非晶合金纖維特性及其增強(qiáng)混凝土研究綜述

江朝華，欒智勇，張偉偉，黃珊珊

(河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098)

非晶合金纖維特性及其增強(qiáng)混凝土研究綜述

江朝華，欒智勇，張偉偉，黃珊珊

(河海大學(xué) 港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098)

在混凝土中摻入纖維是提高基體韌性，抑制其收縮開裂，獲得高性能混凝土的有效途徑之一。新型非晶合金纖維(或稱金屬玻璃帶)具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗腐蝕特性，制備的混凝土復(fù)合材料比強(qiáng)度高、比模量大、柔韌性和耐腐蝕性能好。介紹了非晶合金纖維材料的發(fā)展概況和主要特性，重點(diǎn)闡述了非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能和抗腐蝕性能研究現(xiàn)狀，并指出非晶合金纖維在增強(qiáng)混凝土領(lǐng)域的應(yīng)用前景及存在主要問題。

港口工程；非晶合金纖維；纖維增強(qiáng)混凝土；性能；應(yīng)用前景

0 引 言

纖維增強(qiáng)混凝土(fiber reinforced concrete, FRC)或簡(jiǎn)稱纖維混凝土是興起于20世紀(jì)后半葉的一種新型建筑材料，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、電子、電氣、機(jī)械、建筑、水利、交通、能源等各個(gè)領(lǐng)域的土建工程中[1]。在混凝土等水泥基材料中摻入纖維可以提高基體抗裂性能，使水泥基體具有更高的承載力；改善基體的應(yīng)變能和延展性，增加基體吸收能量的能力、提高基體韌性；阻止裂紋的擴(kuò)展或改變裂紋前進(jìn)的方向，減少裂紋的寬度和平均斷裂空間；從而極為有效地增強(qiáng)水泥基材料的韌性，抑制微細(xì)裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展[2-6]。將具有優(yōu)良抗拉彎性能、耐沖擊以及高抗?jié)B性的纖維混凝土應(yīng)用于軍事、水利、建筑、機(jī)場(chǎng)、橋梁、公路等工程領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于長(zhǎng)期暴露在惡劣環(huán)境中的港口、碼頭、近海平臺(tái)等海港工程特殊領(lǐng)域中，對(duì)提高建筑物耐久性、延長(zhǎng)整個(gè)生命周期具有重要意義[7-12]。

目前，在工程中應(yīng)用最廣泛的纖維主要有鋼纖維(SF)、碳纖維(CF)和聚丙烯纖維(PP)等[13-14]。其中，碳纖維具有強(qiáng)度高、模量大、比重小、耐堿等優(yōu)越性能[15-16]，但碳纖維直徑細(xì)小、表面憎水導(dǎo)致其分散性差、易引起混凝土電阻率波動(dòng)以及價(jià)格昂貴等問題，在很大程度上限制了其在工程中的應(yīng)用[17]；鋼纖維是當(dāng)今世界各國(guó)普遍采用的混凝土增強(qiáng)材料，它具有抗裂、抗沖擊性能強(qiáng)，耐磨強(qiáng)度高，與水泥親合性好，可增加構(gòu)件強(qiáng)度，延長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)點(diǎn)[18]，但其造價(jià)高、比重大，不易于分散導(dǎo)致坍落度直線下降以及因混凝土含堿和保護(hù)層厚度小而易銹蝕已經(jīng)成為一個(gè)棘手的老問題[19]；聚丙烯纖維具有耐化學(xué)腐蝕、加工性好、價(jià)格低廉、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，在水泥混凝土中摻入聚丙烯纖維可以減少混凝土和砂漿的早期裂縫，提高混凝土的抗裂、抗?jié)B和抗沖擊等性能，但聚丙烯纖維存在強(qiáng)度和模量低，與水泥基體黏結(jié)性差等缺陷[20]；隨著纖維摻量的增加，混凝土工作性降低、彈性模量減小、增韌效果變差，低摻量下則對(duì)混凝土強(qiáng)度無顯著影響[21]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展以及“節(jié)約資源、綠色環(huán)?！钡吞几拍畹奶岢c普及，對(duì)建筑材料提出了更高的要求；尤其是海港工程等特殊領(lǐng)域所處的惡劣環(huán)境，對(duì)纖維混凝土復(fù)合材料性能尤其是抗裂性、韌性等力學(xué)性能和抗腐蝕性能提出了更高的要求。因而探索新型纖維、配制高性能纖維混凝土以滿足工程要求是今后纖維混凝土發(fā)展的重要方向之一。

