纖維增強混凝土研究的文獻綜述3800字

纖維增強混凝土研究的國內(nèi)外文獻綜述纖維混凝土是在普通混凝土的基礎(chǔ)上，摻入金屬纖維、無機纖維或有機纖維等增強材料組成的一種復(fù)合材料。由于纖維是一種高抗拉、高延性的材料，加入混凝土中恰好可以彌補其抗拉強度低、延性差、易斷裂等不足，提高了混凝土的抗拉強度，抑制了混凝土裂縫的產(chǎn)生，緩解混凝土已有裂縫的擴展，是一種有效提高混凝土強度和韌性的方法。纖維混凝土的出現(xiàn)要追溯到20世紀初，國外學者Porter在1910年發(fā)表了短纖維混凝土的相關(guān)研究報告0,這也是首次關(guān)于纖維增強混凝土方面的研究記錄。一年后，Graham學者往普通混凝土中摻入了鋼纖維，制備出性能優(yōu)異的鋼纖維混凝土。此后，在1963年，Romualdi和Batson提出了基于鋼纖維混凝土材料的纖維間距理論，開始了這種新型復(fù)合材料在應(yīng)用方面的研究。鋼纖維強度高、彈性模量高，對混凝土的增強、增韌作用效果顯著,但其質(zhì)量大，成本高，且易生銹、易腐蝕，分散性能差，在攪拌過程中易結(jié)團i,這些缺點限制了鋼纖維在工程中的應(yīng)用。而在非金屬纖維中，碳纖維強度高、剛度大，但其造價昂貴，僅常用于工程結(jié)構(gòu)上的加固，若在工程中大規(guī)模使用不切實際；玻璃纖維有較高的強度，但其成本較高Iiil,在混凝土拌制過程中較難分散均勻，且通常在較高的體積摻量下才能發(fā)揮有效作用；合成纖維作為新型增強增韌材料，具有較高的強度，且抗腐蝕性能好、價格低，在提高普通混凝土的基本力學性能、耐久性能等方面有良好的效果。研究表明，纖維在水泥基材料或混凝土材料中發(fā)揮的增強效果主要取決于基體強度liv]、纖維類型V、纖維長徑比vi[vil]、纖維摻量[viijlix]、纖維在基體中的分纖維的摻入對混凝土的工作性能有消極影響，但可以有效改善混凝土的力學性能目前關(guān)于纖維混凝土的增強理論，主要有兩種。纖維間距理論是建立在線彈性力學的基礎(chǔ)上，假定纖維在混凝土基體中以棋盤式、沿拉應(yīng)力方向均勻分布，并認為纖維對混凝土的增強作用與纖維間距有很大關(guān)聯(lián)?？筛攀鰹椋寒斖饬ψ饔糜诨炷習r，混凝土內(nèi)部的孔隙、微裂紋等缺陷處會產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)實際受力超過允許值而破壞。當纖維在混凝土中均勻分布時，混凝土內(nèi)部的微裂縫被包圍在相鄰纖維之間。微裂縫尖端因拉力作用會產(chǎn)生裂縫擴展應(yīng)力，促進微裂縫向宏觀裂縫發(fā)展，而裂縫圖1-2為Romualdi纖維分布模型，可用來說明纖維對混凝土的增強作用。圍成區(qū)域的中心。在拉力作用下，靠近裂縫的纖維表面會產(chǎn)生如錯誤!未找到引用源。(b)所示的粘結(jié)力t,t的作用方向與裂縫張開方向相反，能夠有效緩和裂式中：K,——纖維混凝土實際應(yīng)力強度因子；均勻、平行地分布；b.纖維混凝土是勻質(zhì)的各向同性或正交各向異性的線彈性m—一混凝土基體；由力學平衡可得：V——纖維體積摻量。若纖維種類不止一種，則(1-3)式可改為：聚丙烯粗纖維是以聚乙烯和聚丙烯為主要原材料，由特殊的工藝精制加工而成的一種新型增強、增韌材料。