浅析纤维材料应用于建筑混凝土的前景

【摘要】混凝土是一种十分重要的建筑材料，但随着现代建筑行业的发展，普通钢筋混凝土的不足日益明显，因此纤维混凝土的研发和应用逐渐受到研究者的关注，随着对纤维混凝土研究和应用的逐步深入，纤维混凝土的优势也逐渐显现出来，本文主要就纤维材料应用于建筑混凝土的前景进行简要分析。

【关键字】纤维混凝土、植物纤维、经济环保

引 言

混凝土是一种以水泥、水、砂石等粗细骨料以及一些外添加剂均匀混合搅拌而成的人造石材，由于价格低廉、原材料广泛、施工方便以及极好的力学性能等突出优点被广泛应用于建筑行业的各个领域。在施工技术不断发展和建筑理念不断更新的形势下，普通的钢筋混凝土已经无法满足建筑行业对混凝土材料性能的要求。通常我们会选择在砂浆中掺入外加剂和掺合料以达到改善混凝土性能的目的。而事实上，许多外加剂的使用会受到来自各方面的限制。纤维混凝土作为一种新型复合材料，不但能够有效改善混凝土的性能，而且安全环保、经济无害，随着对纤维混凝土的深入研究，它的应用前景也越来越广阔。

一.可有效改善混凝土性能

纤维混凝土是一种以掺量较低的短纤维为次要增强体，采用浇筑或者喷射工艺按照三维或二维乱向均匀分布于混凝土内部的一种新型复合材料【1】。目前常用的纤维材料有：玻璃纤维、矿棉、钢纤维、碳纤维和各种有机合成纤维。研究纤维混凝土的出发点，必然是出于对改善混凝土性能的考虑，而掺入纤维的混凝土性能也确有改善。通常情况下，将短细的钢纤维均匀的掺入到混凝土中具有明显的阻裂、增韧和增强的作用。

混凝土在成型过程中，会产生大量的水化热，而由于热胀冷缩的效应，在脱水后则会发生收缩，由于各原料之间的收缩程度不同，混凝土内部出现拉应力，最终产生不同程度的裂缝。纤维作为一种柔韧性较高的材料掺入混凝土后，可以在混凝土中形成二维或者三维的网状结构，提高了各原料之间的连接作用，从而增强混凝土的阻裂能力。此外，如在混凝土中掺入聚丙烯纤维，由于其具有良好的延展性，当混凝土出现意外开裂现象时，聚丙烯纤维能横跨在裂纹表面，限制裂纹的进一步扩展，使混凝土的韧性得到提高。同时，纤维的掺入细化了混凝土内部的孔隙结构，使其内部结构更加致密以达到增强抗剪、抗拉、抗弯以及抗冲击等的效果。

就研究最早，应用效果最为明显的钢纤维来讲，掺入钢纤维的混凝土一般可以提高到混凝土原来抗拉强度的2倍左右;抗弯强度可提高1.5～2.5倍;抗冲击强度可提高5倍以上，甚至可达到20倍;而韧性甚至可达100倍以上【2】。

二、安全环保、经济无害

随着绿色建筑观念的普及，混凝土等建筑材料已经不能仅仅满足性能方面的要求，还要做到安全环保、经济无害，从而纤维混凝土应运而生。

将纤维应用于混凝土中可以减少很多外加剂的使用，外加剂大多由化学物品制成，这些原料不仅使用受限，还或多或少的对环境造成污染，甚至对于人体本身产生一定程度的伤害。掺硫铝酸钙类膨胀剂的膨胀混凝土和砂浆不能用于长期处于80°C以上的工程环境中;引气剂会降低混凝土的强度并且不能用于预应力混凝土和蒸气（或蒸压）养护混凝土中;防冻剂中含有的氨类物质会在使用过程中逐渐以氨气的形式释放出来，当空气中的氨气含量超过0.3mg/m3时人体会开始感到不适，随着浓度的逐步升高，还会引起头疼、胸闷甚至肝脏受损等症状【3】。而纤维是一种无毒无害的材料，它的使用大大降低了这种情况发生的可能性。

