混凝土; 强度
中图分类号： TQ325.1+4 文献标识码： A 文章编号：1前言纤维在提高混凝土性能方面扮演着日益重要的角色。混凝土是一种脆性材料，韧性差，抗疲劳能力低，易产生裂纹，抗冲击碎裂性差，这种问题不是因为强度不够，而是耐久性不够。聚丙烯纤维对混凝土具有阻裂效果，增稠效果，界面效果减少了混凝土的离析，改善和易性，减少混凝土的收缩裂缝，提高混凝土的耐久性，对混凝土的强度也产生一定的影响，本文将研究聚丙烯纤维对不同强度等级混凝土强度的影响效果，主要研究聚丙烯纤维对不同强度等级混凝土抗压强度和抗折强度的影响规律。 2试验原材料
（1）原材料 a.水泥：山东水泥厂生产的“山水”牌P.O42.5级水泥；
b.粉煤灰；苏源徐塘电厂粉煤灰公司生产的Ⅱ级灰
表（1）水泥.粉煤灰的化学组成
c.砂：宿迁骆马湖湖砂，Ⅱ级中砂，细度模数为2.6，堆积密度1352 Kg/m3表观密度2540Kg/m3级配合格；
d.石：徐州睢宁碎石，粒径5～31.5mm；堆积密度1360Kg/m3 紧密堆积密度1560Kg/m3表观密度2650Kg/m3针片状含量11.06%压碎指标3.78
e.水：使用自来水
f.高效减水剂：采用沭阳金源科技有限公司生产的M-I高效减水剂。
表（2）具体试验基准配和比与聚丙烯纤维配合比
3聚丙烯纤维对不同强度等级混凝土强度的影响
h.聚丙烯纤维：采用了江苏射阳县永固纤维设备有限公司生产的“永固丝”直径12mm(PPFIBRE)
（2）试验配合比
3．1聚丙烯纤维对不同强度等级混凝土立方体抗压强度的影响 从表（3）可以看出，当混凝土处于较低强度等级(＜35MPa)，或者混凝土处于早期阶段(强度较低)时，在基准混凝土中掺入聚丙烯纤维可以提高混凝土立方体抗压强度：当混凝土处于较高强度等级(＞35MPa)，或者混凝土处于后期阶段(强度较高)时
掺入聚丙烯纤维会使混凝土立方体抗压强度略微降低。
表(3)具体试验基准混凝土强度与聚丙烯纤维混凝土强度
3．2聚丙烯纤维对不同强度等级混凝土抗折强度的影响。
我多次通过试验得出结论，当混凝抗折强度较低(＜45MPa)，或者混凝土处于早期阶段(强度较低)时，掺入聚丙烯纤维可以提高混凝土抗折强度；当混凝土处于较高强度等级(＞5.5MPa)，或者混凝土处于后期阶段(强度较高)时，掺入聚丙烯纤维会使混凝土抗折强度降低约10%。
4聚丙烯纤维对不同强度等级混凝土强度影响的机理分析
4．1聚丙烯纤维对混凝土立方体抗压强度的影响分析
聚丙烯纤维是一种低弹性模量的纤维，其弹性模量通常在3000～4000MPa左右，约为混凝土的弹性模量的1/10。根据复合材料力学理论，由于聚丙烯纤维的弹性模量低于混凝土的弹性模量，所以，掺聚丙烯纤维的混凝土立方体抗压强度较基准混凝土的会有所下降，但是，由于试验中聚丙烯纤维的掺量属于低掺量(0.1%左右)，这个影响并不大。
另一方面，聚丙烯纤维在混凝土的体积掺量虽然不大，但是由于其直径细(10～100m)，在体积率0.1%的况下，每立方米混凝土中有几百万、上千万甚至上亿根纤维，在混凝土基体的水泥砂浆中布满了横竖交叉的立体纤维网，这种立体纤维网与水泥浆之间存在较大的粘结应力。这个粘结应力会阻止混凝土被“拉裂”。
混凝土中掺人聚丙烯纤维后，一方面，由于聚丙烯纤维弹性模量较低，掺入到混凝土中后，会降低混凝土的立方体抗压强度；另一方面，由于聚丙烯纤维在混凝土中会分散成为立体纤维网，限制混凝土的横向变形，使混凝土立方体抗压强度提高。当混凝土强度较低时，由于混凝土的弹性模量小一些，聚丙烯纤维网的增强作用明显一些，所以掺入聚丙烯纤维后，混凝土的强度会提高：当混凝土强度较高时，由于混凝土的弹性模量大一些，聚丙烯纤维降低混凝土强度的作用明显一些，所以掺入聚丙烯纤维后，混凝土的强度会降低。但总的来说，由于纤维掺量不是很大，掺入聚丙烯纤维后，混凝土的抗压强度变化不大。
4．2聚丙烯纤维对混凝土抗折强度的影响分析
混凝土是低抗拉强度和低抗拉应变的复合材料。在混凝土硬化过程中，伴随着各种干缩的增大，导致混凝土产生许多微裂纹。混凝土受拉时，微裂纹附近产生较大的应力集中，使得混凝土的抗拉强度较低，并且“一裂就坏”。混凝土中掺人微纤维后，根据“纤维间距理论”，裂纹附近由于应力集中而产生的应力会大大变小，因此混凝土的抗折强度会增加，并且会比较明显：并且聚丙烯纤维对混凝土存在“增韧”效应和所谓“剩余弯曲强度”，即混凝土在初裂后，混凝土还不会马上破坏，还能继续承受荷载，从而提高混凝土的抗折强度。
当纤维混凝土受拉和受弯时，受拉区基体开裂后，纤维将起到承担拉力并保持基体裂缝缓慢扩展的作用，从而基体缝间也保持着一定的残余应力。随着裂缝开展，基体缝间残余应力将逐步减小，而纤维具有较大变形能力可继续承担截面上的拉力，直到纤维被拉断或从基体中拨出，而且这个过程是逐步发生的，这样纤维就起到了明显的增韧效果。 但对于高强混凝土而言，掺入纤维后，混凝土的抗折强度为什么会下降呢?作者认为，主要以下两方面的原因①混凝土本身的抗拉强度比较高，微纤维在混凝土中起得作用已经不明显了，加之微纤维的弹性模量又较低，会降低混凝土的抗拉强度；②高强度的混凝土拌合物比较粘稠，容易造成微纤维分布不均匀，并且难以密实，从而降低混凝土的抗折强度。在本次试验过程中，为了便于比较，混凝土的搅拌时间和振动成型时间都是按GB/T50081—2002规定的时间进行的，实际上，有试验表明，适当延长纤维混凝土振动时间，可以提高混凝土的抗折强度。
