李昕　王穎

摘 要：纖維混凝土是纖維和混凝土的結(jié)合體，是一種被廣泛應(yīng)用在工程上的新型材料，具有耐疲勞、抗彎、抗裂等優(yōu)勢，文章通過介紹不同纖維類型的特性，研究纖維混凝土的組成成分及力學(xué)性能，重點(diǎn)分析纖維混凝土在路面工程上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：纖維混凝土；力學(xué)性能；路面工程；木質(zhì)素纖維

1 纖維類型及其特性

纖維混凝土中使用的纖維可以分為有機(jī)纖維和無機(jī)纖維兩種，有機(jī)纖維包括聚丙烯纖維、尼龍纖維、聚酯人造纖維，較多采用的是聚丙烯纖維和木質(zhì)素纖維。無機(jī)纖維較多采用的是鋼纖維，包括住密克絲膠合鋼纖維、銑削鋼纖維、熔抽鋼纖維、剪切鋼纖維等。

聚丙烯纖維又名杜拉纖維，是塑料纖維的一種，呈半透明網(wǎng)狀，顏色為白色，結(jié)構(gòu)為束狀單絲結(jié)構(gòu)，將其放進(jìn)混凝土進(jìn)行攪拌會(huì)呈單絲狀分散開。聚丙烯纖維無吸水性，纖維長度范圍為12～15mm，燃點(diǎn)590℃，熔點(diǎn)為160～70℃，比重為0.91，熱傳導(dǎo)能力較低，張力強(qiáng)度為560～770MPa，酸堿阻抗性較高，楊氏彈性模量為350MPa。

木質(zhì)素纖維是植物類纖維，由木材經(jīng)過一定化學(xué)處理后得到。纖維結(jié)構(gòu)是多孔、凹凸不平、帶狀彎曲的，有較強(qiáng)的吸水能力，且具有良好的分散性、韌性等優(yōu)勢。木質(zhì)素纖維呈棉絮狀，顏色為灰色或淺綠色。對(duì)其加工處理時(shí)溫度控制在260℃以上，通常情況下木質(zhì)素纖維不易被酸堿溶劑所腐蝕，溫度和化學(xué)穩(wěn)定性較好，亦不會(huì)影響到環(huán)境和人體健康。

鋼纖維是采用不同方式對(duì)低碳鋼加工而得到的，如銑削鋼纖維是銑削特定鋼錠而成，該纖維等效直徑0.8mm，長32mm，呈月牙狀。在混凝土中容易攪拌，不起團(tuán)，且經(jīng)一定處理后不易生銹。住密克絲膠合鋼纖維使采用高速回轉(zhuǎn)方式將鋼水甩出，快速冷卻得出。纖維斷面呈現(xiàn)月牙形，橫截面長度范圍為20～60mm，可增強(qiáng)混凝土握裹力。鋼纖維具有較高的強(qiáng)度，可提高利用效率。

2 纖維混凝土的組成材料

纖維混凝土的構(gòu)成材料有纖維、碎石、水、水泥、砂以及其他外加劑。混凝土中對(duì)于碎石強(qiáng)度和耐磨性有一定要求，壓碎值（mm）16～20；石料技術(shù)等級(jí)≥3；含泥量（沖洗法）≤1%；片、針狀顆粒含量≤15%；磨耗率≤4%；硫化物及硫酸鹽含量≤1%.材料中使用的是飲用水或者無污染天然水。若采用非飲用水，含鹽量要小于5mg/cm3，硫酸鹽含量不能超過2.7mg/cm3，pH值必須大于4。

水泥混凝土路面要求混凝土有一定的強(qiáng)度，可抗?jié)B和耐磨，路面強(qiáng)度要求高于30#。因此選擇水泥標(biāo)號(hào)不能低于525#。鋼纖維混凝土路面的滲透性要求較高，水泥采用硅酸鹽水泥，用量大于300kg/m3。

纖維混凝土中多使用河砂，選擇粗砂或者中砂，細(xì)度模數(shù)控制在2.3～3.2范圍內(nèi)，技術(shù)要求為.輕物質(zhì)含量≤1%；含泥量≤3%；云母含量≤2%；硫化物及硫酸鹽含量≤1%。

3 纖維混凝土力學(xué)性能及路面應(yīng)用

3.1 鋼纖維混凝土

3.1.1 力學(xué)性能

抗裂性：若耐力情況控制不變，鋼纖維混凝土具有較強(qiáng)的變形能力，在出現(xiàn)裂縫時(shí)變形能力使素混凝土的兩倍，出現(xiàn)裂縫后，鋼纖維在裂縫之間的連接還能夠抑制變形擴(kuò)展。鋼纖維混凝土中摻入的鋼纖維擴(kuò)大，可顯著增大其韌性，韌性能力為素混凝土的30倍之多。