1 新型非晶合金纖維特性

非晶合金纖維(amorphous alloy fiber, AAF)或稱金屬玻璃帶(metallic glass ribbon, MGR)，是一種帶狀非晶合金材料(通常為20～30 μm厚)。1967年，美國(guó)加州理工學(xué)院P.DUWEZ等[22]利用快速凝固法第一次成功制備出Au-Si非晶合金薄帶。1960年P(guān).DUWEZ教授再次率先開發(fā)出Fe系金屬玻璃，由此帶動(dòng)第一個(gè)非晶合金研究開發(fā)的熱潮[23]。1969年，R.POND和R.MADDIN發(fā)表“關(guān)于制備一定連續(xù)長(zhǎng)度條帶技術(shù)”[24]，帶來了制備非晶合金的決定性發(fā)展。在過去的40年中，伴隨著非晶材料基礎(chǔ)研究制備工藝和應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)的不斷進(jìn)步，各類非晶材料已經(jīng)逐步走向?qū)嵱没?，特別是作為軟磁材料的非晶合金帶材已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并獲得廣泛應(yīng)用[25]。

非晶合金的形成利用超急冷技術(shù)即大于105/s的冷卻速度使液態(tài)金屬快速凝固直接成材?？焖倌痰募夹g(shù)凍結(jié)了液態(tài)金屬原子的無序性，使其來不及結(jié)晶，其原子在三維空間呈拓?fù)錈o序狀。在晶體金屬或者合金中，原子都是在被稱為晶粒的區(qū)域內(nèi)整齊排列，而晶粒之間的結(jié)合處就是這種合金材料最為脆弱的部位。與晶體材料內(nèi)部原子排列遵循一定規(guī)律相反，非晶合金纖維材料內(nèi)部原子排列處于無規(guī)則狀態(tài)，原子的排列緊密而無規(guī)律如同液體或者玻璃一樣雜亂無章，不存在晶粒邊界。由于沒有晶體材料的晶界、位錯(cuò)、滑移面等結(jié)構(gòu)，非晶合金纖維呈現(xiàn)出一系列優(yōu)異的力學(xué)、抗腐蝕特性[26-27]：良好的彈性性能(彈性極限約為2%，比結(jié)晶金屬提高3倍)；極高的強(qiáng)度(接近理論值，例如鐵基非晶合金帶的最大抗拉強(qiáng)度已超過4 000 MPa，與碳纖維相當(dāng))；優(yōu)良的抗腐蝕能力(非晶合金由于不存在晶界，不銹鋼難于應(yīng)付的點(diǎn)腐蝕和晶間腐蝕，對(duì)非晶合金材料則完全不可能發(fā)生)；硬度大；重量輕；不變質(zhì)；軟磁性等。

表1比較了非晶合金纖維與纖維混凝土材料中幾種常用纖維的各項(xiàng)主要性能。

表1 幾種常用纖維的各項(xiàng)主要性能

通過表1可以看出，非晶合金纖維具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1)抗拉強(qiáng)度高。非晶合金纖維抗拉強(qiáng)度超過鋼纖維，抗拉強(qiáng)度值約為鋼纖維的2～4倍。纖維材料本身的性能決定了纖維混凝土材料的性能，高抗拉強(qiáng)度纖維可以有效減少混凝土內(nèi)部的微裂紋并有效地抑制微裂紋的擴(kuò)展，促進(jìn)混凝土抗拉強(qiáng)度的增長(zhǎng)。

2)彈性模量高。非晶合金纖維彈性模量值略低于鋼纖維和碳纖維，屬于高彈性模量纖維。彈性模量大表明在同等荷載的情況下材料變形較小。高彈性模量纖維混凝土在未產(chǎn)生裂紋之前，因纖維彈性模量較高，根據(jù)“混合定律”[28]，復(fù)合材料的彈性模量隨纖維摻量增加而增加，開裂之后，主要是纖維受力，只要纖維體積摻量超過臨界纖維體積摻量，復(fù)合材料承載能力就不會(huì)降低反而增加。因此非晶合金纖維用于混凝土材料中可以很好地提高纖維混凝土復(fù)合材料彈性模量，抵抗結(jié)構(gòu)物荷載變形，提高建筑物承載力。