5结论由试验可知，对于较低强度等级的混凝土，掺聚丙烯纤维后能够提高混凝土的立方体抗压强度和抗折强度：对于中等强度的混凝土，掺聚丙烯纤维后能够提高混凝土的抗折强度，但会稍微降低混凝土的立方体抗压强度：对于高强混凝土，掺聚丙烯纤维后，混凝土的立方体抗压强度和抗折强度均会降低。
参考文献
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关键词：钢纤维混凝土，研究，应用
1.钢纤维混凝土性能
钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性
1.1新拌钢纤维混凝土性能
钢纤维有一个像砂皮般粗糙的表面,使它与水泥浆体的黏结较为牢固,可减少塌边现象。论文大全。一般情况下,钢纤维混凝土坍落度值比相应的普通混凝土小20 mm,经摊铺机振动,即表现出与普通混凝土一样的黏聚性。
1.2硬化后钢纤维混凝土性能
(1)有研究表明[3]，钢纤维掺量为30~50 kg/m3时,钢纤维混凝土的弯拉强度比普通混凝土提高约15%~35%,且与钢纤维的掺量成正比。(2)抗冲击性冲击强度反映混凝土在冲击荷载作用下的抗裂性能。将重8 kg的钢球从25 cm高度自由落下冲击经标准养护28 d的标准试件,当试件裂缝大于0.3mm时,记录的冲击次数即为冲击强度。文献表明[3]，钢纤维混凝土抗冲击性能随钢纤维掺量增加而提高。钢纤维掺量为30~50 kg/m3时,与普通混凝土相比,其抗冲击性能可提高3~5倍。(3)抗干缩开裂性能试验在工地上进行,在养护28 d水泥稳定碎石基层上浇筑普通混凝土板和钢纤维掺量为50 kg/m3的混凝土板,用碘弧灯强光和风扇强风来加快试板失水,随时观察裂缝产生的时间。与普通混凝土相比[3],钢纤维混凝土裂缝产生时间迟,裂缝产生数量少。这表明钢纤维混凝土用于路面可以延长混凝土面板缩缝间距。(4)耐磨性耐磨性试验采用TNS-04水泥胶砂耐磨试验机。试验前将尺寸为15 cm×15 cm×7 cm的试件在60℃烘箱中烘至恒重,然后在水泥胶砂试验机上磨削50转,磨损面积为0.012 5 m2。计算试件单位面积磨损量,以此作为标准来描述混凝土耐磨性。在混凝土中掺钢纤维可显著提
高其耐磨性能。与普通混凝土相比,钢纤维混凝土耐磨性能提高了24.2%[3]。
2.钢纤维混凝土的应用
钢纤维混凝土在工程中的实际应用始于上世纪70年代,由美国Battele公司开发的熔抽钢纤维技术为钢纤维混凝土的应用提供了条件。此后在加拿大、英国、瑞典、日本等国家也迅速进行这方面的应用研究。我国是从上世纪70年代着手对钢纤维混凝土进行材料力学性能的实验研究，1989年颁布《钢纤维混凝土试验方法》(CECS13: 89),1992年颁布《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》(CECS38:92), 2004年颁布《纤维混凝土结构技术规程》(CECS38: 2004)。目前纤维混凝土在结构工程、铺面工程、地下结构及其他特种结构工程等领域得到了比较广泛的应用。
在结构工程方面,那些对抗拉、抗剪、抗弯拉强度和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震、抗爆等性能要求较高的工程部位,若采用钢纤维混凝土会得到较高的抗拉强度、断裂韧性和抗疲劳等性能。例如在梁柱节点中,已有实验证明钢纤维混凝土梁柱节点与普通混凝土梁柱节点相比,在强度、刚度、耗能能力和梁钢筋粘结锚固方面有较大的改善,采用钢纤维混凝土梁柱节点的框架与普通钢筋混凝土框架相比,结构的延性提高57%,耗能能力提高130%,循环次数提高15%,在框架梁柱节点采用钢纤维混凝土可替代部分箍筋,既改善了节点区的抗震性能,又解决了节点区钢筋过密、施工困难等问题。论文大全。
铺面工程包括公路路面、机场道面、桥面、工业地面及屋面等。因钢纤维混凝土有着优良的抗拉,抗弯、抗裂、抗疲劳、抗冲击、抗收缩、韧性好等一系列物理力学性能,因此,在铺面工程领域中得到较广泛应用。论文大全。文献[4]过恩施州318国道某路段的路面设计对比,采用素混凝土路面,路面板厚度为25cm；采用层布式混杂纤维混凝土路面,路面板厚度为仅为16 cm。
地下结构所用的钢纤维混凝土一般为钢纤维增强喷射混凝土,它具有诸多特点,强度高(抗拉、抗弯、抗剪)；抵抗冲击、爆炸和震动的性能高;韧性好；抗冻、耐热与耐疲劳性能好；抗裂性能强；即使构件已产生微小裂缝,也会因钢纤维继续抗拔而使韧性大为提高。
3.总结