聚丙烯粗纖維具有無腐蝕性、易分散、造價低等優(yōu)點，表面帶有凹凸刻痕，可與水泥基體形成較好粘結(jié)，既有合成纖維特有的優(yōu)點，又可以發(fā)揮鋼纖維的功能，其性能在鋼纖維和聚丙烯纖維之間。纖維材料對混凝土的流動性能都有顯著影響，聚丙烯粗纖維[xix也不例外。作為一種長纖維，聚丙烯粗纖維摻入混凝土后會相互搭接，形成三維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，約束了混凝土中各組成物相的流動，從而降低了混凝土拌合物的坍落度，隨著纖維摻量的增大，約束效果越明顯。聚丙烯粗纖維對混凝土的工作性能有不利影響，但對混凝土力學性能和耐久性能方面有較好的提升作用。羅洪林[741發(fā)現(xiàn)：聚丙烯粗纖維長徑比對混凝土的力學性能有顯著影響，當纖維長徑比增大時，對混凝土基本力學性能和抗彎性能的增幅先增大后減小，在最優(yōu)長徑比后，纖維混凝土的28d抗壓強度會低于普通混凝土，而其抗彎強度一直大于普通混凝土。梁寧慧[x×]對不同尺寸的聚丙烯纖維混凝土的抗彎韌性進行了研究，發(fā)現(xiàn)：聚丙烯粗纖維的摻入改善了混凝土的破壞方式，在提高混凝土抗彎強度的同時也顯著提高了抗彎韌性，纖維混凝土的剩余強度較普通混凝土提高了5.58~8.88倍。聚丙烯粗纖維對再生混凝土力學性能的增強作用類似普通混凝土，RAC的抗壓強度受聚丙烯粗纖維影響較小，但因纖維的橋接作用使得RAC的劈裂抗拉強度和抗折強度均有明顯提高[xxi]。在耐久性能方面，因聚丙烯粗纖維的摻入可以提高混凝土基體的勻質(zhì)性，延長滲徑，從而提高混凝土的抗?jié)B性能；同樣，混凝土基體的密實度也會得到提升，孔隙率因此下降，使得CO?在混凝土內(nèi)部的擴散受到限制，提高了混凝土的抗碳化能力；且亂向分布的聚丙烯粗纖維也會使得混凝土中Cl的傳輸變得更困難，從而降低了混凝土的Cl-擴散系數(shù)lxxil。但是聚丙烯粗纖維的摻入也增大了薄弱界面出現(xiàn)的概率，過量聚丙烯粗纖維的摻入，增多了混凝土基體內(nèi)部不良界面的數(shù)量，反而對混凝土的耐久性能會產(chǎn)生不利影響。KiachehrBehfarnialxxii等對比聚丙烯粗纖維混凝土與鋼纖維混凝土的抗氯離子性能發(fā)現(xiàn)：在不同摻量下，聚丙烯粗纖維混凝土的抗氯離子性能均比鋼纖維混凝土要好。此外，學者們對聚丙烯粗纖維混凝土的斷裂性能也展開了研究。周明芳[xxiv]對聚丙烯粗纖維混凝土試件進行三點彎曲斷裂試驗，并將其結(jié)果與鋼纖維混凝土進行對比，結(jié)果表明：聚丙烯粗纖維混凝土的有效裂縫擴展長度△ac、斷裂韌度和斷裂能均比普通混凝土高；在相同纖維體積摻量下，聚丙烯粗纖維混凝土的斷裂韌度和有效裂縫擴展長度△ac均比鋼纖維混凝土低，但斷裂能比鋼纖維混凝土略高。MinhajX××]等研究了DucTi纖維體積摻量對RAC斷裂性能的影響，發(fā)現(xiàn)：摻入纖維后，RAC的斷裂韌度和斷裂能均得到了提升，再生骨料取代率為100%、纖維體積摻量為1%的RAC試件，其斷裂能為普通混凝土的3.65倍。PVA纖維是由聚乙酸乙烯酯經(jīng)皂化而成的高分子有機化合物。其彈性模量高、抗拉強度大、耐腐蝕性強，且有良好的親水性能。