抗剪強(qiáng)度：混凝土中摻進(jìn)的鋼纖維越多，其抗剪強(qiáng)度越大，若摻進(jìn)0.5%的鋼纖維，去抗剪強(qiáng)度是素混凝土的1.5倍。此外，混凝土的抗彎強(qiáng)度也會(huì)因鋼纖維的長細(xì)比發(fā)生變化。

抗沖擊強(qiáng)度：鋼纖維混凝土有較強(qiáng)的吸能能力，所以抗沖擊強(qiáng)度較高，是素混凝土的5～10倍。

彈性模量：鋼纖維混凝土中摻進(jìn)2%至3%的鋼纖維時(shí)，彈性模量無明顯改變，與素混凝土幾乎一致，但摻進(jìn)鋼纖維量越大，彈性模量會(huì)越大。

3.1.2 路面應(yīng)用

鋼纖維混凝土在我國路面工程上主要運(yùn)用于橋面、高級(jí)路面以及機(jī)場跑道，包括修補(bǔ)工程和新建工程。鋼纖維混凝土所具有的較高的韌性和力學(xué)性能，可以承受激烈的沖擊力和反復(fù)荷載，初次產(chǎn)生裂縫較小，在不承受荷載的情況下可以恢復(fù)，且可將其制作成井蓋，成本較低又可達(dá)到要求，且不用擔(dān)心被盜，有助于提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.2 木質(zhì)素纖維

3.2.1 力學(xué)性能

韌性及分散性：木質(zhì)素纖維結(jié)構(gòu)是凹凸不平、多孔的，有較好的分散性、抗裂性及韌性。

抗裂性：木質(zhì)素有較強(qiáng)的吸水能力，抗裂性能較好。

3.2.2 路面應(yīng)用

木質(zhì)素在路面工程中是不可或缺的穩(wěn)定劑，它可以與其他物質(zhì)混合使用，運(yùn)用在混凝土中可有效增加混凝土強(qiáng)度和表面附著力，在路面建筑中起到防護(hù)、填充作用。通常木與其他纖維共同摻入混凝土中，增加其穩(wěn)定性，多用于荷載較重的交通路端，城市中的汽車站、港口碼頭以及道路交叉口等路面。

3.3 聚丙烯纖維混凝土

3.3.1 力學(xué)性能

抗折性：聚丙烯纖維不起團(tuán)不生銹，其中含有較多的單絲，可以抑制混凝土塑性收縮，運(yùn)用到路面工程中，可有效降低路面斷板和開裂的發(fā)生率。聚丙烯纖維具有良好抗折性能，有助于增高路面使用時(shí)間，其抗折強(qiáng)度受聚丙烯纖維含量控制，會(huì)隨著纖維含量持續(xù)增加呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律，因此，纖維控制量有限制。

抗壓性：聚丙烯纖維網(wǎng)可使混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使混凝土初次裂縫有所較少，增高混凝土的抗壓性。

耐久性和滲透能力：混凝土中摻入適量的短切聚丙烯能夠提高致密性，進(jìn)而增強(qiáng)混凝土耐久性和抗?jié)B透能力。

3.3.2 路面應(yīng)用

如平頂山市的平東線中姚孟一段路面，路寬12m，日常交通量大，荷載重，時(shí)常出現(xiàn)路面損壞現(xiàn)象，相關(guān)管理局決定采用聚丙烯纖維混凝土重新這段路路面，使用聚丙烯纖維建筑的路面載荷量高，不易出現(xiàn)裂縫，一年的使用時(shí)間無錯(cuò)臺(tái)和斷板現(xiàn)象。從投入成本來算，相比普通混凝土來說，聚丙烯纖維混凝土造價(jià)雖增加，但其使用壽命較長，路面質(zhì)量高，相對(duì)應(yīng)的減少養(yǎng)護(hù)工作。和鋼纖維混凝土建筑相比，沒公里路面路面造價(jià)節(jié)約成本25萬至30萬，綜合來看，在路面工程中使用聚丙烯纖維混凝土性價(jià)比較高，尤其對(duì)于人數(shù)較多，對(duì)交通要求較高的地區(qū)，在路面建筑的選材方面，可多考慮使用聚丙烯纖維混凝土。

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基金項(xiàng)目：文章為不同摻量的木質(zhì)素纖維混凝土的基本力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究課題研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：2014QJ02。