钢纤维混凝土具有优异的特性,使其广泛应用于各个工程领域,但其本身存在的问题,也抑制了它的应用。(1)钢纤维造价普遍较高,国产的性能相对较低,难以大规模使用；(2)钢纤维混凝土的增强机理至今也还不是很清楚,现行的几种分析理论，如复合理论和纤维间距理论都并不完善。复合理论忽略了纤维复合带来的耦合效应,纤维间距理论忽略了纤维自身的耦合作用,都有应用局限性,需待进一步的研究和探讨。(3)目前对钢纤维混凝土的研究多集中在物理性能方面,对于化学性能方面(比如耐久性)的研究相对较少。(4) 钢纤维混凝土与普通混凝土相比,在相对较低的水泥用量情况下,钢纤维混凝土具有较高的抗折强度和耐磨性能、良好的抗冲击性能和抗裂性能,非常适合在重载交通路面工程和对耐久性要求严格的工程中应用。
参考文献
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关键词：钢丝纤维；混凝土路面；性能及强度；配合比
Abstract: In the mine field mining, need to use more wire rope, commonly used wire rope for 20 to 30 mm in diameter, rope long range. In normal use and safety condition, use wire rope in April and may have to change. The wire rope shear small sections mixed with waste in the concrete, paved road and bridge deck pavement, this kind of steel fiber reinforced concrete than ordinary concrete road with properties have improved.
Keywords: Steel fiber; Concrete pavement; Performance and strength; Mix
中图分类号： U416.216文献标识码：A文章编号：
引言
钢纤维混凝土是一种纤维型材料与颗粒型材料混杂的复合材料。由于钢纤维的掺入，使脆性的基体成为具有良好韧性的钢纤维增强水泥基复合材料。钢纤维混凝土路面在动荷载下，具有良好的抗冲击、抗弯、抗拉、耐磨性能，疲劳寿命长，并具有良好的阻止和抑制因温度应力引起裂缝产生与扩展的能力。此外，钢纤维混凝土的抗冻性能良好。这些性质与路面的要求基本一致，并且可以实现按照使用要求设计材料的目的。因而在路面新建、加铺层、路面修补等工程具有广泛的应用前景。但是由于钢纤维的存在，钢纤维混凝土路面质量的优劣不仅取决于混凝土的配合比和钢钎维的性能，同时往往取决于施工质量。钢纤维的存在给混凝土路面施工带来了技术难题，而施工机械的选择及使用对钢纤维混凝土路面的质量产生较为重要的影响。
1.钢纤维混凝土的性能
已有的研究表明钢纤维混凝土是一种新型路面材料，由于钢纤维的掺入，提高了混凝土的抗拉强度和抗弯强度，也提高了抗冲击性、抗耐磨性和抗疲劳性。图1和2显示了在实验室通过掺入不同量的钢纤维(掺入量为30～45kg/m3)，混凝土的抗压强度可提高5.8%～12.6%，有的提高约20%；抗弯强度可提高2.4%～20%，可减小厚度10%左右。
试验表明钢纤维混凝土的收缩值较普通混凝土小，其收缩值随钢纤维掺量的增加而减小(图3)，所以混凝土面板的横向伸缩缝间距可加大。我国试验研究表明，伸缩缝间距在30m以下未发现有裂缝产生，一般可为15～20m。因此，钢纤维混凝土路面不仅减少了因行车荷载作用导致的损坏， 还减少了路面结构中薄弱点处的伸缩缝数量，而且在伸缩缝处因集料的啮合与钢纤维的作用，提高了接缝传荷能力。同时，钢纤维混凝土减少了收缩裂缝，比普通混凝土具有更好的抗渗性。
图1 钢纤维掺量与抗压强度
图2 钢纤维掺量与抗弯拉强度
图3 钢纤维掺量与收缩值
通过试验还可发现钢纤维混凝土不像普通混凝土那样开裂后不久就破坏，它仍有一定的剩余承载力，具有韧性，能吸收部分冲击力，有较好的抗冲击性能(图4)。该图还表明:混凝土表面受冲击开裂时的受冲击次数随钢纤维掺量的增加而增加，平均抗冲击性能提高2～3倍(试验采用8kg钢球从25cm高自由下落到直径15cm，厚5cm的混凝土试件表面，记录开裂时受冲击的次数)。
2.钢纤维混凝土路面
矿山的各种钢丝绳由绳纤维芯m股×n根组图5常用钢丝绳成(图5)，每根钢丝直径0.4～3.3 mm。把旧钢丝绳剪切成长3～6cm，正常操作下可保证钢纤维分散均匀。钢纤维用量按拌和混凝土体积的1%～1.2%掺入混凝土中，骨料为1～2.0cm级配碎石、中粗砂、525普通硅酸盐水泥，混凝土配合比为：水灰比(w/c)0.47，砂率0.46，水泥砂石比1∶2.4∶2.83。混凝土用量为：水泥358kg， 水168kg，中粗砂862kg，碎石1012kg，钢丝纤维70kg。其施工程序同普通水泥混凝土路面。混凝土混合料采用拌和机拌制，或人工拌料，顺序为碎石、砂、水泥，搅拌过程中均匀加入钢丝和水，每盘拌和时间不短于1.5min，混凝土坍落度为3～4cm。用翻斗车将混凝土运至工点，摊铺、振捣并整面抹光，湿养护20d后通车。经测试，28d不掺钢丝的普通混凝土抗弯拉强度为5.08MPa，钢丝纤维混凝土为5.64MPa，提高约11%。