3)抗腐蝕性高。S.J.CHOI等[29]以鋼纖維(SF)，聚丙烯纖維(PP)和聚乙烯醇纖維(PVA)為對(duì)比，進(jìn)行了非晶合金纖維在10%Na2SO4，3%NaCl，0.6%醋酸以及0.16%Ca(OH)2+1%NaOH+1.4%KOH堿溶液中的抗腐蝕性能研究。結(jié)果表明非晶合金纖維在以上腐蝕溶液中暴露90天仍然沒有出現(xiàn)腐蝕跡象，其抗拉強(qiáng)度能夠保持在原樣的96%以上，與上述幾種傳統(tǒng)纖維相比，非晶合金纖維具有更高的抗腐蝕性；WU Z W等[30]通過試驗(yàn)將不同退火溫度的Fe73Cr6C9Si1P11非晶態(tài)合金纖維置于0.5 mol/L H2SO4溶液中并暴露于空氣中，對(duì)Fe73Cr6C9Si1P11非晶態(tài)合金纖維的抗腐蝕性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明Fe73Cr6C9Si1P11非晶態(tài)合金纖維擁有穩(wěn)定的非晶態(tài)和良好抗腐蝕性能。

鐵基非晶合金纖維因其高性能和相對(duì)低價(jià)格而備受關(guān)注，目前已經(jīng)得到普遍應(yīng)用。尤其是二元Fe-Cr基非晶合金纖維具有非常優(yōu)良的力學(xué)性能，是一種理想的混凝土增強(qiáng)材料[31]。最近，盧志超等[32]提出一種尺寸可控、完全非晶態(tài)、成本低廉、適合在混凝土工程中大量應(yīng)用的鐵基非晶合金纖維的制備方法，指出制備的非晶合金纖維耐腐蝕性優(yōu)異，摻加到混凝土中可以提高其強(qiáng)度、韌性及抗氯離子侵蝕性。非晶合金纖維的高強(qiáng)和高抗腐蝕特性表明其具有在增強(qiáng)混凝土領(lǐng)域應(yīng)用的可能和優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)見新型非晶合金纖維在增強(qiáng)混凝土領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。

2 非晶合金纖維在增強(qiáng)混凝土領(lǐng)域中的研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外對(duì)非晶合金纖維作為增強(qiáng)材料的研究最初開始于上世紀(jì)70年代。在20世紀(jì)70年代末到80年代初，一些學(xué)者先后發(fā)表了關(guān)于非晶合金纖維應(yīng)用于陶瓷、聚合物基體材料增強(qiáng)領(lǐng)域的研究成果。隨后，K.FRIEDRICH等[33]針對(duì)非晶合金纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的疲勞與斷裂性能進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，摻入少量的非晶合金纖維即可大幅度提高環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的斷裂韌性。U.RAJENDRA等[34]對(duì)非晶合金帶增強(qiáng)微晶玻璃復(fù)合材料的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度在摻入少量非晶合金纖維時(shí)就會(huì)有很大幅度的提高，其力學(xué)性能如斷裂強(qiáng)度會(huì)隨著摻入纖維體積含量的增加成比例提高。S.JAYALAKSHMI等[35]對(duì)不同體積摻量下非晶合金材料增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，復(fù)合材料強(qiáng)度會(huì)隨著非晶合金材料體積含量增加而提高。如上所述，非晶合金纖維作為陶瓷、聚合物基體的增強(qiáng)材料對(duì)復(fù)合材料性能有明顯提升，作用效果明顯。

