纖維混凝土配置關(guān)鍵技術(shù)研究

白琴琴 杜 靜 周 杰 徐朝陽(yáng) 李玉平

（西安高科新達(dá)混凝土有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065）

1 引言

纖維混凝土是一種常見(jiàn)的混凝土類(lèi)型，它是在常規(guī)混凝土中添加一定含量的纖維材料，與一般混凝土材料相比，其力學(xué)性能更好，且具有更強(qiáng)的抗沖擊能力。纖維混凝土配置技術(shù)的研究目的是進(jìn)一步提升混凝土的各種性能、降低其生產(chǎn)和工程應(yīng)用成本、提高混凝土試件的使用壽命?，F(xiàn)階段，混凝土材料的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，這種混凝土可以減少混凝土的裂紋和開(kāi)裂、延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的壽命。它的強(qiáng)度和耐久性能更好，可以提高建筑物的安全性和可靠性。如果采用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行纖維混凝土配置時(shí)，容易產(chǎn)生纖維在混凝土中分散不均勻的問(wèn)題，進(jìn)而產(chǎn)生集聚現(xiàn)象，從而降低材料的使用性能。同時(shí)，在配合比方面，現(xiàn)有技術(shù)難以滿(mǎn)足不同工程結(jié)構(gòu)的需求、兼顧性能、成本等問(wèn)題。對(duì)于這些問(wèn)題，需要更加深入地研究解決方案，以提高纖維混凝土配置技術(shù)的應(yīng)用性能。

2 纖維混凝土配置關(guān)鍵技術(shù)

2.1 纖維材料對(duì)混凝土的增強(qiáng)機(jī)理

（1）水泥基體與纖維之間的相互作用：纖維可以增加混凝土的黏著力和摩擦力，從而增強(qiáng)混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)耐久性和組織穩(wěn)定性。同時(shí)，纖維還可以減輕水泥石的收縮性質(zhì)。

（2）纖維阻止裂縫擴(kuò)展：當(dāng)混凝土受到外部荷載的影響時(shí)，纖維材料可有效提升混凝土的抗裂性能，降低裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）纖維分散應(yīng)力：當(dāng)外部荷載作用于混凝土?xí)r，纖維可將應(yīng)力分散至更大范圍內(nèi)，從而減弱應(yīng)力的集中程度，進(jìn)一步提高混凝土的耐久性和抗沖擊性。

（4）纖維的張力和彎曲作用：在混凝土受到外部荷載時(shí)，纖維會(huì)同時(shí)承受張力和彎曲作用。這些纖維的張力和彎曲作用可將應(yīng)力分散到更大面積內(nèi)，進(jìn)一步提高混凝土的抗力和延性。

綜上，纖維可以通過(guò)增加混凝土的耐久性、結(jié)構(gòu)性和穩(wěn)定性，進(jìn)而使混凝土具有更好的力學(xué)性能，提高混凝土的整體強(qiáng)度。

2.2 纖維材料選擇與配合比設(shè)計(jì)

纖維混凝土配置技術(shù)是指在混凝土中添加一定比例的纖維材料，以提高混凝土應(yīng)用性能的一種技術(shù)。如果纖維混凝土的摻配過(guò)程中控制不嚴(yán)格，容易導(dǎo)致配比不均勻、纖維分散性差、凝固性能下降等問(wèn)題，進(jìn)一步影響工程的質(zhì)量和長(zhǎng)期使用效果。因此，在纖維混凝土配置中，首先要選擇相應(yīng)的纖維材料，并按照一定比例投入混凝土中。纖維在混凝土中的選擇和投入需要考慮纖維的基本性能參數(shù)和混凝土工程的實(shí)際需求。每種纖維材料都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和適用場(chǎng)合，在選擇纖維材料時(shí)，要考慮纖維的材質(zhì)、強(qiáng)度、密度、長(zhǎng)度、直徑、表面處理工藝等因素，以及混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中的實(shí)際需求。以下是各種纖維材料的主要特點(diǎn)：

（1）鋼纖維：鋼纖維與混凝土的附著力較強(qiáng)，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在可以增強(qiáng)混凝土的抗壓、抗彎和抗撞性能，在地下結(jié)構(gòu)、道路和橋梁等工程中應(yīng)用廣泛。但鋼纖維易生銹，因此，在某些特殊場(chǎng)合下，如海洋工程、化工廠、污水處理設(shè)施等不適合使用。

（2）碳纖維：碳纖維的強(qiáng)度高、耐腐蝕性好，可有效增強(qiáng)混凝土的抗張和抗彎能力，適用于要求較高的混凝土結(jié)構(gòu)，如高耐久建筑、地震工程等。

（3）玻璃纖維：在混凝土中添加玻璃纖維可提升混凝土的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕和抗堿性能，可改善混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，適用于出現(xiàn)熱裂紋的材質(zhì)，如墻體抹面和屋面防水。

（4）聚丙烯纖維：聚丙烯纖維不易腐蝕，可防止混凝土裂縫和抗?jié)B，加強(qiáng)混凝土的韌性和抗震性，適用于人流量大的混凝土地面，如停車(chē)場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)跑道等。

由于碳纖維的拉伸強(qiáng)度高，比鋼纖維更耐腐蝕，因此，本文選擇碳纖維作為纖維混凝土配置的關(guān)鍵材料。選取主要纖維材料之后，對(duì)各種材料的比例與摻量進(jìn)行設(shè)置，表1 為具體的配合比。