3.钢纤维混凝土施工
钢纤维混凝土路面质量的优劣，在很大程度上取决于施工质量。因此，钢纤维混凝土路面施工，除了满足普通混凝土的施工要求外，还应特别重视钢纤维给施工带来的技术问题。施工时除了将原有的混凝土补强填平外，重点注意以下几个方面的问题。
3.1设置钢纤维分散装置
由于钢纤维一次性直接投入搅拌机易出现结团现象，为使钢纤维充分分散，在搅拌机上安装上振动式钢纤维分散机，分散机功率为1.0kW，分散能力约为40kg/min。由于分散机安装在搅拌机上，分散时间较长，增加了搅拌时间，生产效率有所降低。
3.2搅拌投料顺序和搅拌时间
为防止钢纤维结团，采取先干后湿的工艺。投料程序按砂――钢纤维――石子――水泥的顺序投于料斗。首先在搅拌机里干拌1～2min，再加水湿拌2min左右。总搅拌时间控制在6min内。搅拌时间过长会形成纤维结团，且每次的搅拌量控制在搅拌机容量的1/3以下。
3.3采用强制式搅拌机
钢纤维混凝土搅拌机，使用双锥反转出料搅拌机，容量为250L.由于采用1.2%的钢纤维掺量，且坍落度较小，为不使搅拌机超负荷工作，适当降低搅拌机的利用率。
3.4运输
钢纤维混凝土运输采用自卸运输车。由于钢纤维混凝土在运输过程中受到振动，使钢纤维下沉，坍落度和含气量都会有损失，影响钢纤维混凝土的均匀性。因此，选择钢纤维混凝土的搅拌场地时尽量缩短运输距离，并注意选择合适的自卸运输车辆，以保证浇筑时的卸料高度不得超过1.5m，确保混凝土卸料过程中不发生离析现象。同时，宜注意运输时的温度，避免造成混凝土的施工和易性下降。
3.5摊铺与振捣
钢纤维混凝土在浇注时，不得有明显的浇注接头，每次倒料必须相压15-20cm，使钢纤维混凝土保持整体连续性。钢纤维混凝土路面采用摊铺机摊铺，辅以人工整平。因使用插入式振动棒插入钢纤维混凝土进行振捣，会使钢纤维朝振动着的振动棒聚集，产生集束效应，所以为确保钢纤维的二维分布，使用平板振动器振捣成型。为保证边角混凝土密实，将振捣棒顺路线方向插入，使钢纤维成纵向条状集束，从而使钢纤维的排列有利于抵抗板体收缩应力、温度应力，有利于荷载的传递。振捣持续时间以混凝土停止下沉、不再冒气泡并泛出泥浆为准，同时防止过振。
3.6抹面、压纹
将外露的钢纤维压入混凝土中，同时在抹平的钢纤维混凝土表面采用滚式压纹机沿路线横断面方向压纹1-2mm。切缝与养护。当钢纤维混凝土养生强度达到设计强度约50%时，用切割机切缝，缝深3cm，缩缝设置为5m/道，与旧缝对齐。并保持施工缝与胀缝或缩缝设计位置吻合，施工缝与路中线垂直，不设置传力杆。对胀缝、缩缝均采用10号石油沥青填缝。混凝土路面采用洒水养生，终凝后用麻袋覆盖，每天洒水养护，保持混凝土呈潮湿状态。养生时间在10～15d。待混凝土测试强度达到规定的强度再开放交通。
4.钢纤维混凝土在路面施工过程中优化保障
4.1路面铺装层浇筑
在钢纤维混凝土浇筑之前，要对路面上的杂物进行有效清理，之后才能进行混凝土的浇筑。如进行路面的维修施工，要在浇筑前对下层路面进行破损性开发，将旧混凝土板块凿除之后进行浇筑，这样能够有效的提高水泥混凝土面层下基层和垫层的刚度。在此过程中，要对凿除深度进行精密的计算，最大程度的满足设计要求。
4.2钢纤维混凝土的搅拌
对钢纤维混凝土进行搅拌，必须采用滚筒式搅拌机。要使钢纤维在混凝土中得到均匀分散，采用二次投料三次搅拌的方式进行――先将石子和钢纤维干拌，再加入砂子、水泥再干拌，最后进行注水湿拌，一般的总搅拌时间应当控制在6分钟以内，如果搅拌的间过长会形成比较大的湿纤维团，影响钢纤维混凝土的质量。
4.3钢纤维混凝土的运输及浇筑
混凝土的运输应采用自卸运输车，在运至施工地点后进行浇筑时，其卸料高度一般不能超过1.5米，以便防止混凝土的离析。钢纤维混凝土要采用人工摊铺的方法，用人工将混凝土摊铺整平，摊铺之后使用平板振动器进行均匀振捣，振捣时间不宜过长，然后在次进行人工平整，使钢纤维完全埋伏在混凝土当中。
4.4钢纤维混凝土的施工质量控制
钢纤维混凝土的质量除了对原材料、配合比以及施工过程的主要环节进行控制之外，还要十分重视对钢纤维混凝土的搅拌、钢纤维的投入以及混凝土振捣进行有效控制，同时还要按照相关规定对所浇筑混凝土的抗折、断块抗压强度进行严格检验，从而使浇筑效果及主要的技术指标达到设计要求。
5.钢丝纤维混凝土路面的经济性
采用矿山废旧钢丝绳剪切而成的纤维成本很低，仅有剪切加工费用。根据公路工程预算定额分析，将25cm厚的普通混凝土路面与21cm厚的钢丝纤维混凝土路面相比，后者每100m2工程造价可降低约950元，降低10%左右。钢丝纤维混凝土路面的缩缝数量较普通混凝土路面少，既方便施工及行车，又减少缩缝的养护费用。钢丝纤维混凝土路面的早期强度较高，有利于提前开放运营，而且路用性能良好，能取得一定的经济效益，还做到了废物利用。
