《纤维改性混凝土》PPT课件.ppt

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1、纤维混凝土,目 录CONTENTS,1 国内外研究现状,纤维混凝土，是纤维和水泥基料（水泥石、砂浆或混凝土）组成的复合材料的统称，以水泥浆、砂浆或混凝土作基材，以纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料，称为纤维混凝土。其发展可追溯到一千多年前，古埃及人将稻草掺到粘土中来晒干做成砖头；在我国民间，建造房屋时，在泥巴当中掺入稻草、用黄土白灰拌合起来抹墙砌砖时掺入麻刀等 由此可见，先人们通过实际探索发现，纤维加入无机胶结料中有助于降低其脆性并减少开裂。,1910年，美国人Porter建议把短纤维均匀分散在混凝土中用以强化基体材料，这是近代关于纤维混凝土的理论研究的开端。,1964 年，丹麦的Krenc

2、hel 博士论文纤维增强材料首次应用复合材料理论研究了纤维增强无机胶结材料的机理。,1997 年 Li 和 Kanda 等人开始将 PVA 用于 ECC（即设计水泥基复合材料的简称），制成了聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料。,1 国内外研究现状,我国在1970年引入纤维混凝土技术，在各科研院所和施工单位开展了大量纤维应用于混凝土的研究工作，并逐步在实际工程中取得应用。,1993 年 颁布纤维混凝土结构设计与施工规范极大地推动了钢纤维在公路路面、机场跑道、桥面、以及各种建筑制品等领域的推广应用。,同济大学马一平认为聚丙烯纤维几何形态，即分散性越好其抗裂性越强,聚丙烯纤维增强混凝土改善了抗弯韧性。,

3、武铁明等人的研究表明，纤维均匀分布在新拌混凝土内构成一种网状结构，硬化中微裂缝的发展遭到纤维的阻挡，从而阻断裂缝扩展达到抗裂的作用。,1 国内外研究现状,2 纤维分类及其作用,掺入混凝土中的纤维按照其用途可分为：抗裂纤维和结构(增强)纤维2类：（1）其中结构纤维可提高混凝土的延展性、抗弯强度、韧性以及抗磨损性等，能够部分甚至全部替代钢筋用于道路、机场等工程，实际应用中主要以钢纤维为主（2）而有机合成纤维多作为抗裂纤维使用，研究表明，结构纤维的材质、外观、掺量以及方向分布等均会对纤维增强混凝土(FRC)的性能产生影响。,2 纤维分类及其作用,（3）混杂纤维组合中，钢纤维和聚酯纤维的组合可更好地减

4、少塑性收缩裂缝。（4）碳一钢纤维由于有相似的弹性模量和协同交互作用，可有效地提高混凝土强度和弯曲韧性，并且适当的混杂纤维组合对断裂韧性的影响要好于单一的纤维掺杂。（5）当纤维掺量低时(w2，W为质量分数)，混凝土的抗压强度不会明显改变，但即使掺量非常低(w0.5)，也可以改善延展性和抑制裂缝的增大。（6）而纤维掺量变大时，会导致混凝土的和易性降低另外，压实和浇筑方法很可能会影响纤维的位置和分布，对纤维的增强效果产生明显的作用，较长的钢纤维更容易垂直于荷载方向分布，从而更有效地提高弯曲强度而纤维长径比的不同也是影响混凝士性能和行为的重要因素,3纤维混凝土的特性,降低早期收缩裂缝，并可降低温度裂缝

5、和长期收缩裂缝。裂后抗变形性能明显改善，弯曲韧性提高几倍到几十倍，极限应变有所提高，破坏时，机体裂而不碎。而且弯曲疲劳和受压疲劳显著提高。具有有优良的抗冲击、抗爆炸及抗侵彻性能。混凝土的耐磨性、耐空蚀性、耐冲刷性、抗冻融性和抗渗性均有不同程度的提高。提高混凝土的耐久性。,以玄武岩纤维为例，介绍纤维对混凝土各种性能的影响。,2）玄武岩纤维对高强混凝土的性能影响,玄武岩纤维增强HSC弯曲性能 弯拉强度反应了混凝土梁抗弯能力的大小，是反映混凝土抗拉性能的又一指标，尤其能反映纤维混凝土的受拉破坏情况。采用MTS810对试件进行三分点加载小梁试验，其试验结果不同龄期混凝土的抗弯拉强度如图所示。与基准混凝

