纤维增强混凝土教材.docx

纤维增強混凝土教材资料1混凝土基础知识1.1混凝土的应用及发展：水泥混凝土是随着硅酸盐水泥的出现而问世，至今已有180多年的历史随着科学技术的进步，混凝土的配制技术从经验逐步发展到理论；混凝土的施工 技术从手工发展到机械化；混凝土的强度不断提髙，性能不断改善，品种不断增 多；对混凝土的研究也从宏观到微观不断深入进入20世纪以来，它已成为各 种工程建设（工业与民用建筑、给水与排水工程、水利水电工程、交通工程、地 下工程及国防建设等）中的一种主要的建筑材料1.2混凝土的概念以胶凝材料、颗粒状骨料为原材料，必要时加入化学外加剂、掺合料、纤维 等材料，按比例配料、拌合、成型，经硬化而形成的具有堆聚结构的人造石材, 统称为混凝土人们平常所说的混凝土是指用水泥作胶凝材料，加入适量的骨料 和水拌制后，经硬化而成的人造石材，故又称水泥混凝土或普通混凝土，简称混 凝土1.3碇是由著名结构学家蔡方荫教授创造于1953年当时教学科技落后，没有录 音机，也没有复印机，学生上课听讲全靠记笔记混凝土”是建筑工程中最常 用的词，但笔划太多，写起来费力又费时于是思维敏捷的蔡方荫就大胆用“人 工石”三字代替“混凝土”因为“混凝土”三字共有三十笔，而“人工石”三 字才十笔，可省下二十笔，大大加快了笔记速度。

后来“人工石”合成了 “碗” 构形会意为“人工合成的石头，混凝土坚硬如石”，并在大学生中得到推广1955 年7月，中国科学院编译出版委员会“名词室"审定颁布的《结构工程名词》一 书中，明确推荐“栓”与“混凝土” 一词并用从此，“牲”被广泛采用于各类 建筑工程的书刊中仁4混凝土的分类混凝土的类型日益增多，它们的性能和应用范围各不相同1.4.1按混凝土的结构分类普通结构、细粒、大孔、多孔混凝土1.4.2按表观密度分类(1) 特重混凝土：表观密度(表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的干 质量)大于2500kg/m3,主要用于原子能防辐射工程的屏蔽材料2) 重混凝土：表观密度为1900〜2500kg/m3,主要用于各种承重结构3) 轻混凝土：表观密度为500-1900kg/m3,包括轻骨料混凝土(表观密度为 800-1900kg/m3)和多孔混凝土俵观密度为500〜800kg/m3),主要用于承重结构 和承重隔热制品4) 特轻混凝土：表观密度在500kg/rr)3以下的多孔混凝土和用特轻骨料(如膨胀珍珠岩、膨胀蛙石、泡沫塑料等)制成的轻骨料混凝土，主要用做 保温隔热材料1.5按胶凝材料的品种分类(1) 无机胶凝材料混凝土：水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土等。

2) 有机胶凝材料混凝土：沥青混凝土、聚合物混凝土等3) 无机与有机复合胶凝材料混凝土：聚合物水泥混凝土、聚合物浸渍混凝 土等1.5.1按混凝土的强度等级分类（1） 普通混凝土：其强度一般在C60以下其中抗压强度小于30MPa的混 凝土为低强度混凝土，抗压强度为30~60MPa的混凝土为中强度混凝土2） 高强混凝土：其抗压强度等于或大于60MPao（3） 超髙强混凝土：其抗压强度在100MPa以上1・5・2按用途分类主要有结构用混凝土、耐酸混凝土、耐碱混凝土、耐热混凝土、防护混凝土、 道路混凝土、大坝混凝土、收缩补偿混凝土、装饰混凝土等1.6混凝土的特点1.6.1优点1） 混凝土原材料易得、成本低、施工简单；2） 可塑性好，可以浇筑成任意形状和尺寸的结构或构筑物；3） 配制灵活，适应性好调整和改变混凝土的组成成分，可以使混凝土具有不同的物理、化学或力学性能，以满足工程的需要；4） 抗压强度高；5） 复合性能好；6） 具有良好的耐久性，对于一般自然环境的干湿冷热变化、风吹日晒雨淋、 摩擦碰撞都有较强的抵抗能力；7） 具有很好的短时耐火性，遇火灾只能损伤其表面，不易损伤其内部结构；8） 生产能耗低，环境污染少。

