復(fù)合建材的開(kāi)發(fā)——纖維混合型改良建材

【摘要】混凝土是在房屋建筑中使用最為廣泛的一種建材，也是一種經(jīng)濟(jì)，耐久性兼?zhèn)涞牟豢苫蛉钡慕ㄖ牧稀５窃诨炷劣不笾匾牧W(xué)性能評(píng)價(jià)上，相對(duì)于它優(yōu)秀的抗壓強(qiáng)度，混凝土在抗拉，抗彎及抗剪方面上存在一定的待提高空間。如何提高混凝土的抗拉，抗彎以及抗剪強(qiáng)度也是混凝土改良的重要方面。作為改良的對(duì)策，現(xiàn)行的主要方法是加入鋼筋，也就是熟稱的“鋼筋混凝土”。但鋼筋混凝土的使用也存在著混凝土裂縫等問(wèn)題。而混凝土裂縫將導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度，耐久性，防水性的降低。為了改善混凝土最長(zhǎng)出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題，最直接的方式就是提高混凝土的抗拉，抗彎及抗剪強(qiáng)度。而如何提高混凝土的抗拉，抗彎及抗剪強(qiáng)度，我們考慮兩種方法。一是在混凝土建材的制作過(guò)程中混入纖維改良材料，提高混凝土的韌性，二是預(yù)估混凝土建材受拉，受彎以及受剪力集中的部位，同樣的制作過(guò)程中對(duì)于受力集中的部分進(jìn)行局部的混入纖維材料達(dá)到改良效果。在本文中，我們將介紹國(guó)內(nèi)外纖維混合型改良建材的試用現(xiàn)狀，分析纖維混合型改良建材的優(yōu)勢(shì)，以及其開(kāi)發(fā)制作過(guò)程中可能面臨的開(kāi)發(fā)困難點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】纖維混合型改良建材

1、纖維混合型改良建材的使用現(xiàn)狀

在國(guó)際上，纖維混合型改良建材已經(jīng)投入使用，以日本為主的地震多發(fā)國(guó)家，已在混合型改良建材的開(kāi)發(fā)研究上取得一定的研究成果?，F(xiàn)有已開(kāi)發(fā)的混合纖維有鋼纖維，玻璃纖維，碳素纖維，以及以天然材料為主的有機(jī)纖維。根據(jù)建材的不同用途以及纖維材料的不同特性，而選擇適合的混合纖維。其中特殊鋼纖維混合改良混凝土建材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度已達(dá)到普通混凝土的5至8倍程度。其改良后的彎曲強(qiáng)度更是到達(dá)普通混凝土的10倍程度。強(qiáng)度增加同時(shí)，混凝土開(kāi)裂的概率減小，其自身的耐久性增強(qiáng)。由于強(qiáng)度的增加，配筋率也可以相應(yīng)降低，所需建材的尺寸也可以相應(yīng)減小，在經(jīng)濟(jì)方面上，也并不會(huì)由于混合纖維而增加預(yù)算。

在國(guó)內(nèi)，混合纖維主要為碳纖維以及鋼纖維。近10年來(lái)我國(guó)碳纖維制備與應(yīng)用技術(shù)急速發(fā)展，已在建筑工程，航空航天等多種產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在建筑工程產(chǎn)業(yè)中，我國(guó)自上世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料在土木工程、建筑補(bǔ)強(qiáng)中的應(yīng)用研究，并在產(chǎn)品生產(chǎn)、裝備制造、材料評(píng)價(jià)及設(shè)計(jì)體系、應(yīng)用技術(shù)等方面取得了大量成果。先后被用于人民大會(huì)堂、天安門(mén)城樓、北京工人體育場(chǎng)、京沈高速公路橋、北京地鐵隧道、北京國(guó)貿(mào)立交橋、中石油輸油管道等眾多重大基礎(chǔ)設(shè)施、公共設(shè)施和工業(yè)設(shè)施。

2、纖維混合型改良建材的優(yōu)勢(shì)