表1 纖維混凝土材料配合比

除了水泥、沙子、碎石等傳統(tǒng)混合料外，還可適當(dāng)添加一些填充料、摻合料等，以提高混凝土的性能。需要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要根據(jù)具體的要求對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

2.3 纖維混凝土強(qiáng)度性能指標(biāo)計(jì)算

纖維混凝土的強(qiáng)度性能指標(biāo)涉及不同類(lèi)型的力學(xué)性質(zhì)，本文主要對(duì)抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、點(diǎn)荷載承載力和斷裂性能4 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行研究，下面是上述指標(biāo)的計(jì)算公式：

（1）抗拉強(qiáng)度指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度是纖維混凝土的重要性能指標(biāo)之一，常用來(lái)描述強(qiáng)度指標(biāo)。通常根據(jù)貫穿試驗(yàn)或拉伸試驗(yàn)得出試件在強(qiáng)度處發(fā)生破壞所受的最大拉力，公式如下：

（2）抗壓強(qiáng)度指標(biāo)：抗壓強(qiáng)度是纖維混凝土的另一個(gè)重要性能指標(biāo)，描述混凝土在承受壓力下的強(qiáng)度，公式如下：

（3）點(diǎn)荷載承載力指標(biāo)：點(diǎn)荷載承載力指標(biāo)是表示纖維混凝土抵抗點(diǎn)荷載壓力的能力，公式如下：

（4）斷裂性能指標(biāo)：斷裂性能指標(biāo)描述纖維混凝土在受到應(yīng)力沖擊加載下突然失效之前吸收的能量。公式如下：

2.4 纖維混凝土配置流程

纖維混凝土的配置需要注意一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，如攪拌時(shí)間、速度、表面養(yǎng)護(hù)等，需要根據(jù)不同工程的具體情況進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)配置技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化進(jìn)一步提高纖維混凝土的力學(xué)性能、耐久性能和施工性能。

通過(guò)上述分析確定了纖維混凝土配合比，下面給出纖維混凝土配置的具體流程：

（1）攪拌混合：首先將干料與纖維充分?jǐn)嚢杈鶆?，纖維必須均勻地分布在整個(gè)混凝土中，以使其功能達(dá)到最佳效果。然后逐步加水將其混合，在添加一定量的水后，再按照15r/min 的速度攪拌90s，直至混凝土中不再出現(xiàn)明顯的干粉狀塊狀物。最后加入減水劑和增強(qiáng)劑。

（2）確定混凝土性能：根據(jù)實(shí)際工程需求選擇適當(dāng)?shù)幕炷翐胶喜牧?，如水泥、礦物粉等，并確定合適的摻合比例和適當(dāng)?shù)睦w維數(shù)量。

（3）構(gòu)筑模板：首先，根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作構(gòu)筑模板，在模板內(nèi)放置鋼筋骨架，注意鋼筋骨架要與模板之間留有一定的距離。然后，將預(yù)制好的混凝土料運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，倒入模板中，同時(shí)，使用振搗器將其振實(shí)，確保混凝土的密實(shí)性和均勻性。最后，在混凝土表面進(jìn)行整平和抹光等處理。

（4）澆筑混凝土：按照設(shè)計(jì)好的施工位置逐層澆筑，對(duì)于墻體等立面構(gòu)件可采用管道進(jìn)行輸送。澆筑時(shí)要注意澆筑層次和厚度的控制，同時(shí)，要控制水灰比，防止出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題。

（5）養(yǎng)護(hù)：混凝土在澆筑后需要進(jìn)行充分養(yǎng)護(hù)，以確?；炷猎陴B(yǎng)護(hù)期內(nèi)充分保濕，以免混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂等問(wèn)題。

3 性能測(cè)試

為驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)纖維混凝土配置技術(shù)的有效性和實(shí)用性，對(duì)經(jīng)該技術(shù)配置后的混凝土試件進(jìn)行測(cè)試。表2 為不同混凝土試件的具體參數(shù)。

表2 纖維混凝土試件具體參數(shù)

以表2 中的混凝土試件作為測(cè)試對(duì)象，具體測(cè)試指標(biāo)包括抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度。圖1 和圖2為具體的測(cè)試結(jié)果。

圖1 抗拉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

圖2 抗彎強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

由圖1 和圖2 可知，應(yīng)用本文技術(shù)配置的混凝土抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度高于未應(yīng)用該技術(shù)之前。其中，2#混凝土試件的抗拉強(qiáng)度差距較大，未應(yīng)用本文技術(shù)之前，其抗拉強(qiáng)度為8.1MPa，應(yīng)用本文技術(shù)之后，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到了11.5MPa；3#混凝土試件的抗彎強(qiáng)度差距較大，未應(yīng)用本文技術(shù)之前，其抗彎強(qiáng)度為10.5MPa，應(yīng)用本文技術(shù)之后，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到了14.4MPa。說(shuō)明本文技術(shù)可有效提升混凝土試件的力學(xué)性能，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

纖維混凝土配置研究的背景和意義在于提高混凝土的力學(xué)性能、降低生產(chǎn)和維護(hù)成本、提高建筑物的安全性和可靠性、降低建筑物安全風(fēng)險(xiǎn)、推動(dòng)我國(guó)建筑工程質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)上述研究可以得出，本文技術(shù)以纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)機(jī)理為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)混凝土配合比，并通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了該技術(shù)的先進(jìn)性。隨著低碳環(huán)保理念的普及，纖維混凝土的可持續(xù)性將會(huì)受到更多關(guān)注，因此，開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保型纖維混凝土是未來(lái)研究的重點(diǎn)之一。