162缺点1）自重大，运输安装不方便，比强度（材料的抗拉强度与材料表观密度之比）比木材、钢材小;2）抗拉强度低，变形能力弱，呈脆性，易开裂，抗拉强度为抗压强度的1/20-1/10o2纤维增强混凝土介绍2.1基本概念纤维增强混凝土，或称纤维混凝土是以水泥浆、砂浆或混凝土为基材，以非 连续的短纤维或连续的长纤维作为增强材料，均匀地掺合在混凝土中而组成的一 种新型水泥基复合材料的总称，是兴起于20世纪后半叶的一种新型土木工程材 料纤维混凝土是一种新型的复合材料，是当代混凝土改性研究的一个重要领域, 近年，以钢纤维、合成纤维、碳纤维及玻璃纤维为代表的纤维，在混凝土中应用 取得了迅速的发展，纤维混凝土是继钢筋混凝土、预应力混凝土之后的又一次重 大突破由于纤维和混凝土的共同作用，使混凝土具有一系列优越的性能，因而受到 国内外工程界的极大关注和青睐，并广泛应用于各工程领域，现就纤维混凝土研 究应用的现况与发展前景做出评述2.2纤维的分类分类类别按纤维 的材质1） 金属纤维一碳钢纤维、不锈钢纤维、钢棉等2） 非金属纤维一玻璃纤维、碳纤维、石棉、矿棉、陶瓷纤维等3） 天然有机纤维一纤维素纤维、麻纤维、草纤维等4） 合成有机纤维一聚丙烯纤维、聚丙烯睛纤维、尼龙纤维、聚乙烯、醇纤维等按纤维 的弹性 模量1） 高弹性模量纤维—弹性模量髙于水泥基体的纤维，如钢纤维、石棉、矿棉、玻 璃纤维、碳纤维等2） 低弹性模量纤维一弹性模量低于水泥基体的纤维，如聚丙烯纤维、聚丙烯睛纤 维、尼龙纤维等按纤维 的长度1） 非连续的短纤维一如钢纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯睛纤维、尼龙纤维等2） 连续的长纤维一如连续的玻璃纤维等2.3纤维的主要力学性能纤维品种密度(g/cm3)抗拉强度（MPa）弹性模量（GPa）断裂延伸率（％）碳钢纤维7.8500^2000200~2103.5~4.0不锈钢纤维7.82000150^1703抗碱玻璃纤维2.71400^250070^752.0~3.5温石棉2.6500^1800150^1702.0~3.0聚丙烯单丝纤维0.91500^6003.5~4.815^18聚丙烯膜裂纤维0.91500~7005.0~6.015^20高模量聚乙烯醇纤维1.31200^150030^355~7改性聚丙烯睛纤维1.18800^95016^209^11尼龙纤维1.15900^9605.0~6.018^20高密度聚乙烯纤维0.9725001173.5芳纶纤维1.452800^290062^703.6~4.4碳纤维1.393000^310071~774.2~4.43）抗拉强度：纤维抗拉强度均比水泥基体的抗拉强度要高出二个数量级。

