纤维增强混凝土研究的文献综述3800字

纤维增强混凝土研究的国内外文献综述纤维混凝土是在普通混凝土的基础上，掺入金属纤维、无机纤维或有机纤维等增强材料组成的一种复合材料。由于纤维是一种高抗拉、高延性的材料，加入混凝土中恰好可以弥补其抗拉强度低、延性差、易断裂等不足，提高了混凝土的抗拉强度，抑制了混凝土裂缝的产生，缓解混凝土已有裂缝的扩展，是一种有效提高混凝土强度和韧性的方法。纤维混凝土的出现要追溯到20世纪初，国外学者Porter在1910年发表了短纤维混凝土的相关研究报告0,这也是首次关于纤维增强混凝土方面的研究记录。一年后，Graham学者往普通混凝土中掺入了钢纤维，制备出性能优异的钢纤维混凝土。此后，在1963年，Romualdi和Batson提出了基于钢纤维混凝土材料的纤维间距理论，开始了这种新型复合材料在应用方面的研究。钢纤维强度高、弹性模量高，对混凝土的增强、增韧作用效果显著,但其质量大，成本高，且易生锈、易腐蚀，分散性能差，在搅拌过程中易结团i,这些缺点限制了钢纤维在工程中的应用。而在非金属纤维中，碳纤维强度高、刚度大，但其造价昂贵，仅常用于工程结构上的加固，若在工程中大规模使用不切实际；玻璃纤维有较高的强度，但其成本较高Iiil,在混凝土拌制过程中较难分散均匀，且通常在较高的体积掺量下才能发挥有效作用；合成纤维作为新型增强增韧材料，具有较高的强度，且抗腐蚀性能好、价格低，在提高普通混凝土的基本力学性能、耐久性能等方面有良好的效果。研究表明，纤维在水泥基材料或混凝土材料中发挥的增强效果主要取决于基体强度liv]、纤维类型V、纤维长径比vi[vil]、纤维掺量[viijlix]、纤维在基体中的分纤维的掺入对混凝土的工作性能有消极影响，但可以有效改善混凝土的力学性能目前关于纤维混凝土的增强理论，主要有两种。纤维间距理论是建立在线弹性力学的基础上，假定纤维在混凝土基体中以棋盘式、沿拉应力方向均匀分布，并认为纤维对混凝土的增强作用与纤维间距有很大关联。可概述为：当外力作用于混凝土时，混凝土内部的孔隙、微裂纹等缺陷处会产生应力集中，导致结构实际受力超过允许值而破坏。当纤维在混凝土中均匀分布时，混凝土内部的微裂缝被包围在相邻纤维之间。微裂缝尖端因拉力作用会产生裂缝扩展应力，促进微裂缝向宏观裂缝发展，而裂缝图1-2为Romualdi纤维分布模型，可用来说明纤维对混凝土的增强作用。围成区域的中心。在拉力作用下，靠近裂缝的纤维表面会产生如错误!未找到引用源。(b)所示的粘结力t,t的作用方向与裂缝张开方向相反，能够有效缓和裂式中：K,——纤维混凝土实际应力强度因子；均匀、平行地分布；b.纤维混凝土是匀质的各向同性或正交各向异性的线弹性m—一混凝土基体；由力学平衡可得：V——纤维体积掺量。若纤维种类不止一种，则(1-3)式可改为：聚丙烯粗纤维是以聚乙烯和聚丙烯为主要原材料，由特殊的工艺精制加工而成的一种新型增强、增韧材料。聚丙烯粗纤维具有无腐蚀性、易分散、造价低等优点，表面带有凹凸刻痕，可与水泥基体形成较好粘结，既有合成纤维特有的优点，又可以发挥钢纤维的功能，其性能在钢纤维和聚丙烯纤维之间。纤维材料对混凝土的流动性能都有显著影响，聚丙烯粗纤维[xix也不例外。作为一种长纤维，聚丙烯粗纤维掺入混凝土后会相互搭接，形成三维网架结构，约束了混凝土中各组成物相的流动，从而降低了混凝土拌合物的坍落度，随着纤维掺量的增大，约束效果越明显。聚丙烯粗纤维对混凝土的工作性能有不利影响，但对混凝土力学性能和耐久性能方面有较好的提升作用。罗洪林[741发现：聚丙烯粗纤维长径比对混凝土的力学性能有显著影响，当纤维长径比增大时，对混凝土基本力学性能和抗弯性能的增幅先增大后减小，在最优长径比后，纤维混凝土的28d抗压强度会低于普通混凝土，而其抗弯强度一直大于普通混凝土。梁宁慧[x×]对不同尺寸的聚丙烯纤维混凝土的抗弯韧性进行了研究，发现：聚丙烯粗纤维的掺入改善了混凝土的破坏方式，在提高混凝土抗弯强度的同时也显著提高了抗弯韧性，纤维混凝土的剩余强度较普通混凝土提高了5.58~8.88倍。聚丙烯粗纤维对再生混凝土力学性能的增强作用类似普通混凝土，RAC的抗压强度受聚丙烯粗纤维影响较小，但因纤维的桥接作用使得RAC的劈裂抗拉强度和抗折强度均有明显提高[xxi]。在耐久性能方面，因聚丙烯粗纤维的掺入可以提高混凝土基体的匀质性，延长渗径，从而提高混凝土的抗渗性能；同样，混凝土基体的密实度也会得到提升，孔隙率因此下降，使得CO₂在混凝土内部的扩散受到限制，提高了混凝土的抗碳化能力；且乱向分布的聚丙烯粗纤维也会使得混凝土中Cl的传输变得更困难，从而降低了混凝土的Cl-扩散系数lxxil。