总结
钢纤维混凝土由于其自身所具有的优异性能，目前已得到广泛应用。由于钢纤维混凝土路面缩缝的间距为10m左右，比普通水泥混凝土路面的大，引起错台颠簸的横向缩缝大幅减少，从而明显减少了错台。因此，钢纤维混凝土路面的行车舒适性明显比普通水泥混凝土路面的高。
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关键词:聚丙烯纤维;混凝土;防水抗渗性能;工程实践
一、纤维混凝土的应用特点
混凝土是一种脆性材料，韧性差，且由于裂纹的存在使水的渗入成为可能，从而影响到混凝土抵抗水渗透的能力。多年来人们从原材料、配合比、外加剂、浇捣方法和养护工艺等等方面加以研究和改进，取得了很大成果，但是这些方法并未从根本上改变混凝土的性能弱点。
上世纪80年代纤维复合材料发展起来，得以各种合成纤维等纤维材料应用于水泥混凝土中，从不同层面改善混凝土的性能。聚丙烯纤维应用于混凝土中，具有掺加工艺简单、价格低廉、性能优异等特点，近年来在国内得到了推广应用。
国内目前在混凝土中使用的普通聚丙烯纤维多是切割后的短而细的纤维，或者将纤维编织成网状。该纤维具有化学性能好、耐酸碱，不导电，成本低廉，易于添加到水泥混凝土中。有效改善了普通混凝土的性能。
二、聚丙烯纤维的物理性能
三、纤维混凝土抗渗性能的分析
(一)纤维混凝土抗渗性能的机理
任何密实的混凝土都存在微裂缝，这些微裂缝存在于相与相之间（石、砂、水泥胶体三相）和水泥微颗粒之间。混凝土在硬化形成强度的过程中，初期由于水和水泥水化反应形成结晶体，引起混凝土体积的收缩，后期由于混凝土内自由水分的蒸发而引起干缩。内部产生应力超出了混凝土机体的抗拉强度，在混凝土内部引起微裂缝。混凝土在凝结和硬化过程中，微裂缝经历了出现和发展的过程。混凝土的微裂缝在发展过程中，是从无到有，从小到大向最薄弱方向定向发展。微裂缝向细裂缝的发展大多数在3－7d凝胶期内完成，此时混凝土的抗拉强度小于1mpa，如果没有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂缝在内外应力的作用下将会发展为更大的裂缝以至最终形成贯通的裂缝，从而导致防水失效，造成混凝土抗渗能力的降低甚至波及到强度。
在混凝土内掺入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥集料有极强的结合力，很容易与混凝土材料混合。其单丝细度大，形成大表面积，能在混凝土内部构成一种均匀的各方向支撑体系。当微裂缝在细裂缝发展的过程中，必然遇到多条不同向的细纤维的阻挡，消耗了混凝土内部应力产生的作用，阻止了细裂缝进一步发展。因此，聚丙烯纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂的产生和发展，极大地减少了混凝土收缩裂缝，尤其是有效地抑制了连通裂缝的产生。从宏观上看，细纤维分散了混凝土的定向拉应力。另外在混凝土中掺入适量聚丙烯纤维后，均匀分布在混凝土中彼此相粘连的大量纤维起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水与集料的沉降，从而使混凝土中直径为50～100nm和大于100nm的孔隙含量大大降低，有效提高了混凝土抗渗能力。
(二)试验数据
下面是一组已有工程实验数据
纤维
纤维掺量为：0.6～0.9kg/m3。
水泥
po42.5普通硅酸盐水泥。
粗骨料
级配碎石，表观密度：2620kg/m3，堆积密度：1350kg/m3，针片状含量<10%
掺入聚丙烯纤维混凝土的抗渗性能指标见下表：
试验数据表明，在相同工艺条件下，随着纤维掺量的增加(x3x2x1)，混凝土的渗透高度减小，纤维混凝土抗渗性能增强。聚丙烯纤维混凝土和素混凝土抗渗性能试验结果表明；纤维含量为0.5、0.7、1.0㎏/m3的聚丙烯纤维混凝土抗渗能力分别比普通混凝土提高64％、73％和75％。由于以上数据分析可知，聚丙烯纤维可以大提高混凝土抗裂、抗渗能力，作为混凝土本体刚性自防水的效果显著。
四、工程应用实践
霍林郭勒市污水厂污水沉淀池防水防渗应用。该工程单体直径60米，深6米，地上2米，地下4米，池壁厚300，c30砼。原设计上没有只是按普通抗渗设计考虑的。考虑以往类似工程的缺陷，和附近的地下水不能污染特殊要求。并结合一期污水沉淀池的实际防水抗渗能力差不够理想的原因，决定加强新建污水池的防水抗渗的能力。通过经济技术指标和施工工艺的可操作性，选用聚丙烯纤维掺入混凝土来达到防水抗渗的目的。根据一些参考工程数据，对纤维掺量选定为0.7kg/m3。为确保工程质量制订了严格的施工方案，如派专人将聚丙烯纤均匀地撒筒内，送入机搅拌均匀后再加水进行搅拌，采用按正常搅拌时间的1.5倍搅拌，使纤维在混凝土中分散均匀。针对聚丙烯纤维混凝土较为粘稠，在插入式振捣器振捣时的穴坑复平时间较长，适当加强收面。对纤维混凝土第一次浇筑要进行开盘鉴定，检验满足配比后进行大面积浇筑。在整个混凝土浇筑中，自由下落高度控制在2米内，并适当加强振捣频率，根据实际需要的参考数据分阶段分组留出试块以便检测。提前记录天气情况控制好收浆时间和专人进行养护等。
