1.4纖維在混凝土中的作用
在混凝土中摻入短而細且均勻分布的纖維后,明顯具有阻裂、增強和增韌的效果。
纖維與水泥基材料復合的主要目的在于克服后者的弱點,以延長其使用壽命,擴大其應用領域。纖維在混凝土中主要起著以下三方面的作用:
1)阻裂作用
纖維可阻礙混凝土中微裂縫的產生與擴展,這種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。水泥基體在澆注后的24 h內抗拉強度低,若處于約束狀態,當其所含水分急劇蒸發時,極易生成大量裂縫,此時,均勻分布于混凝土中的纖維可承受因塑性收縮引起的拉應力,從而阻止或減少裂縫的生成。混凝土硬化后,若仍處于約束狀態,因周圍環境溫度與濕度的變化而使干縮引起的拉應力超過其抗拉強度時,也極易生成大量裂縫,在此情況下纖維仍可阻止或減少裂縫的生成。
2)增強作用
混凝土不僅抗拉強度低,而且因存在內部缺陷而往往難于保證。當混凝土中加入適的纖維后,可使混凝土的抗拉強度、彎拉強度、抗剪強度及疲勞強度等有一定的提高。
3)增韌作用
纖維混凝土在荷載作用下,即使混凝土發生開裂,纖維還可橫跨裂縫承受拉應力并可使混凝土具有良好的韌性。韌性是表征材料抵抗變形性能的重要指標,一般用混凝土的荷載—撓度曲線或拉應力—應變曲線下的面積來表示的。
另外,還可提高和改善混凝土的抗凍性、抗滲性以及耐久性等性能。
在此,應該強調的是纖維混凝土中纖維的作用,并非所有纖維都能同時起到以上三方面的作用,有時只起到其中兩方面或單一方面的作用,這與纖維品種、纖維性能、纖維與混凝土界面間的粘結狀況以及基體混凝土的類別和強度等級等因素密切相關。
1.5纖維混凝土的特性
(1)降低早期收縮裂縫,并可降低溫度裂縫和長期收縮裂縫。
(2)裂后抗變形性能明顯改善,彎曲韌性提高幾倍到幾十倍,極限應變有所提高。破壞時,基體裂而不碎。
(3)高彈模纖維對混凝土抗拉、抗折、 抗剪強度提高明顯,對于低彈模纖維變化幅度不大。
(4)彎曲疲勞和受壓疲勞性能顯著提高。
(5)具有優良的抗沖擊、抗爆炸及抗侵徹性能。
(6)高彈模纖維用于鋼筋混凝土和預應力混凝土構件,可提高抗剪、抗沖切、局部受壓和抗扭強度并延緩裂縫出現,降低裂縫寬度,提高構件的裂后剛度、延性。
(7)混凝土的耐磨性、耐空蝕性、耐沖刷性、抗凍融性和抗滲性有不同程度提高。
(8)特殊纖維配制的混凝土,其熱學性能、電學性能、耐久性能較普通混凝土也有變化。如碳纖維混凝土導電性能顯著提高,并具有一定“壓阻效應”;低熔點合成纖維配制的纖維混凝土在火災過程中,細微纖維熔化可降低混凝土的爆裂。
(9)使拌合料的工作性有所降低,因此在配合比設計和拌合工藝上采取相應措施,使纖維在基體中分散均勻,拌合料具有良好的工作性。
(10)提高混凝土的耐久性。
應該說明的是,纖維混凝土的上述特性,并非所有纖維混凝土都同時具有這些特性,纖維混凝土的特性與纖維品種、纖維性能、纖維與混凝土界面間的粘結狀況以及基體混凝土的類別和強度等級等因素有關。