6、土相比，同龄期(3，7，28 d)的玄武岩纤维混凝土的抗弯拉强度均有明显提高，说明玄武岩纤维能有效地改善混凝土前期的强度和韧性。,玄武岩纤维增强HSC收缩性能,参照美国混凝土学会ACI-544纤维增强混凝土的性能测试中的水泥砂浆及混凝土干燥收缩裂缝测试方法测试试样的抗塑性收缩开裂性能。其试验结果如下图所示，与基准混凝土相比，BF I18，BF18和BF18的最大裂宽分别降低了85，87和94。说明掺加玄武岩纤维后的HSC抗裂性能显著上升，通过比较各组的开裂指数也可得到该结论，3组掺纤维的HSC开裂指数分别为基准混凝土的6.7，4.9和22.8。同时也说明直接短切玄武岩纤维对HSC的抗裂性能提高

7、最大，有捻合股玄武岩纤维次之，无捻合股玄武岩纤维较。,4 纤维混凝土的工程应用,公路路面机场道面桥梁的桥面工业建筑地面赛场道面,发挥纤维混凝土抗拉强度、抗折强度和抗剪强度高，收缩小、整体性好、耐冲击、耐疲劳、耐腐蚀性等优点，改善结构使用性能，延长结构的使用寿命。,第一类，弹性基础板或其他承重结构的板式结构,4 纤维混凝土的工程应用,第二类，岩石和土基的维护结构。,水工输水隧洞铁路公路交通隧道岩石或土体护坡,纤维混凝土由于抗折强度、抗剪强度高，能承受较大的围岩和土体的变形作用而保持良好的整体性。在这一领域的应用越来越收到工程界的重视。,4 纤维混凝土的工程应用,第三类，输水、储水和防渗工程,纤维

8、混凝土由于抗裂性能好、收缩率低，因而具有防水防渗性能。为了增强防渗效果，工程中常常采用一些改性措施，掺入防水剂、聚合物等等。,游泳池蓄水池刚性防水屋面地下室防渗,4 纤维混凝土的工程应用,第四类，耐冲刷、耐磨耗结构：如水工建筑物,第五类，水泥制品和预制构件：隔墙板，屋面折板，波形瓦第六类，特殊功能的工程部位：如承受动力荷载的重型机械基础,5.1 合成纤维混凝土简介,高性能混凝土比之普通混凝土的突出优点是高耐久性、高体积稳定性和高工作性，但是尽管如此，它仍不是完善的混凝土或理想的混凝土,其最为致的弱点是脆性增大，而且随着高性能混凝土强度的提高，其破坏形式往往呈无征兆的爆炸性破坏，大量研究表明，在

9、混凝土基材中掺加各类纤维是提高混凝土韧性的最有效途径,合成纤维混凝土的基本原理是将一种、两种、或者更多种纤维增强材料进行不同的搭配加入混凝土基材中，产生一种既能发挥单一纤维的优良性能，又能体现它们之间不同类型纤维搭配作用的新型复合材料。,5.2 几种常见的纤维,5.3 合成纤维混凝土的形式,1 常见的几种纤维混杂形式：（1）不同性能纤维的混杂，高弹性的模量纤维是可以显著提高混凝土的开始产生裂缝以及最大的荷载；高延性性能的纤维则可显著提升混凝土的延展性和韧度。这两类不同的纤维以一定比例混同可发挥明显的增强、增韧作用。（2）不同尺度的纤维的混杂。不同长度不同形状的纤维对混凝土复杂的结构构造进行改性