本工程聚丙烯纤维(长度15～20mm)，加入适量高效减水剂，达到较好的防水抗渗效果。28天后检查和竣工验收检查都没有发现裂缝，28d抗压强度高出普通混凝土的试配强度，经过二年的使用池壁没有发现渗漏的痕迹，池底留设的观测点处观察也没发现渗出现象。可见在混凝土材料中适量掺入聚丙烯纤维是一种防水抗渗可操作性强的工艺，是实现混凝土本体抗渗的有效途径。
结束语
聚丙烯纤维适合采用先掺或后掺工艺法添加到混凝土中，容易在混凝土中混合均匀，对施工工艺无特殊要求。与普通混凝土比性能得到明显提高。掺加改性聚丙烯纤维的混凝土表面光滑、无裂纹，抗渗性、抗冻性明显提高。工程实践证明，纤维混凝土不仅抗渗、抗冻性能增强，其韧性等其他性能也都有所改善，尤其适用于刚性防水混凝土、大体积混凝土，具有明显的技术、经济优势。在工程实践中，针对性的根据结构本体功能特性采用小掺量聚丙烯纤维混凝土配以适当的外加剂，并解决好设计方法、施工技术等，不仅是提高结构防水抗渗的有效方法也是提高混凝土结构综合性能的有效途径。
参考文献：
【关键字】玻璃纤维增强混凝土施工原理工程应用设计方法
纤维混凝土纤维类型一般分为钢纤维钢筋混凝土钢筋混凝土，玻璃纤维和碳纤维增强混凝土等，其中玻璃纤维增强混凝土是一种纤维混凝土早期开发和应用。由于大量的水合硅酸盐水泥的Ca（OH）Z，使混凝土是强碱，玻璃纤维往往是由于碱金属的腐蚀和脆化，从而使混凝土的韧性和弯曲强度严重下降。无碱玻璃纤维混凝土，而不是现在使用的普通玻璃纤维作为增强材料，碱性蚀刻玻璃纤维脆化已经有了一定的提升。当前的国家使用的玻璃纤维增强混凝土一般都采用碱玻璃纤维和低碱水泥作为原料。
一、玻璃纤维增强混凝土的组成材料及配合比设计
（一）低碱水泥：主要用于玻璃纤维增强混凝土低碱水泥水泥，低碱水泥是本在硫铝酸盐玻璃纤维增强混凝土，使用最广泛的一种水泥。对水泥的主要原料是石灰石，矾土，石膏。研磨后的原料放入原料后，1280℃？1350℃煅烧作为其主要矿物成分的熟料，石膏混合磨细终于作出铝酸盐之间的温度。无硫铝酸盐GS低碱水泥水化产生的Ca（OH）Z是远小于波特兰水泥，所以碱性低。
（二）其他材料：素混凝土基本上相同，但是，以增加玻璃纤维的均匀性也高，而聚集体的最大尺寸相比，普通混凝土砂率有一定的局限性，在该混合物中，通过添加硅粉和灰尘的其他材料灰流，并有助于提高玻璃纤维分布均匀，玻璃纤维增强混凝土后期强度也有所提高
二、玻璃纤维增强混凝土的配合比设计
一般认为，聚集最密集的配合比设计方法可以保证在最密切的状态，减少水泥用量。传统的设计方法为设计中心的泥浆，水 - 水泥比（W / C）时，固定的，改变的量的水，泥，所有材料的量的变化，而最近的包装方法是基于合为骨干与水泥增加血浆量（n值增加），总消费量下降，但总额接近比砂和石料的数量比例保持不变。当固定灌浆量，改变水灰比，水泥泥浆产生“质”的变化，低水灰比仍是低水灰比相应的结果，这是与传统的混凝土完全一致，和唯一不变的仍设置砂石材料密切比例。比传统的方法来显示“最接近的包装”在很多总额为骨架的硬团聚，这样的结果是不一样的，因此，产品的安全性将优于灌浆混合的传统设计方法的主要成分。
三、玻璃纤维混凝土的应用
玻璃纤维增强混凝土的优点其具有高的耐冲击性，高阻断，高拉伸伸长率，弯曲强度，所以广泛的可用性。然而，有待进一步的研究，因为它的耐用性，它是仅用于非承重部件及产品。玻璃纤维增强混凝土的双向水利水电已显示出其优势。 可以广泛应用于水工混凝土加固，维修。地下工程用玻璃纤维增强混凝土。水资源与水电工程离不开道路交通。准备理论的基础上的最紧密的填充玻璃纤维增强混凝土的抗弯强度和耐磨性好，收缩特性。
玻璃纤维混凝土在水利水电项目的发展前景。使用玻璃纤维增强混凝土防渗技术的前景是光明的渠道，大量的使用混凝土板，玻璃纤维缺乏水和建筑施工现场更适合通道的钢筋混凝土板，因为它有利于机械化生产，便于运输和安装。斜坡和边坡工程施工期间避免落石的危险现场施工人员以及回收业务产生负面影响，往往采用钢丝网增强喷浆临时支持支持。地下工程使用玻璃纤维增强混凝土，但有时也允许作为永久的支持。玻璃纤维增强钢纤维混凝土的加固喷浆成本较低，因此，可以考虑在地下工程用玻璃纤维钢筋混凝土。 因此，玻璃纤维增强混凝土技术也可以被认为是代替钢纤维混凝土路面和桥面的应用。
四、应用实例
山西汾酒灌区渠道防渗土西浦农渠管理使用玻璃纤维增强混凝土防渗，由于施工设备和限制土渠底模，玻璃纤维增强混凝土直接注射法，铺网机擦拭系统法，根据预制建筑中的两种方法，现在擦拭。
（一）玻璃纤维增强混凝土材料的使用，快硬硫铝酸盐水泥砂浆分层抹系统加纤维水泥增强材料的涂覆玻璃纤维网格布。
玻璃纤维网格布（碱或中度碱）
规格玻璃纤维目25目/ cm2碱或碱性介质宽度55厘米，每米延长200克。