但是聚丙烯粗纤维的掺入也增大了薄弱界面出现的概率，过量聚丙烯粗纤维的掺入，增多了混凝土基体内部不良界面的数量，反而对混凝土的耐久性能会产生不利影响。KiachehrBehfarnialxxii等对比聚丙烯粗纤维混凝土与钢纤维混凝土的抗氯离子性能发现：在不同掺量下，聚丙烯粗纤维混凝土的抗氯离子性能均比钢纤维混凝土要好。此外，学者们对聚丙烯粗纤维混凝土的断裂性能也展开了研究。周明芳[xxiv]对聚丙烯粗纤维混凝土试件进行三点弯曲断裂试验，并将其结果与钢纤维混凝土进行对比，结果表明：聚丙烯粗纤维混凝土的有效裂缝扩展长度△ac、断裂韧度和断裂能均比普通混凝土高；在相同纤维体积掺量下，聚丙烯粗纤维混凝土的断裂韧度和有效裂缝扩展长度△ac均比钢纤维混凝土低，但断裂能比钢纤维混凝土略高。MinhajX××]等研究了DucTi纤维体积掺量对RAC断裂性能的影响，发现：掺入纤维后，RAC的断裂韧度和断裂能均得到了提升，再生骨料取代率为100%、纤维体积掺量为1%的RAC试件，其断裂能为普通混凝土的3.65倍。PVA纤维是由聚乙酸乙烯酯经皂化而成的高分子有机化合物。其弹性模量高、抗拉强度大、耐腐蚀性强，且有良好的亲水性能。聚乙烯醇纤维与水泥砂浆基体不发生化学反应，但PVA纤维可通过表面的羟基与水泥砂浆基体形成氢键作用，极大提高了PVA纤维与混凝土基体之间的粘结强度[xxvi。PVA纤维对混凝土的工作性能也有负面影响，PVA纤维在混凝土基体中除了会形成三维网架结构外，还因其强亲水性吸附了水泥砂浆中一定的水分，增大了水泥砂浆的稠度；且PVA纤维的掺入会使混凝土中非浆体相的比表面积有所增大，导致其他物相表面包裹的水泥浆体厚度减小xxvil,从而降低了混凝土的流动性，而纤维掺量越大，影响越显著。PVA纤维的掺入对混凝土的力学性能有一定的提高。PVA纤维对混凝土抗压强度的影响规律不一，有学者发现PVA纤维掺入后可以提高混凝土的抗压强度[xxviil,但大多数研究结果表明PVA纤维的掺入降低了混凝土的抗压强度，文献{xxixl认为抗压强度降低是因为：纤维掺入混凝土后会产生引气作用，降低了骨料与胶凝材料间的黏着性；其他学者认为：PVA纤维的掺入增加了混凝土内部的缺陷，降低了混凝土基体的密实度，使得抗压强度降低。由于PVA纤维可以桥接混凝土基体，且纤维数量众多，可显著提高混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度，但是过量的纤维会使水泥砂浆的包裹能力有所降低，从而削弱了纤维的增强作用在耐久性能方面，因PVA纤维掺入混凝土中可发挥桥接作用限制基体开裂，对混凝土早期裂缝开展有显著的抑制作用[591,当微裂缝的开展受到抑制时，混凝土基体内未结冰的水在孔通道中的迁移也会受到限制，且水结冰产生的拉应力也相应减少，从而提高混凝土的抗冻性能；PVA纤维还可以填充混凝土基体中的缺陷，增强混凝土内部的约束能力，使混凝土的抗渗性能得到提高；并且PVA纤维本身具有很强的耐腐蚀性能，不会因腐蚀性离子的作用而失效，当混凝土受到侵蚀破坏时，纤维还可以有效约束混凝土孔洞的扩张、剥落，从而提高混凝土针对断裂性能方面，目前对PVA增强混凝土材料的研究相对较少，主要集中在水泥基材料，而纤维材料主要也是通过增强混凝土中的水泥砂浆基体来实现混凝土整体性能的提升。王金羽xxxil研究了PVA纤维体积掺量对水泥基复合材料断裂性能的影响，研究发现：PVA纤维在克服水泥砂浆基体阻力拔出的过程中，消耗了一定的能量，使得水泥基材料的断裂能有较大提升；当PVA纤维掺量为1.0%和1.5%时，水泥基材料的断裂能较基准组分别提高了18.7倍和27.1倍。[2]赖建中，孙伟，董贺祥.粗合成纤维混凝土力学性能及纤维-混凝土界面粘结行为研究[J].工业建筑，2006(11):94-97.工程学报，2014(5):204-210.[4]王力，徐礼华，邓方茜，刘素梅，池寅.波纹型钢纤维-混杂纤维混凝土界面黏结性能[J].建筑材料学报，2020,23(04):864-874.大学，2019.料学报，2019,36(8):1934-1948.[7]李传习，石家宽，聂洁，曾宇环.平直型钢纤维掺量与长径比对超高性能混凝土性能的影响[J].硅酸盐通报，2019,38(09):2946-2954.[8]