4）弹性模量：不同品种纤维的弹性模量值相差很大，有些纤维（如钢纤维与碳纤维）弹性模量高于水泥基体，而大多数有机纤维（包括很多合成纤维与天然植 物纤维）的弹性模量甚至低于水泥基体纤维与水泥基体的弹性模量比值对纤维 增强水泥复合材料力学性能有很大影响，如该比值愈大，则在承受拉伸或弯曲荷 载时，纤维所分担的应力份额也愈大5）断裂延伸率：纤维的断裂延伸率一般要比水泥基体高出一个数量级，但 若纤维的断裂延伸率过大，则往往使纤维与水泥基体过早脱离，因而未能充分发 挥纤维的增强作用2.4纤维混凝土的分类1） 按纤维弹性模量是否高于基体混凝土的弹性模量，其增强、增韧效果有 明显差异，故可分：1.1） 髙弹性模量纤维混凝土，如钢纤维混凝土1.2） 低弹性模量纤维混凝土，如合成纤维混凝土2） 按纤维的长度分2.1） 非连续纤维增强混凝土是短切、乱向、均匀分布于混凝土基体中2.2） 连续纤维增强混凝土的纤维（如单丝、网、布、束等）分布于基体中3） 按水泥基体材料分3.1）纤维增强水泥净浆一一指在不含骨料的水泥净浆或掺有细粉活性材 料或填料的水泥净浆基体中掺入纤维多用于建筑制品，如石棉水泥瓦、石棉 水泥板、玻璃纤维水泥墙板等。

3.2） 纤维增强水泥砂浆一一指在含有细骨料的水泥砂浆基体中掺入纤维 多用于防裂、抗渗结构如聚丙烯纤维抹面砂浆、钢纤维防水砂浆等3.3） 通常将纤维增强水泥净浆和纤维增强水泥砂浆统称为纤维增强水泥 纤维增强水泥中的纤维，主要起着增强材料的作用，可明显提髙基体材料的抗 拉、抗折、抗剪、抗冲击、抗疲劳等力学性能，不同程度地增进复合材料的延 性与韧性，主要用以制作薄壁的水泥制品4）纤维增强混凝土4.1） 指在含有粗、细集料的混凝土基体中掺入纤维，简称为纤维混凝土 依混凝土基体的特征不同，可分为如纤维普通混凝土、纤维高强混凝土、纤维 膨胀混凝土、纤维耐火混凝土等4.2） 有时为了获得需要的纤维混凝土特性和降低成本，将两种或两种以上 纤维混合使用或按纤维功能不同组合使用，分别称为混合纤维混凝土或组合纤 维混凝土2.5纤维增强水泥和纤维增强混凝土的区分目前在不少国内外文献资料中常把二者不作区分"纤维的作用不同纤维在水泥和砂浆中起着主要增强材的作用，而在混凝土中起着非主要增强 材的作用如果不作区分，误以为在纤维增强混凝土中纤维也可起着主要增强材 的作用，试图在某些结构中减少钢筋的用量再如，当前国际上正在大力开发的“活性粉末混凝土”，在有些国家又称之为“超髙性能混凝土”，实际上按其纤维掺量、水泥基体的组成，理应归属于纤维 增强水泥而不应归属于纤维增强混凝土，在该复合材料中纤维起着主要增强材的 作用，有助于大幅度提高抗拉、抗折、抗剪、抗冲击与抗疲劳等力学性能。

2）制备工艺不同分类主要是考虑到因基体的不同，而使纤维与基体的相互制约以及复合材料的制备工艺等有很大差异，从而影响到复合材料的一系列性能及其应用范围等表对纤维增强水泥与纤维增强混凝土的主要不同点进行了对比根据此表不 难看出将纤维增强水泥复合材料分为两大类是合理的对比项目纤维增强水泥纤维增强混凝土水泥基体材料水泥净浆或水泥砂浆混凝土纤维长度短纤维、长纤维、纤维织物或短纤 维与长纤维(或纤维织物)并用短纤维纤维体积率3%~20%0.05%~2%制备工艺装备采用专门的工艺与装备一般采用普通混凝土的工艺与装 备物理力学性能有显著的改进或提高，尤其是力学 性能某些性能无影响，某些性能有适度 改进或提高应用范围主要用于制作薄壁(厚度3mm~20mm)的预制品主要用于现场浇注的构件或构筑 物(一般厚度为50mm以上)2.6纤维混凝土的特性fl)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) 高弹模的纤维对混凝土抗拉、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髙。

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 提髙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。