地点：秦皇岛玻璃厂燕星增强材料公司。
水泥：快硬硫铝酸盐水泥425#。
产地：山西阳泉市特种水泥。
沙：2mm以下占纺纱，洗。
土工布：常州市防渗土工布生产，安装预制板放在工作接头，织物宽15cm。
普通沥青：沥青加热，灌溉系统的伸缩缝。
水：水低碱。
玻璃的4%至5%（重量），水泥砂浆。
（二）预制板的生产和安装
预制板规格200 701cm或200 1131厘米，的店子在通道底部和排水坡度，1cm厚的玻璃纤维网格布的店里面三。
每个预制玻纤布相邻的边缘暴露5CM，所以互连。
玻璃纤维增强混凝土砂浆混合玻璃材料为1：1（重量比）（水泥：砂），砂浆水泥比0？？33（重量比）。
光在模具擦拭1mm的水泥砂浆，然后再擦一层玻纤网格布4M水泥砂浆压实，孔和一层玻纤网格布上，然后擦拭4mm光滑的水泥砂浆压实。添加一个触摸1mm的平整的水泥砂浆压实。从模型中（20人左右）的白天和黑夜。
当运送预制板必须是平坦的。开挖渠道，使预制板安装根据设计尺寸土渠开挖，土方干密度要求达到15T/或。
五、玻璃纤维混凝土今后工作展望
在过去的十多年的研究和应用经受住了时间的考验，申请量增加逐年上升，尤其是在我们的应用中，需要研究玻璃纤维增强混凝土承重结构，使用玻璃纤维增强混凝土将得到更加广泛。
参考文献：
[1] 汪澜.水泥混凝土组成性能应用[M].北京：中国建材工业出版社.2005；
关键词：水工混凝土防裂研究、纤维混凝土应用、混凝土裂缝防治、新材料应用
Abstract: fiber reinforced concrete of industrial, civil building in, roads, Bridges and the application of early in the application of hydraulic structures. Fiber reinforced concrete can greatly improve the concrete crack kinetic energy, to prevent leakage has the good function, but also improves the concrete flexural performance. The advantage is to hydraulic structures. Therefore, at the end of last century China's scientific research personnel in the three gorges dam is studied, and achieved good results. The application of the fibrous concrete is still in the promotion of research, but it can reduce the occurrence of concrete cracks, improve the flexural sex is known for.
Keywords: hydraulic concrete crack research, fiber reinforced concrete application, concrete crack prevention and control, and new materials
中图分类号：TV431+.3文献标识码：A 文章编号：
1、综述
为了改善普通水工混凝土抗拉强度低、抗冲击性差、脆性大、易开裂、防渗性能差等缺点。满足水工混凝土在面板、溢流面等部位有高强度高韧性的要求，近年来，通过在普通混凝土掺加改性纤维改善上述缺点正受到广泛重视。
聚丙烯纤维是较早研究用于混凝土的聚合纤维，我国在80年代中期以来，聚丙烯纤维混凝土在土建和交通行业上逐渐得到应用。如高层建筑地下室、活水处理厂、高速公路路面、高架桥面、机场停机坪及码头等。由于其良好的性能价格比以及和常规混凝土相同的施工方法，使聚丙烯纤维混凝土得到广泛应用。聚丙烯纤维混凝土用于水工建筑上是在90年代初，在三峡大坝工程中加以研究、试验而逐步推广应用的。聚丙烯纤维混凝土在水工建筑物中能大幅度提高混凝土抗裂能力和改善抗冲击性能，它能改善混凝土的整体性。聚丙烯纤维具有与水泥相溶性好、能经受水泥的侵蚀而自身不受损，耐化学性能好、价格低、不吸水等优点。聚丙烯纤维在水工混凝土中已得到大量使用，已在许多工程中取得了明显效益。
正因为纤维混凝土有上述种种好处和优势，贵州省董箐水电站决定引进采用。董箐水电站是一个大型枢纽水利水电工程。它装机88万KW，主要建筑物为混凝土面板堆石坝、溢洪道、放空洞和引水系统。聚丙烯纤维混凝土主要用于面板、趾板、溢流面及洞内混凝土衬砌部分。
2、聚丙烯纤维性能及实用情况
2.1、专用于水工混凝土聚丙烯纤维参数：
比重：0.9g/cm3耐酸碱性：极高
熔点：165―170oC 安全性：无毒材料
含湿量：0.2% 拉伸极限：≤30%