法國(guó)最早開展非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土研究，在水泥漿中亂向摻入體積分?jǐn)?shù)為1.7%，長(zhǎng)度60 mm，寬度1～2 mm，厚度25～30 μm，抗拉強(qiáng)度為2 000 MPa的鐵基非晶合金纖維薄片制備得到的復(fù)合材料，其抗彎強(qiáng)度是基準(zhǔn)混凝土的4倍，韌性與抗沖擊性能顯著提高，預(yù)測(cè)其使用壽命可達(dá)300年以上[1]。澳大利亞Wollongong大學(xué)的P.BEND于2006年開展了非晶合金纖維在水泥基材料中應(yīng)用的探索性研究。采用兩種不同寬度的非晶合金纖維以20 mm，50 mm，90 mm和100 mm的長(zhǎng)度摻入75 mm×75 mm×305 mm的混凝土小梁，通過三點(diǎn)抗彎試驗(yàn)獲得其開裂荷載、斷裂荷載以及荷載-撓度曲線。研究結(jié)果表明：短切非晶合金纖維的加入可以顯著提高試件的抗彎強(qiáng)度，并且非晶合金纖維在混凝土中抗腐蝕性能和黏結(jié)性能良好[36]。國(guó)內(nèi)學(xué)者彭書成等[37]提出一種改性非晶合金纖維混凝土復(fù)合材料的制備方法，利用強(qiáng)度高達(dá)1 900 MPa以上，楊氏模量高達(dá)110 GPa以上的優(yōu)質(zhì)非晶態(tài)纖維，制備而成的混凝土復(fù)合材料比強(qiáng)度高，比模量大，柔韌性好，耐堿性能優(yōu)異，具有極好的抗斷裂性能。J.P.WON等[38]對(duì)鐵基非晶合金纖維混凝土抗彎性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明在相同摻量下，與鉤型鋼纖維增強(qiáng)混凝土相比，非晶合金纖維混凝土抗折強(qiáng)度提高30%以上，抗彎剛度增加近40%。隨后，J.P.WON等[39]就鐵基非晶合金纖維混凝土界面黏結(jié)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：較之于鉤型鋼纖維，非晶合金纖維的界面黏結(jié)撓度和黏結(jié)強(qiáng)度降低。研究同時(shí)指出在混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，由于薄片狀非晶合金纖維在相同摻量下數(shù)量多、黏結(jié)面積大，非晶合金纖維比鉤型鋼纖維更能有效改善結(jié)構(gòu)性能。倪曉俊等[40]對(duì)Fe-Cr基非晶合金纖維混凝土抗腐蝕性能的研究結(jié)果表明：非晶合金纖維混凝土抗腐蝕性能優(yōu)于不銹鋼纖維混凝土，其抗腐蝕性能源于非晶合金纖維在腐蝕環(huán)境下表面會(huì)形成一層鈍化膜。最近，S.J.CHOI等[29]進(jìn)行了鐵基非晶合金纖維增強(qiáng)砂漿塑性收縮試驗(yàn)研究，結(jié)果表明相同體積分?jǐn)?shù)下，較之鋼纖維、聚丙烯纖維和聚乙烯醇纖維，非晶合金纖維砂漿具有更優(yōu)良的抵抗塑性收縮能力，并且隨著非晶合金纖維體積含量的增加，復(fù)合材料平均裂縫面積減小，控制塑性收縮能力增強(qiáng)。R.HAMEED等[41]對(duì)混雜纖維增強(qiáng)混凝土的彎曲性能研究結(jié)果證實(shí)了非晶合金纖維的摻入可以有效控制微裂縫，提高纖維混凝土強(qiáng)度和韌性，應(yīng)用于擋水建筑物等水工結(jié)構(gòu)工程中前景廣闊。

綜上所述，非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度、韌性突出，非晶合金纖維的摻入能有效改善混凝土等水泥基材料的各項(xiàng)性能。同體積摻量下非晶合金纖維混凝土與鋼纖維混凝土相比，抗裂強(qiáng)度與斷裂韌度更高，抗折與抗彎特也有顯著提升，并且，非晶合金纖維混凝土復(fù)合材料顯示了優(yōu)良的抗腐蝕性能。

3 非晶合金纖維在增強(qiáng)混凝土領(lǐng)域中的應(yīng)用前景及存在問題

上述國(guó)內(nèi)外對(duì)非晶合金纖維及其復(fù)合材料的研究表明：非晶合金纖維具有抗拉強(qiáng)度高、彈性模量高，抗腐蝕性能優(yōu)異等諸多特點(diǎn)；制備的非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土具有優(yōu)良的抗彎力學(xué)性能和抗腐蝕特性。將其應(yīng)用于土木工程建設(shè)領(lǐng)域尤其是長(zhǎng)期暴露在惡劣海洋環(huán)境中的港口、碼頭、近海平臺(tái)等特殊領(lǐng)域，能夠有效解決工程結(jié)構(gòu)物在惡劣環(huán)境下的安全性與耐久性問題，有利于減少維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)使用期限，促進(jìn)國(guó)家建設(shè)的發(fā)展。

但非晶合金纖維混凝土復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用仍有待進(jìn)行更深入地研究：

3.1 非晶合金纖維獨(dú)特的表面性狀

非晶合金纖維形狀平直，表面光滑。研究表明：由于非晶合金纖維形狀平直且表面光滑，單根非晶合金纖維界面粘結(jié)強(qiáng)度比鉤型鋼纖維降低30%[39]；平直形狀及表面較光滑的特點(diǎn)不利于非晶合金纖維-基體界面黏結(jié)力學(xué)性能的發(fā)揮。因此，需要針對(duì)其獨(dú)特的薄帶形狀特性，開展非晶合金纖維界面黏結(jié)性能研究，采用表面處理等方法對(duì)非晶合金纖維進(jìn)行改性，更好的發(fā)揮非晶合金纖維的增強(qiáng)效果。