10、。短一点的纤维比较细，在混凝土结构中分散比较充分，主要的作用是增强水泥基材料的强度，推迟或者杜绝微裂纹在混凝土中的进一步发展而粗一点长一点的纤维拥有比较高的弹模较高的坚硬程度，他们两种不同类型的优势互补，能有效地降低干燥收缩引起的不良作用。,5.4 合成纤维混凝土实例分析,1 采用不同长度的这种纤维与钢纤维配制混凝土，并与素混凝土进行了对比试验和分析,5.4 合成纤维混凝土实例分析,1 从表1可以看出，素混凝土的稠度值最低，钢纤维混凝土的次之合成纤维进一步增加了稠度，并且随着合成纤维长度的增大，稠度增加更明显。这是由于纤维的加人会占用部分水泥浆体对其进行包裹，并且阻碍水泥浆体的流动有研究，为了

11、保持纤维增强混凝土的工作性，拌合物中应保持足够的浆体量以使纤维更好地分布。因此，混凝土纤维特别是合成结构纤维的产品说明书中一般会提示应比普通混凝土略提高减水剂的用量以抵消纤维对流动性的降低作用。,2 混凝土抗压强度测试结果，素混凝土的7 d及28 d的抗压强度均最高，纤维的加入则分别降低了20左右的7 d强度和1020的28 d强度，钢纤维降低强度的作用低于合成纤维，而合成纤维的长度增加会进一步降低强度，只是其降低7 d强度的幅度远低于对28 d强度的不利影响,5.4 合成纤维混凝土实例分析,（1）由于纤维的加入增加了与混凝土基体之间的大量不良界面，降低了混凝土的结构稳定性，从而引起抗压强度下

12、降。（2）钢纤维由于自身的硬度较高，加上磁力振动成型时可能会诱使其同向分布可相对降低对混凝土强度的负面作用。（3）而合成维的自身硬度较低，并且在混凝土中呈多向异性分布，所以对强度的影响更大。（4）纤维长度的增加仅会导致混凝土中的局部不良界面增大，而且在搅拌过程中更容易团聚、形成混凝土内部的宏观结构缺陷。因此长纤维对混凝土强度的降低作用更明显，说明其长度的不利作用较为突出。,5.4 合成纤维混凝土实例分析,（5）合成纤维可明显提高混凝土的断裂能，其作用高于同体积掺量的钢纤维，这是因为在被拉出混凝土的过程中，合成纤维比钢纤维受到了更长周期的较大约束力。,6 展望,纤维混凝土作为一种新型的高性能建筑

13、材料，其具备了较高的抗压、抗拉、抗弯、抗冲击强度及良好的抗冻、耐久等优良性能，但是我国在纤维混凝土的研究目前还处在发展阶段，其待解决的问题有纤维与混凝土的粘结、配合比、施工以及疲劳等，且随着工程技术的发展，纤维混凝土会被越来越广泛的使用在各行各业中。,参考文献,1、市政道路钢纤维复合混凝土井座井盖的应用.韶关市市政建设工程有限公司.20132、道路桥梁在施工中钢纤维混凝土的应用分析.魏晨宇.宜春市公路勘察设计院.2016 3、聚丙烯纤维混凝土在桥梁施工中的应用.雷亮.新疆兵团勘测设计院.20154、钢纤维混凝土在水利工程中的应用.薛 丽.刘春梅.黑河市水务局.20165、钢纤维混凝土材料在旧混

14、凝土路面修补工程中的应用.盐城开发集团有限公司.20146、合成结构纤维对混凝土力学性能的影响.朱洪波.吴凯凡.同济大学.20167、混杂纤维增韧高性能混凝土的研究.姚武.蔡江宁.同济大学.2002,2023/7/31,参考文献,8、混杂纤维对高性能混凝土高温性能的影响.鞠丽艳,张雄.同济大学.20069、钢纤维混凝土力学性能试验研究.高培正.周云.东南大学.200510、聚丙烯纤维碾压混凝土在路面大修工程中的应用研究.武和平.长沙理工大学.201411、纤维网片复合方式对纤维增强水泥基材料性能的影响.孙伟.东南大学.200312、钢纤维混凝土在桥面铺装中的施工技术研究.迟飞飞.中交第二公路勘察设计院.201713、路桥施工过程中钢纤维混凝土施工关键技术.张东伟.中建路桥集团有限公司.2017,2023/7/31,