對(duì)纖維混合型改良建材的優(yōu)勢(shì)，除了前文中所提到的改良建材在抗壓，抗拉，抗彎，以及抗剪強(qiáng)度上的大幅度提高，更需要關(guān)注的是它在提高建材韌性方面的表現(xiàn)?；烊肓死w維改良材料的混凝土建材，在材料出現(xiàn)開(kāi)裂的情況后，由于連接裂縫兩側(cè)的纖維與混凝土間存在著摩擦力，摩擦力的作用將會(huì)抑制混凝土建材的繼續(xù)開(kāi)裂，增加其耐久性。它經(jīng)常被用于隧道，橋梁，橋墩等土木建造物來(lái)防止混凝土面的剝離脫落，以及抑制混凝土的開(kāi)裂?；炷林谢烊肜w維改良材料也可以有效的防止混凝土氧化過(guò)程中可能出現(xiàn)的起霜現(xiàn)象。

此外，纖維改良型混合建材的韌性，也將在地震發(fā)生時(shí)起到重要作用。我國(guó)國(guó)土的絕大部分在非地震帶上，由于板塊的移動(dòng)而發(fā)生大型地震的危險(xiǎn)性相對(duì)較低。但也存在小部分在分布在地震活躍帶附近的城市，近年來(lái)也有數(shù)次地震的發(fā)生。除此以外，由于斷層的能量而引發(fā)的直下型地震（1976年的唐山地震）的危險(xiǎn)性更是不可忽視。一旦發(fā)生地震，建筑物的梁，柱，樓板很大程度上會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂，在鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度后將會(huì)出現(xiàn)斷裂，而這些往往發(fā)生在一瞬間。然而，纖維改良型混合建材的使用，它的韌性將會(huì)減緩開(kāi)裂的速度，在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)增加生存的可能性，爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。

3、纖維混合型改良建材的開(kāi)發(fā)困難點(diǎn)

而現(xiàn)有的改良纖維也大多數(shù)為人工物，成本也比較高，我們也可以考慮采用廢棄的輪胎等膠制品，或者竹子等自然產(chǎn)物來(lái)開(kāi)發(fā)新型的節(jié)能，環(huán)保型混合纖維。竹子的生長(zhǎng)速度非?？欤?-3年即可長(zhǎng)成，是種可持續(xù)使用的環(huán)保資源。對(duì)于竹制纖維的使用可能性，在日本已有相關(guān)研究。

改良纖維開(kāi)發(fā)的困難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

第一，纖維的尺寸。如何確定最適合的纖維尺寸是開(kāi)發(fā)過(guò)程中很重要的一環(huán)。對(duì)于大型建材，短纖維的使用可以一定程度的提高建材的強(qiáng)度，但在抑制建材開(kāi)裂速度的方面作用較小。

第二，纖維的混合情況。如何均勻的混入改良纖維是纖維改良型建材開(kāi)發(fā)中另一個(gè)需要面對(duì)的問(wèn)題。原則上，混凝土中混入纖維的方向不可能均一，對(duì)于全方面的改良作用比較明顯。在此之上，如何相對(duì)均勻的混合纖維，對(duì)于不同纖維，如何有效的分散纖維，找到其最適合的混合方法，避免纖維的不均勻混合造成纖維的集中現(xiàn)象也是重要的需解決的問(wèn)題點(diǎn)。

第三，集中改良型建材的開(kāi)發(fā)。對(duì)于集中受力點(diǎn)，受力方向可預(yù)測(cè)的建材，使用長(zhǎng)纖維或者網(wǎng)狀纖維進(jìn)行改良也是我們可以開(kāi)發(fā)的方向。

總結(jié)：

在本文中，我們大致上介紹了纖維改良型建材的類型，國(guó)內(nèi)以及國(guó)際上在纖維改良型建材的開(kāi)發(fā)研究及使用現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上分析了纖維改良型建材的優(yōu)勢(shì)以及其開(kāi)發(fā)的可能性和開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的困難點(diǎn)?？偨Y(jié)出一下幾點(diǎn)：

第一，纖維混合型改良建材可以很大程度的提高混凝土的抗壓，抗拉，抗彎，以及抗剪強(qiáng)度。而強(qiáng)度增加同時(shí)，混凝土開(kāi)裂的概率減小，其自身的耐久性也隨之增強(qiáng)。

第二，纖維改良型混合建材的韌性，也將在地震發(fā)生時(shí)起到重要作用。一旦發(fā)生地震，建筑物的梁柱，樓板很大程度上會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂，纖維改良型混合建材的使用，它的韌性將會(huì)減緩開(kāi)裂的速度，在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)增加生存的可能性，爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。

第三，如何均勻的混入改良纖維是纖維改良型建材開(kāi)發(fā)中一個(gè)重要的問(wèn)題。