3.2 非晶合金纖維混凝土材料研究甚少

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)非晶合金纖維混凝土材料只進(jìn)行了一定的開拓性研究，研究只涉及非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土抗彎力學(xué)性能、界面黏結(jié)性能和抗干縮性能等。要促進(jìn)非晶合金纖維在增強(qiáng)混凝土領(lǐng)域的應(yīng)用，有必要深入開展非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土力學(xué)和耐久性能研究，探查非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土的增強(qiáng)增韌機(jī)理，充分發(fā)揮非晶合金纖維的高強(qiáng)性能；如系統(tǒng)開展非晶合金纖維摻量、長(zhǎng)徑比及其薄帶形狀特征對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓、抗彎、抗拉強(qiáng)度和變形特性影響研究，進(jìn)行非晶合金纖維混凝土抗碳化、抗凍和抗?jié)B等耐久性研究。為充分發(fā)揮非晶合金纖維高抗腐蝕特性，有必要深入探查非晶合金纖維在海洋環(huán)境下的長(zhǎng)期性能和耐久性演變規(guī)律；如開展氯鹽侵蝕下非晶合金纖維長(zhǎng)期力學(xué)性能演變及微觀機(jī)理研究，進(jìn)行氯鹽侵蝕下非晶合金纖維中氯離子擴(kuò)散規(guī)律研究等。開展氯鹽侵蝕和力學(xué)耦合作用下非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土的長(zhǎng)期力學(xué)性能和耐久性研究，揭示化學(xué)和力學(xué)耦合因素作用對(duì)非晶合金纖維混凝土材料性能劣化的影響機(jī)理。充分發(fā)揮非晶合金纖維的高強(qiáng)和高耐腐蝕特性，以及非晶合金纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)、增韌和阻裂效應(yīng)，提高工程結(jié)構(gòu)的安全與耐久性。為非晶合金纖維混凝土在實(shí)際工程應(yīng)用提供依據(jù)。

3.3 非晶合金纖維價(jià)格問題

目前，非晶合金纖維主要應(yīng)用電子、電力行業(yè)，將其應(yīng)用于水泥混凝土增強(qiáng)領(lǐng)域，存在價(jià)格過高的問題。但應(yīng)用于水泥混凝土增強(qiáng)領(lǐng)域的非晶合金纖維只需要具有高強(qiáng)、高韌性及高抗腐蝕等性能，而不需要電子行業(yè)高磁感、高磁導(dǎo)率和低損耗的特性。由此可以借鑒非晶合金帶的制備原理，簡(jiǎn)單獨(dú)特的制備工藝，利用“賤金屬”，比如成本低廉的鐵來制造水泥混凝土增強(qiáng)領(lǐng)域用非晶合金纖維。并且隨著材料制備工藝的不斷改進(jìn)與完善，非晶合金纖維價(jià)格將不斷降低。研究表明采用耐腐蝕性極強(qiáng)的非晶合金纖維制備混凝土復(fù)合材料，可以極大降低結(jié)構(gòu)服役過程中的維護(hù)和修復(fù)費(fèi)，預(yù)測(cè)其使用壽命可達(dá)300年以上。因此，結(jié)合全壽命角度綜合考慮，非晶合金纖維必然具有良好的經(jīng)濟(jì)性?？梢灶A(yù)見非晶合金纖維這種具有獨(dú)特組織結(jié)構(gòu)、優(yōu)異材料性能的新型材料必將擁有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié) 語

非晶合金纖維是一種新型纖維材料，具有抗拉強(qiáng)度高、彈性模量高、抗腐蝕性能高等特點(diǎn)。非晶合金纖維的高強(qiáng)和高抗腐蝕特性表明其具有在增強(qiáng)混凝土領(lǐng)域應(yīng)用的可能和優(yōu)勢(shì)。

采用非晶合金纖維制備的增強(qiáng)混凝土復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比模量大、柔韌性和耐腐蝕性能好等特點(diǎn)，對(duì)混凝土材料性能的提升優(yōu)于傳統(tǒng)增強(qiáng)纖維。適用于增強(qiáng)混凝土領(lǐng)域尤其是長(zhǎng)期暴露在惡劣海洋環(huán)境中的港口、碼頭、近海平臺(tái)等特殊領(lǐng)域。采用耐腐蝕性極強(qiáng)的非晶合金纖維制備混凝土復(fù)合材料，可以極大降低結(jié)構(gòu)服役過程中的維護(hù)和修復(fù)費(fèi)，極大延長(zhǎng)其使用壽命，結(jié)合全壽命角度綜合考慮，非晶合金纖維必然具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

