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    行業(yè)觀點
    纖維混凝土的性能及比較
  • 發(fā)布時間:2018-06-18
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    發(fā)展纖維混凝土是提高高性能混凝土質(zhì)量的重要途徑。纖維混凝土通常是以水泥凈漿、砂漿或者混凝土為基材,以非連續(xù)的短纖維或者連續(xù)的長纖維作增強材料所組成的水泥基復(fù)合材料,主要作用是通過橋接作用來限制圍觀裂縫的發(fā)展,從而改善混凝土的性能。


    一、纖維加入水泥基體中的作用


    1.阻裂。阻止水泥基體中原有缺陷的擴展并有效延緩新裂縫的出現(xiàn);

    2.防滲。通過阻裂提高水泥基體的密實性,防止外界水分侵入;

    3.耐久。改善水泥基體抗凍、抗疲勞等性能,提高其耐久性;

    4.抗沖擊。提高水泥基體的耐受變形的能力,從而改善其韌性和抗沖擊性;

    5.抗拉。在使用高彈性模量纖維前提下,可以起到提高基體的抗拉強度的作用;

    6.美觀。改善水泥構(gòu)造物的表觀性態(tài),使其更加致密、細潤、平整、美觀。


    二、種類及優(yōu)缺點


    1、鋼纖維混凝土其技術(shù)特點是能提高混凝土的韌性和抗拉強度,但是鋼纖維攪拌時易結(jié)團,混凝土和易性差,泵送困難、難以施工且易銹蝕,鋼纖維混凝土的自重大、在制造方面使用大量的鋼材,加大了對鋼材的消耗,增加成本較多。鋼纖維在使用過程中破壞形態(tài)主要是被拔出,而不會被拉斷,這說明鋼纖維的與混凝土的粘附性不足,這會影響提高混凝土抗拉強度的效果,它增韌增強的原理是當(dāng)裂縫產(chǎn)生后由于鋼材的高模量和單根的高抗拉強度,阻止了裂縫的進一步開展;但由于數(shù)量有限,對微觀裂縫約束效果不大,對抗?jié)B、凍融等性能提高并不明顯,另外,施工中鋼纖維密度過大,振搗澆注時往往會沉于混凝土下部,不可能均勻分布,這就是理論研究結(jié)論較好而實際應(yīng)用效果差異很大的主要原因。


    2、盡管玻璃纖維已用于鋪設(shè)混凝土路面,但是玻璃纖維在使用中暴露很大的缺點,如玻璃纖維混凝土暴露于大氣中一段時間后,其強度和韌性會有大幅度下降,即由早期高強度、高韌性向普通混凝土退化。眾所周知,普通的玻璃纖維還有一個致命的弱點,就是不耐堿,堿骨料反應(yīng)是水泥混凝土的“癌癥”。因此,普通玻璃纖維是不能用作水泥混凝土基增強材料的,即使是耐堿玻璃纖維也不適宜與普通波特蘭水泥復(fù)合,最好與低堿度水泥復(fù)合。這主要是為了減輕水泥基材對玻璃纖維表面的堿性侵蝕作用。我國“雙保險“的技術(shù)路線由于是”削足適履“的做法,加之,耐堿玻璃纖維在外觀上很難與普通玻璃纖維相區(qū)別,幾十年來一直難以大面積推廣。


    3、合成纖維包括聚丙烯纖維、聚酯和聚丙烯腈纖維等,它與鋼纖維的相似點是不受水化產(chǎn)物的侵蝕,有一定的抗拉強度,可三維亂向分布于混凝土基體中,其阻裂原理是充分發(fā)揮了纖維數(shù)量優(yōu)勢,具有很大的表面積,對微裂縫約束,使之不至于連通,效果顯著。但是合成纖維密度小,單絲直徑較小,存在增稠效應(yīng),不利于混凝土的震動密實,由于合成纖維的抗拉強度較低,在使用過程中其破壞形態(tài)主要是纖維被拉斷,且在抗老化、耐堿方面也不夠好。


    4、碳纖維是20世紀(jì)60年代開發(fā)研制的一種高性能纖維,具有抗拉強度和彈性模量高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,與混凝土粘結(jié)良好的優(yōu)點,但由于碳纖維價格昂貴,工程應(yīng)用中受到很大的限制。


    由以上幾種纖維混凝土的性能可以看出,這幾種纖維混凝土都存在一些缺陷,在滿足高性能混凝土方面都是不太理想,無法很好地解決現(xiàn)存的一些問題。纖維混凝土發(fā)展了幾十年的經(jīng)歷告訴我們:必須在纖維上有所突破,才能使纖維混凝土這種高性能混凝土真正得到廣泛使用。


    三、玄武巖纖維混凝土


    隨著生產(chǎn)技術(shù)的解密,連續(xù)玄武巖纖維是近幾年來才時有報道的新纖維,它是一種無機纖維材料,用純天然火山噴出巖為原料,經(jīng)1450~1500℃高溫熔融后快速拉制而成的連續(xù)纖維,其外觀為金褐色,具有卓越的綜合性能和較低的價格。


    連續(xù)玄武巖纖維的特性:


    原材料的天然性。由于生產(chǎn)CBF的原料取決于天然的火山噴出巖,除了它與生俱來就具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定外,其中并沒有與人類健康有害的成分。