近年来，植物纤维混凝土的研究也逐渐开展起来，研究开发植物纤维混凝土不仅能够提高混凝土的性能、降低混凝土的成本，而且有利于环境保护和可持续发展【4】。芬兰已经研制出了一种可以通过改变混凝土组分中水泥、砂与纤维的比例来控制性能的植物纤维混凝土，其成份中唯一价高的水泥，用量也可通过加火山灰、粉煤灰或砂渣等减少到最低程度。而我国作为世界上最大的农业大国，是农作物秸秆产量丰富的国家，每年的产量大约为6.5亿吨。而这么丰富的资源却造成了相当程度的环境污染，因为我国农作物秸秆的处理方式及其不当，只有一小部分被用作饲料，肥料加以回收利用，绝大部分秸秆的处理方式是就地焚烧或者掩埋，不仅浪费资源，而且造成了生态环境，社会，农田系统的破坏。若将其应用到建筑材料领域，使用植物纤维制作混凝土，不仅能够达到改善混凝土性能的效果，同时也解决了秸秆不合理利用造成资源浪费和环境污染的双重问题。此外也不难看出，植物纤维混凝土具有很强的经济性，其原材料量大易得，并且十分廉价，只要能研究得到尽可能优良的植物纤维提取工艺，就能充分的发挥植物纤维混凝土的经济性能。

三.应用广泛

由于对纤维混凝土的研究成果显著，纤维混凝土已经开始应用到实际的建筑工程当中。随着研究的深入，必定会开拓出纤维混凝土的新领域，纤维混凝土的应用范围也会更加广泛。

钢纤维混凝土的应用相对其他纤维混凝土而言是最为广泛的。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，钢纤维混凝土完好，钢管表面无锈蚀【5】。在水利工程中，钢纤维混凝土主要用于受高速水流以及受力比较复杂的部位，比如渡槽、护坡等等，在我国的三峡工程、小浪底水利枢纽工程、三门峡泄水排砂底孔等工程中都得到了应用。此外，近年来研发的一种砂浆渗浇钢纤维混凝土（SIMCON）在承受反复荷载作用和爆炸作用方面性能表现优越，有望用于比较重要的军事工程、防爆安全工程等【5】。

聚丙烯纤维混凝土的研究较早开始，目前已广泛应用于交通、冶金、矿山等工程中，在许多新建和扩建的建筑工程中也取得了良好的成效。重庆金夏元大厦工程的转换层结构中，为了充分发挥高强混凝土的优越性，提高结构抗裂能力，最终决定在C50高强混凝土中掺加美国希尔兄弟化工公司生产的杜拉纤维以提高混凝土抗裂能力【6】。

碳纤维混凝土可使混凝土的电磁屏蔽性能得到很大程度上的提高，并应用于军事工程中。作为一种应力/应变敏感特性的智能混凝土，其压敏性和温敏性表现较为突出，可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。

而对于一些极其恶劣的环境，例如深海、极寒、高温、腐蚀等，目前对纤维混凝土的研究是远远不够的，还需要研发出性能更优的纤维混凝土。

结 语

目前纤维混凝土的研究尚且处于初级阶段，将更多种类的纤维合理运用到混凝土中仍然有诸多难关需要攻克，如解决钢纤维、芳纶纤维造价过高，植物纤维虽价格低廉，但如何获得最佳性能的植物纤维等等都是亟待解决的难题。诚然，纤维混凝土作为一种新型复合材料，又是一门新兴的材料科学，我们应该坚信它对于改善混凝土性能，以及在促进建材领域不断进步提高的方面都将起到极大的作用，随着研究的逐步深入，未来的发展必将是一片光明的。

参考文献

[1]龚益，徐至钧《纤维混凝土与纤维砂浆施工应用指南》中国建材工业出版社，2005

[2]赵国藩，等《钢纤维混凝土结构》中国建筑工业出版社，1999.

[3]苏达根《土木工程材料》高等教育出版社，2012.

[4]李超飞，苏有文，陈国平.植物纤维混凝土的研究现状.建筑工程材料，2013.05.015：54～55

[5]李艺，赵文《混杂纤维混凝土阻裂增韧及耐久性能》科学出版社，2012.

[6]徐至钧《纤维混凝土技术及应用》中国建筑工业出版社，2003