作為一種新型材料，目前只對(duì)非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土進(jìn)行了一定的開拓性研究。為充分發(fā)揮非晶合金纖維的高強(qiáng)和高抗腐蝕性，促進(jìn)其在增強(qiáng)混凝土領(lǐng)域尤其是港口、碼頭、近海平臺(tái)等特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，需要系統(tǒng)開展非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土力學(xué)和耐久性性能研究，進(jìn)行其界面黏結(jié)性能、界面黏結(jié)機(jī)理、增強(qiáng)增韌機(jī)理以及在海洋環(huán)境下的長(zhǎng)期力學(xué)性能和耐久性能演變規(guī)律等研究。

[1] 程慶國(guó), 高陸彬, 徐蘊(yùn)賢, 等. 鋼纖維混凝土理論及應(yīng)用[M]. 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 1999. CHENG Qingguo, GAO Lubin, XU Yunxian, et al.TheoryandApplicationofSteelFiberReinforcedConcrete[M]. Beijing: China Railway Publishing House, 1999.

[2] JOHNSTON C D.FiberReinforcedCementsandConcretes[M]. New York：Gordon and Breach Science Publishers, 2001: 25-26.

[3] 秦鴻根, 劉斯鳳, 孫偉, 等. 鋼纖維摻量和類型對(duì)混凝土性能的影響[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2003, 6(4): 364-368. QIN Honggen, LIU Sifeng, SUN Wei, et al. Effect of types and volume percentage of steel fiber on properties of concrete[J].JournalofBuildingMaterials, 2003, 6(4): 364-368.

[4] 李北星, 陳明祥, 舒恒, 等. 聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J]. 混凝土, 2003(11): 21-24. LI Beixing, CHEN Mingxiang, SHU Heng, et al. Experimental study on mechanical properties of polypropylene fiber reinforced concrete[J].Concrete, 2003(11): 21-24.

[5] 姚武, 馬一平, 談慕華, 等. 聚丙烯纖維水泥基復(fù)合材料物理力學(xué)性能研究(Ⅱ)——力學(xué)性能[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2000, 3(3): 235-239. YAO Wu, MA Yiping, TAN Muhua, et al. Research on physics and mechanical properties of polypropylene fibers cement-based composite materials-mechanical properities[J].JournalofBuildingMaterials, 2000, 3(3): 235-239.

[6] MAHMOUD M, NIDEL G. Enhancing fracture toughness of high performance carbon fiber cement composites[J].ACIMaterialsJournal, 2001, 98(2): 168-178.

[7] WU Z W, SUN W.TheNewDevelopmentofConcreteScienceandTechnology[M].Nanjing: Southeast University Press, 1995: 637-837.

[8] GAO J, SUN W, MORINO K. Mechanical properties of steel fiber-reinforced, high-strength, lightweight concrete[J].CementConcreteComposite, 1997, 19(4): 307-313.

[9] SONG P S, WU J C, WANG S H. Mechanical properties of high-strength steel fiber-reinforced concrete[J].ConstructionBuildingMaterials, 2004, 18(9): 669- 673.

[10] MORGAN D R, MCASKILL N, CARETTE G G, et al. Evaluation of polypropylene fiber reinforced high-volume fly ash shotcrete[J].PlosPathogens, 1992, 9(6): 371-376.

[11] WANG Y, BACKER S. Toughness determination for fiber reinforced concrete [J].InternationalJournalofCementComposites&LightweightConcrete, 1989, 11(1): 11,18-19.

[12] YAZICI S, GOZDE I, TABAK V. Effect of aspect ratio and volume fraction of steel fiber on the mechanical properties of SFRC[J].ConstructionandBuildingMaterials, 2007, 21(6): 1250-1253.

[13] 袁勇, 邵曉蕓. 合成纖維增強(qiáng)混凝土的發(fā)展前景[J]. 混凝土, 2000(12):3-7. YUAN Yong, SHAO Xiaoyun. Development of synthetic fiber reinforced concrete[J].Concrete, 2000(12):3-7.

[14] 陳潤(rùn)峰, 張國(guó)防, 顧國(guó)芳. 我國(guó)合成纖維混凝土研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2001, 4(2): 167-173. CHEN Runfeng, ZHANG Guofang, GU Guofang. State of study and application of synthetic fiber reinforced concrete in China[J].JournalofBuildingMaterials, 2001, 4(2): 167-173.

