纤维增强混凝土国内外研究现状
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纤维增强混凝土（Fiber Reinforced Concrete,以下简称FRC）是一种高韧性的混凝土，其设计思想早在民间便有，将稻草混合拌入砂浆中制造土胚或土墙，以改善土坯或墙体的延性，至于利用人造纤维来改善混凝土的性能，还是最近几十年才逐渐创造出来的思路和做法。目前常用的几种纤维增强混凝土有：钢纤维混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrete）、玻璃纤维混凝土（Glass Fiber Reinforced Concrete）、碳纤维混凝土（Carbon Fiber Reinforced Concrete）以及合成纤维混凝土（Synthetic Fiber Reinforced Concrete），如图1.1所示。
(a) 钢纤维 (b) 玻璃纤维
(c) 碳纤维 (d) 合成纤维
图1.1 纤维原材料
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止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。国外，钢纤维混凝土的应用始于上世纪70年代，有美国的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，并相继颁发了有关钢纤维混凝土的设计与施工规程。目前钢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[1]。
玻璃纤维混凝土是将弹性模量大的抗碱玻璃纤维材料均匀地分布在水泥砂浆或混凝土中，用以增强基材物理性能的一种复合材料。与其他纤维相比，玻璃纤维具有高强度、高弹性模量、不燃性及价廉等优点，其存在的缺点之一是耐碱性差，易被水泥水化产物所产生的游离碱所腐蚀，引起强度下降。目前主要通过改善玻璃纤维的成分或采用低碱性水泥来改进玻璃纤维的耐久性。因其耐久性有待进一步研究，故仅用于非承重构件和制品，建筑工程领域有屋面瓦、外壁面板、复合外墙板、天花板、隔墙板；农业工程领域有沼气池、热水器、太阳能灶壳体、粮仓；土木工程领域有模板、挡土墙、水下管道；市政工程领域有候车亭、售货亭、书报亭等[2]。
碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化而成的纤维状的碳化合物。它是由沥青纤维、聚合物纤维或含碳气体制成。在混凝土中引入不同的碳纤维成分，将赋予新型混凝土的特殊功能。如在混凝土中掺入不同品质的碳纤维，可以分别配置出具有导电、屏蔽磁场、屏蔽电磁辐射和应力、应变自检测以及温度自测等多功能的水泥基复合材料。由于它是高弹模、高强度纤维增强的水泥基，因而具有高抗拉、高抗弯、高断裂能、低干缩率、低热
膨胀系数、耐高温与高阻燃能力、高耐久性、耐老化、抗腐蚀、高抗渗等并与老混凝土、金属的接触电阻低和由良好的电磁屏蔽效应而且减轻结构自重，故碳纤维增强水泥基复合材料将有可能制成智能材料，可广泛应用于混凝土大坝等重要的建筑物。目前碳纤维较多应用于补强加固，延长建筑物的寿命，节约了大量的重建费用，而且性能优异，满足抗震要求[3]。
合成纤维增强混凝土是目前应用最广泛的纤维混凝土，合成的聚合纤维来源于有机聚合物，通常所用的聚合物纤维有聚丙烯、尼龙（酰胺纤维）、聚脂和聚乙烯、聚丙烯（PE）纤维、高弹模聚乙烯醇（PVA）纤维、芳香聚酰胺（Kevlar）纤维、聚丙烯腈（PAN）纤维，纤维素纤维（Cellulos）、聚丙烯（PP）纤维等。合成纤维能以相对较低的价格有效提高混凝土的物理力学性能，从而代替石棉、钢纤维和玻璃纤维。合成纤维增强混凝土在性能上有很大的优势，在美国、日本等国家，已经在基础工程和建筑工程中应用，并可用作桥面铺设材料、抗震结构材料、快速修补材料、高速公路罩面材料、抗冲击材料和抗裂材料[4]。
根据我国工程建设发展的需要，在各工程领域更多地应用性能优良、价格低廉的纤维混凝土是未来的发展趋势。随着我国纤维生产技术的改进，产品质量的提高，生产规模的扩大，纤维品种的引进或自主开发能力的提高，纤维的数量和质量，能满足未来发展的需要。同时，通过近年来的研究和工程应用，取得了大量的研究成果，积累了丰富的经验，并编制了有关规程和标准，不仅为设计和施工提供依据，也为我国纤维混凝土事业的今后发展奠定了良好基础。
随着纤维和混凝土新材料的不断出现，纤维混凝土理论和应用技术的成熟，尤其是工程界对混凝土的力学性能和耐久性要求愈来愈高，纤维混凝土的发展前景十分可观。
由于石油工业的发展，合成纤维品种越来越多，产量不断增加，成本不断降低，合成
纤维用于增强混凝土的发展前景十分看好。目前已被大家认可的低弹性模量纤维低掺量（体积率0.1%左右）用于防止和减少砂浆、混凝土早期收缩裂缝，其应用领域将会不断扩大，与此同时，用合成纤维代替石棉制作纤维水泥制品，如波纹瓦、屋面板、内墙装饰板等。
开发高弹性模量的合成纤维，用于混凝土增强和增韧，将使合成纤维更有用武之地。目前已见报道的有高强模聚乙烯纤维和高弹性模量尼龙纤维、芳纶纤维。其中，芳纶纤维增强混凝土的性能最为优异。芳纶纤维抗拉强度高达3000MPa，弹性模量130GPa，耐腐蚀，无磁性，不导电，线胀系数为负值，用它配置的纤维混凝土在相同体积率下，其增强增韧效果比钢纤维混凝土显著提高。但因芳纶纤维价格太高，目前应用还十分有限，仅用于对防腐蚀、防电磁有特殊要求的部位。
总之，具有独特性能的纤维混凝土既是一种新型复合材料，又是一门新兴的材料科学，在纤维混凝土的领域中，还有许多理论和应用问题尚待今后进一步研究开发，工程应用中有时可能初期投资较大，但是从提高使用性能、延长使用寿命、减少维护费用等综合效益和长期效益考虑，是十分有利的，深信纤维混凝土必将在我国的工程建设中发挥更加重要的作用，未来应用的前景将更加广阔。
[1]王辉，廖晨彦.钢纤维混凝土的性能研究与应用[J]. 科技致富向导，2010,(07)（上）47，94.
[2]唐乃岩，李秋平，刘乃芸.玻璃纤维混凝土的研究进展与工程应用[J]. 山东建材，1999,(02):22-23.
[3]陈丽红，孟宏睿，惠雅莉. 碳纤维在混凝土中的应用[J]. 混凝土，2006,(04):29-31.
[4]周明耀，杨鼎宜，汪洋.合成纤维混凝土材料的发展与应用[J]. 水利与建筑工程学报，2003,1(04):1-4.
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