吸水性：无 抗拉强度：≥300MPa
导电导热：极低 弹性模量：≥3795MPa
2.2、聚丙烯纤维混凝土的性能
2.2.1、聚丙烯纤维混凝土的抗裂性
由于聚丙烯纤维抑制了混凝土的塑性收缩微小裂纹产生，提高了水工混凝土的整体性。大大减少了混凝土裂缝的产生。试验证明：在水工混凝土中加入体积含量0.1%聚丙烯纤维，裂缝比对照试样分别减少80%以上；砂浆收缩量比对照试样减少30%以上。初步对聚丙烯纤维混凝土减少收缩裂缝的机理认为是：一是认为水工混凝土中加入了聚丙烯纤维后，它降低了混凝土中水分中的迁移，减少了泌水现象，因而减小了体积变化。二是认为聚丙烯纤维的变形模量虽然较低，但却能在混凝土初期（一天内）硬化阶段时的变形模量相当，因而可以有效的抑制开裂。
2.2.2、提高了混凝土的抗渗性
同济大学混凝土材料研究国家重点试验室的试验得出，聚丙烯纤维含量0.8/m3的混凝土抗渗标号从素混凝土的S10提高到S14 ,聚丙烯纤维混凝土抗渗性好。对水工混凝土起到防止和延缓渗水和水中有害物质对混凝土的侵蚀及对钢筋锈蚀作用，延长了水工混凝土的使用寿命。
2.2.3、提高了水工混凝土抗冲耐磨性
根据南京水科院和长江科学院分别用不同的试验方法进行抗冲耐磨试验。证实了聚丙烯纤维混凝土有较好的抗冲耐磨性。根据挪威国家公路试验室模拟试验，加聚丙烯纤维混凝土抗磨能力提高52%。美国陆军工程师团CRD-C52-54方法测试结果聚丙烯纤维混凝土提高抗磨能力105%。
2.2.4、抗拉抗折强度
聚丙烯纤维混凝土的抗拉及抗折弯强度有所增加。聚丙烯纤维混凝土试件在压折时，发生类似于钢筋混凝土的多裂缝型折断，折断速度较慢．抗折强度及极限拉伸强度增加约8%～10%，在国外尚有增加抗折弯强度达30%的报道。
2.2.5、抗冲击、抗震及抗龟裂能力
聚丙烯纤维有效地提高了混凝土的抗冲击、抗震及抗龟裂能力。明显提高了混凝土面层的耐磨能力，减少了鳞状、片状剥落等破坏现象。在混凝土内掺人聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥基集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀；同时由于细微，故比面积大，因而能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，这种均匀的乱向支撑体系有助于提高混凝土受冲击时动能的吸收。
2.3、董箐水电站趾板混凝土配合比试验及使用情况
鉴于聚丙烯纤维能提高混凝土抗裂和抗渗性能，故在董箐水电站混凝土施工中决定采用。最先采用的部位是混凝土面板堆石坝的趾板及趾板以下10m范围内的喷护混凝土。
3、成果分析：
3.1、产生抗裂极限分析。聚丙烯纤维的特点是：直径小(10um～100um)、数量多、易分散(和易性好)，但弹性模量较低(3.5GPa～3.8GPa)。在混凝土中常是以较低的掺量(纤维体积率一般小于0.2%，直接投入混凝土拌和物中(实际掺量为0.9Kg/m3),依靠拌和物自身的摩擦和揉搓作用使纤维分散。
在混凝土中掺入改性化学纤维并搅拌后，由于纤维与水泥、砂、石、水等基集料有很强的结合力。可以迅速的与混凝土材料混合，分布均匀。同时由于改性纤维非常细微，表体积大。按0.9 Kg/m3的掺量，则可使每立方米的混凝土中有10～20条左右的纤维丝，它能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。在混凝土凝结过程中，当水泥基收缩时，由于纤维这些微细联接筋的作用而消耗能量，可以抑制混凝土开裂的过程，有效提高混凝土韧性，有效减少混凝土干缩时引起的微小裂缝。从而达到抗裂的目的和减小渗透的效果。
3.2、成果分析：
以董箐水电站趾板应用纤维混凝土为例，用通常普通混凝土浇筑，按设计块长15米计，由于施工工艺分散性，趾板表面局部总要产生一些细微裂缝，有的裂缝甚至很长，贯通表面(施工缝除外)。而使用改性纤维混凝土后，到目前已浇好的15块(Ⅰ序块8块、Ⅱ序块7块)趾板混凝土中，在养护期间内均未发现大于0.2mm以上的裂缝(部分表面因养护不及时，仍发生表面干缩裂缝，但很细小，不用处理)。从趾板下游10米区喷纤维混凝土的效果分析，掺加了改性纤维的混凝土比未掺的喷护混凝土裂缝的发生要小很多。
4、存在问题是和需要改进的地方
4.1、主要是成本增加(约增加4～5元/m3混凝土)，价格偏高。
4.2、现在生产的聚丙烯改性纤维厂家及品种较多，有的已成淘汰产品，部分产品抗碱性不太好(前期效果明显，后期不明显)。
5、结论：
通过近年来的研究证明改性纤维混凝土能达到防止裂缝的产生，大大提高抗渗能力，通过实践与证明了其效果。在水电水利工程上的应用，也证明了其达到了同样的效果。(在三峡大坝科研和应用过程中，也得到国家专利和奖励)。所以可以肯定的说，改性纤维混凝土用于水电水利工程上是可行的。
参考文献：
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