[15] 李湘洲, 王偉. 碳纖維增強(qiáng)混凝土的現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]. 混凝土, 2000(8): 31-33. LI Xiangzhou, WANG Wei. Status and trends of carbon fiber reinforced concrete[J].Concrete, 2000(8): 31-33.

[16] 王璞, 黃真, 周岱, 等. 碳纖維混雜纖維混凝土抗沖擊性能研究[J]. 振動(dòng)與沖擊, 2012, 31(12): 14-18. WANG Pu, HUANG Zhen, ZHOU Dai, et al. Impact mechanical properties of concrete reinforced with hybrid carbon fibers[J].JournalofVibrationandShock, 2012, 31(12): 14-18.

[17] 楊玉山, 董發(fā)勤. 碳纖維導(dǎo)電混凝土的研究與發(fā)展前景[J]. 化工新型材料, 2007, 35(2): 1-3. YANG Yushan, DONG Faqin. Study on trends of carbon fiber electric conductive concrete[J].NewChemicalMaterials, 2007, 35(2): 1-3.

[18] 呂海. 鋼纖維混凝土橋面鋪裝[J].交通世界：建養(yǎng)機(jī)械, 2010(6): 153-154. LV Hai. Steel fiber reinforced concrete bridge deck[J].TransportationWorld, 2010(6): 153-154.

[19] 廖書堂, 楊沛延. 鋼纖維混凝土的基本性質(zhì)及在建筑中的運(yùn)用[J]. 建筑技術(shù), 1986(1): 49-50. LIAO Shutang, YANG Peiyan. The basic properties of steel fiber reinforced concrete and its application in the construction[J]ArchitectureTechnology, 1986(1): 49-50.

[20] 陳良, 劉仍光, 劉堅(jiān)勇, 等. 聚丙烯纖維混凝土的性能和國(guó)內(nèi)外應(yīng)用[J]. 青島理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 28(2): 27-30. CHEN Liang, LIU Rengguang, LIU Jianyong, et al. Performance and application of polypropylene fiber reinforced concrete in domestic and abroad[J].JournalofQingdaoTechnologicalUniversity, 2007, 28(2): 27-30.

[21] 何文敏, 陳拴發(fā), 張學(xué)鋼. 聚丙烯纖維增強(qiáng)混凝土研究進(jìn)展[J]. 化工新型材料, 2013, 41(3): 130-132. HE Wenmin, CHEN Shuanfa, ZHANG Xuegang. Study on progress of polypropylene fiber reinforced concrete[J].NewChemicalMaterials, 2013, 41(3): 130-132.

[22] DUWEZ P, LIN S. Amorphous ferromagnetic phase in iron-carbon-phosphorus alloys[J].JournalofAppliedPhysics, 1967, 38(10): 4096.

[23] KLEMENT W, WILLENS R H, DUWEZ P. Non-crystalline structure in solidified gold-silicon alloy[J].Nature, 1960, 187(4740): 869-870.

[24] POND R, MADDIN R. A method of producing rapidly solidified filamentary castings[J].TMS-AIME, 1969, 245: 247.

[25] 凌健. 非晶合金變壓器的節(jié)能技術(shù)和實(shí)績(jī)[J].上海節(jié)能, 2005(3): 51-53. LING Jian. The energy-saving technology and performance of amorphous alloy transformer[J].ShanghaiEnergyConservation, 2005(3): 51-53.

[26] 宋暉, 朱正吼. FeSiB非晶帶材的制備及其力學(xué)性能[J].新技術(shù)新工藝, 2005(2): 47-48. SONG Hui, ZHU Zhenghou. Preparation and mechanical properties of FeSiB amorphous alloys strip[J].NewTechnology&NewProcess, 2005(2): 47-48.

[27] 余鵬, 孫保安, 白海洋, 等. 探索塑性金屬玻璃[J].物理, 2008, 37(6): 421-425. YU Peng, SUN Baoan, BAI Haiyang, et al. Exploring plastic metallic glasses[J].Physics, 2008, 37(6): 421-425.

[28] 漢南特 D J. 纖維水泥與纖維混凝土[M].陸建業(yè)，譯.北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1986. HANNANT D J.FiberCementandConcrete[M].LU Jianye, translation. Beijing: China Architecture & Building Press, 1986.

[29] CHOI S J, HONG B T, LEE S J, et al. Shrinkage and corrosion resistance of amorphous metallic-fiber-reinforced cement composites[J].CompositeStructures, 2014(107): 537-543.