    性能的綜合性。玄武巖纖維是名副其實的“多能”纖維。譬如既耐酸又耐堿、既耐低溫又耐高溫,既絕熱電絕緣又隔音,拉伸強度超過大絲束碳纖維,斷裂延伸率比小絲束的碳纖維還要好;CBF表面極性,與樹脂復(fù)合時界面結(jié)合的浸潤性極好,而且CBF具有三維的分子維數(shù)與分子維數(shù)-維的線性聚合物纖維相比具有較高的抗壓縮強度、剪切強度和在耐惡劣環(huán)境中使用的適應(yīng)性、抗老化性等有優(yōu)異的綜合性能。


    成本的低廉性。水泥混凝土用的玄武巖纖維價格并不高,明顯低于鋼纖維、碳纖維等,和合成纖維相當(dāng)。天然的相容性。玄武巖纖維是典型的硅酸鹽纖維,用它與水泥混凝土和砂漿混合時很容易分散,新拌玄武巖纖維混凝土的體積穩(wěn)定、和易性好、耐久性好,具有優(yōu)越的耐高溫性、防滲抗裂性和抗沖擊性。


    此外,玄武巖纖維的耐堿性要比耐堿玻璃強。因此,玄武巖纖維增強混凝土可以在基本建設(shè)的各個領(lǐng)域起到防滲抗裂、延長使用壽命等作用。CBF是天然綠色的新材料,將給人類的建筑業(yè)和我國優(yōu)先發(fā)展的交通運輸領(lǐng)域帶來重大變革!


    除了它具有強度高、防滲抗裂、耐高溫、耐酸堿腐蝕能力強、抗沖擊性好等一系列優(yōu)點外,它還在我國分布較廣,價格便宜,造價低,還兼有綠色、環(huán)保、節(jié)約資源等優(yōu)勢,產(chǎn)品符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策。且大量試驗證明玄武巖纖維對混凝土性能有很好的改善作用,與鋼纖維和合成纖維相比,玄武巖纖維的結(jié)合性更好,玄武巖纖維抗腐蝕耐銹蝕性均好于其它纖維。因此,玄武巖纖維用于水泥混凝土中有其自身的優(yōu)勢和特點,相比鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、合成纖維混凝土和碳纖維混凝土較有明顯的性能、價格等綜合優(yōu)勢,替代潛力巨大。


    主要產(chǎn)品:


    玄武巖纖維應(yīng)用在混凝土中的產(chǎn)品主要有玄武巖單絲和加捻合股兩種,單絲纖維類似于其它合成纖維,具有微米級的直徑,更有其他纖維不可比擬的良好分散性;加捻合股纖維是玄武巖纖維無捻粗紗,用多股平行原絲經(jīng)加捻和合股合而成的玄武巖纖維制品,抗折性好、具有良好的性能。可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和目的的不同制造出不同長度、不同直徑、不同捻度和捻向的產(chǎn)品規(guī)格。兩種短切纖維既可根據(jù)需要單獨加入混凝土,因其具有相同的抗拉強度、彈性模量和性能,更可以混合使用,生產(chǎn)出一種全新的、綜合了合成纖維和鋼纖維混凝土優(yōu)點的高性能混凝土。


    與其他纖維混凝土相比,新型玄武巖纖維混凝土主要有以下優(yōu)勢:


    1、兩種具有同類性質(zhì),不同直徑的纖維可以一起受力,協(xié)同工作,優(yōu)勢互補,既共同防裂阻裂,又共同增韌增強。


    2、玄武巖纖維原絲可以發(fā)揮數(shù)量優(yōu)勢,具有較大的表面積,對微裂縫約束,使之不至于連通,效果顯著。并克服了合成纖維的密度小,彈性模量和抗拉強度低的缺點,不至于在裂縫擴展時被拉斷,有效地防止微裂縫的擴展、對抗?jié)B、抗凍融等效果好于合成纖維。


    3、玄武巖纖維加捻合股可以發(fā)揮鋼纖維的高模量和單根的高抗拉強度的優(yōu)勢,阻止了裂縫的擴展。又克服了鋼纖維攪拌時易結(jié)團,不利于攪拌,難以施工且易銹蝕、耐久性差,鋼纖維自重大的缺點。


    4、玄武巖加捻合股纖維是典型的硅酸鹽纖維,比重為2.63--2.8g/cm3,用它與水泥混凝土和砂漿密度相近,混合時很容易分散,且均布于混凝土內(nèi)部,克服了鋼纖維混凝土在振搗澆注時往往會沉于混凝土下部,不能均勻分布的缺點。


    5、玄武巖纖維表面已經(jīng)改性,是一種“惰性纖維”,具有高度的穩(wěn)定性,在高溫、高腐蝕性的環(huán)境中能保持穩(wěn)定性能,使玄武巖加捻合股纖維能適應(yīng)混凝土的拌合、澆筑、凝結(jié)和使用的各個階段的惡劣環(huán)境,提高混凝土的耐久性。


    四、經(jīng)濟對比


    一般鋼纖維摻量為40kg/m3~120kg/m3,按最低40kg/m3考慮,市場價目前為7元/kg左右,單方砼增加造價280元。玄武巖纖維按4kg的搭配,增加造價4kg×32元/kg=128元/m3,砼增強增韌效果同鋼纖維砼相當(dāng),降低裂縫性能明顯高于鋼纖維砼。