聚乙烯醇纖維與水泥砂漿基體不發(fā)生化學反應(yīng)，但PVA纖維可通過表面的羥基與水泥砂漿基體形成氫鍵作用，極大提高了PVA纖維與混凝土基體之間的粘結(jié)強度[xxvi。PVA纖維對混凝土的工作性能也有負面影響，PVA纖維在混凝土基體中除了會形成三維網(wǎng)架結(jié)構(gòu)外，還因其強親水性吸附了水泥砂漿中一定的水分，增大了水泥砂漿的稠度；且PVA纖維的摻入會使混凝土中非漿體相的比表面積有所增大，導(dǎo)致其他物相表面包裹的水泥漿體厚度減小xxvil,從而降低了混凝土的流動性，而纖維摻量越大，影響越顯著。PVA纖維的摻入對混凝土的力學性能有一定的提高。PVA纖維對混凝土抗壓強度的影響規(guī)律不一，有學者發(fā)現(xiàn)PVA纖維摻入后可以提高混凝土的抗壓強度[xxviil,但大多數(shù)研究結(jié)果表明PVA纖維的摻入降低了混凝土的抗壓強度，文獻{xxixl認為抗壓強度降低是因為：纖維摻入混凝土后會產(chǎn)生引氣作用，降低了骨料與膠凝材料間的黏著性；其他學者認為：PVA纖維的摻入增加了混凝土內(nèi)部的缺陷，降低了混凝土基體的密實度，使得抗壓強度降低。由于PVA纖維可以橋接混凝土基體，且纖維數(shù)量眾多，可顯著提高混凝土的劈裂抗拉強度和抗折強度，但是過量的纖維會使水泥砂漿的包裹能力有所降低，從而削弱了纖維的增強作用在耐久性能方面，因PVA纖維摻入混凝土中可發(fā)揮橋接作用限制基體開裂，對混凝土早期裂縫開展有顯著的抑制作用[591,當微裂縫的開展受到抑制時，混凝土基體內(nèi)未結(jié)冰的水在孔通道中的遷移也會受到限制，且水結(jié)冰產(chǎn)生的拉應(yīng)力也相應(yīng)減少，從而提高混凝土的抗凍性能；PVA纖維還可以填充混凝土基體中的缺陷，增強混凝土內(nèi)部的約束能力，使混凝土的抗?jié)B性能得到提高；并且PVA纖維本身具有很強的耐腐蝕性能，不會因腐蝕性離子的作用而失效，當混凝土受到侵蝕破壞時，纖維還可以有效約束混凝土孔洞的擴張、剝落，從而提高混凝土針對斷裂性能方面，目前對PVA增強混凝土材料的研究相對較少，主要集中在水泥基材料，而纖維材料主要也是通過增強混凝土中的水泥砂漿基體來實現(xiàn)混凝土整體性能的提升。王金羽xxxil研究了PVA纖維體積摻量對水泥基復(fù)合材料斷裂性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)：PVA纖維在克服水泥砂漿基體阻力拔出的過程中，消耗了一定的能量，使得水泥基材料的斷裂能有較大提升；當PVA纖維摻量為1.0%和1.5%時，水泥基材料的斷裂能較基準組分別提高了18.7倍和27.1倍。[2]賴建中，孫偉，董賀祥.粗合成纖維混凝土力學性能及纖維-混凝土界面粘結(jié)行為研究[J].工業(yè)建筑，2006(11):94-97.工程學報，2014(5):204-210.[4]王力，徐禮華，鄧方茜，劉素梅，池寅.波紋型鋼纖維-混雜纖維混凝土界面黏結(jié)性能[J].建筑材料學報，2020,23(04):864-874.大學，2019.料學報，2019,36(8):1934-1948.[7]李傳習，石家寬，聶潔，曾宇環(huán).平直型鋼纖維摻量與長徑比對超高性能混凝土性能的影響[J].硅酸鹽通報，2019,38(09):2946-2954.[8]