[30] WU Z W, LU Z C, NI X J, et al. Effect of heat treatment on corrosion behaviour of amorphous metal fibers[J].JournalofIronandSteelResearch, 2014, 21(11): 1030-1034.

[31] REDON C, CHERMANT J L. Damage mechanics applied to concrete reinforced with amorphous cast iron fibers, concrete subjected to compression[J].Cement&ConcreteComposites, 1999, 21(3): 197.

[32] 盧志超, 吳忠旺, 倪曉俊, 等. 一種用于混凝土的非晶合金纖維及其制備方法: 201310435060.1[P]. 2013- 09. LU Zhichao, WU Zhongwang, Ni Xiaojun, et al.AnAmorphousAlloyFibersUsedinConcreteandItsPreparationMethod:201310435060.1[P]. 2013- 09.

[33] FRIEDRICH K, FELS A, HOMBOGEN E. Fatigue and fracture of metallic glass ribbon/epoxy matrix composites[J].CompositesScienceandTechnology, 1985, 23: 79-96.

[34] RAJENDRA U, SUBBRAMANIAN K N. Metallic glass ribbon-reinforced glass-ceramic matrix composites[J].JournalofMaterialsScience, 1990, 25: 3291-3296.

[35] JAYALAKSHMI S, GUPTA S, SANKARANARAYANAN S, et al. Structural and mechanical properties of Ni60Nb40amorphous alloy particle reinforced Al-based composites produced by microwave assisted rapid sintering[J].MaterialsScience&EngineeringA, 2013，581: 119-127.

[36] BEND P.InfluenceofMetallicGlassRibbononPerformanceofReinforcedConcrete[D]. Wollongong of Australia: Wollongong University, 2006.

[37] 彭書成, 陳美蘭, 侯正昌. 改性非晶合金纖維材料混凝土復(fù)合材料的制備方法: 200710052162.X[P]. 2007-10. PENG Shucheng, CHEN Meilan, HOU Zhengchang.PreparationofModifiedAmorphousAlloyFiberConcreteCompositeMaterial: 200710052162.X[P]. 2007-10.

[38] WON J P, HONG B T, CHOI T J, et al. Flexural behavior of amorphous micro-steel fiber-reinforced cement composites[J].CompositeStructures, 2012, 94: 1443-1449.

[39] WON J P, HONG B T, LEE S J, et al. Bonding properties of amorphous micro-steel fiber-reinforced cementitious composites[J].CompositeStructures, 2013, 102: 101-109.

[40] 倪曉俊, 吳忠旺, 馮碩, 等. 非晶合金纖維耐腐蝕性能研究[J]. 金屬功能材料, 2015, 22(2): 24-28. NI Xiaojun, WU Zhongwang, FENG Shuo, et al. Study on the corrosion behaviour of amorphous metal fiber[J].MetallicFunctionalMaterials, 2015, 22(2): 24-28.

[41] HAMEED R, TURATSINZE A, DUPRAT F, et al. Study on the flexural properties of metallic-hybrid-fiber-reinforced concrete[J].MaejoInternationalJournalScienceandTechnology, 2010, 4(2): 169.

(責(zé)任編輯：朱漢容)

Literature Review on the Performance of Amorphous Alloy Fiber and Its Application in Reinforced Concrete

JIANG Chaohua, LUAN Zhiyong, ZHANG Weiwei, HUANG Shanshan

(School of Harbour, Coastal and Offshore Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, Jiangsu, P.R.China)

Fiber addition in the reinforced concrete is one of the effective ways to improve the toughness of matrix, restrain the shrinkage cracking and obtain high performance concrete. Amorphous alloy fiber (or named metal glass tape) has excellent mechanical and corrosion resistance property. Amorphous alloy fiber reinforced concrete material shows high strength, large modulus, well flexibility and corrosion resistance. The development and main characteristics of amorphous alloy fiber were introduced. The current research on mechanic properties and corrosion resistance of amorphous alloy fiber reinforced concrete was elaborated in detail. And the application prospect and main problems of amorphous alloy fiber reinforced concrete were put forward.

port engineering; amorphous alloy fiber; fiber reinforced concrete; performance; application prospect

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.05.09

2016- 03- 02；

2016- 04-15

江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20151496)

江朝華(1972—)，女，廣西合山人，副教授，博士，主要從事海港工程新材料的研究。 E-mail: chaohuajiang@hhu.edu.cn。

U654；TU528.572

A

1674- 0696(2017)05- 045- 06