混杂纤维混凝土力学性能研究现状与进展

摘 要：作为一种新型复合材料，混杂纤维混凝土具有良好的性能。它由混凝土和纤维构成，其中，纤维材料中必须至少包含两种纤维。相对于一般混凝土而言，混杂混凝土的性能更为优越，原因在于多种纤维可以弥补一般混凝土的各种缺点，进而提高混凝土的整体性能。此外，相对于只掺杂一种纤维而言，多掺杂纤维显得更为经济，这有利于节约建筑成本。基于混杂纤维混凝土的优势，本文将深入研究其力学性能，归纳并总结混杂纤维混凝土相关领域的研究现状，并对当前力学性能研究中存在的问题进行分析，有针对地提出解决方案。

关键词：混杂纤维混凝土;力学性能;研究进展

随着新型材料的发展，混杂纤维混凝土逐渐被制造出来。作为一种建筑材料，混杂纤维混凝土广泛应用于各种建筑工地中，这正是得益于它优越的性能。相对于一般混凝土而言，混杂纤维可以在某种程度上提高混凝土的性能，尤其是在极限条件下的性能[1]。例如，在遭受巨大冲击载荷的情况下，混杂纤维混凝土仍然可以较好的保持自身状态。当混凝土中出现裂缝的时候，混杂的纤维可以防止裂缝变宽，进而保障工程的安全。在遭受腐蚀液侵蚀的情况下，混杂纤维可以有效延缓侵蚀状况，进而延长混凝土的使用时间。

基于上述性能优势，混杂混凝土常被用于一些特殊情境中。通常来说，这些情境对材料的耐用性、力学性能都有着极高的要求，例如：在跨海大桥、高速公路上，经常可以见到混杂混凝土的身影。在地震频发地区，混杂纤维混凝土也常常在建筑中发挥着巨大作用。

当前，随着房地产事业的兴起和基建工程的推进，我国科研界对混杂纤维混凝土的研究正日益增多。研究重点主要聚焦于混杂纤维混凝土的各种性能，其中，力学性能又是研究者最为津津乐道的。本文将详细介绍混杂纤维混凝土的力学性能，并总结该领域的研究进展，归纳混凝土的相关问题，并提出解决方案。

1 力学性能及研究现状

混杂纤维混凝土有着特殊的力学性能，其中，主要的力学性能包括抗拉伸、抗冲击、抗形变等。作为混凝土的性能之一，力学性能一直是学者们津津乐道的研究话题。在某些研究中，学者们利用不同的纤维材料，严格控制材料的配比，制造出不同的混杂混凝土，进而设计对照实验，研究对比不同混凝土的力学性能，并获取效果最佳的纤维材料配比。通常来说，混凝土中经常掺杂的纤维材料主要包括两种，一种是金属纤维材料，它主要包括钢纤维等。另一种是合成纤维材料，它主要包括聚乙烯、聚丙烯纤维。对于混杂过程而言，纤维材料和配比都极为重要，不同的纤维材料可以决定混凝土的主要性能，不同配比则可以决定混凝土的性能优劣。

基于钢纤维的良好拉伸性，为了改善混凝土的抗拉伸性能，一些学者在混凝土中加入钢纤维材料，并加入一定量的混合纤维材料，进而形成混杂纤维混凝土。之后，他们分别在混杂混凝土和一般混凝土上开展实验，详细分析两者的抗拉伸能力。实验结果表明，和一般混凝土相比，混杂混凝土的抗拉伸能力有明显提高，柔韧性明显增强[2]。为了对比单掺杂和混杂对混凝土的力学性能影响，有些学者进行了细致研究。他们在混凝土中添加钢纤维，获取单掺杂材料;之后利用钢纤维和某种合成纤维，获取混杂混凝土[3]。实验证明，在钢纤维用量相同的条件下，如果继续在混凝土中添加合成纤维，可以在某种程度上改善混凝土的抗压能力。

为了研究纤维材料对混凝土的影响程度，有些学者利用聚丙烯纤维和钢纤维，在保持钢纤维用量不变的情况下，调整聚丙烯纤维的用量，进而形成不同配比的混杂纤维，得到多种混杂混凝土。通过实验，研究者证明了聚丙烯用量和混凝土性能的关系，随着聚丙烯用量的不断提高，混凝土的抗弯曲能力逐渐提高，当聚丙烯用量达到一定程度时，该能力趋于不变[4]。为了研究混杂方式对混凝土的影响，一些学者采用两种混杂方式进行研究，其中，钢纤维是两种混杂使用的共同材料，另一种材料分别为聚丙烯、聚甲酸甲酯。在控制配比相同的情况下，两种混杂对混凝土的抗冲击能力均有大幅度提高，对混凝土的抗拉伸能力有小幅度提高。此外，当混杂材料中使用聚丙烯时，得到的混凝土力学性能要优于另一种混杂方式的结果。

对于混凝土的其他研究，学者们也在不断开展科学实验。某些学者认真分析了混凝土的结构，在添加一定量的钢纤维之后，他们发现混凝土结构不再完整。因此，他们调整策略，在其中加入竹钢混杂纤维，发现混凝土的完整性得到明显改善。此时的混杂混凝土不仅结构完整，还可以抵抗一定程度的冲击载荷。有些学者设置完整的对照试验，分析了一般混凝土、单掺杂混凝土、混杂混凝土的力学性能。他们选择钢纤维作为单掺杂材料，钢纤维和聚丙烯作为混杂材料，并对三者的抗冲击能力进行测试，测试结果和上文学者类似，充分证明了混杂纤维的优越性。为了证明混杂混凝土的抗形变能力，国内学者对此展开了研究。在混杂纤维的选取中，他们仍然选择了钢纤维和聚丙烯。在得到混杂混凝土后，他们展开了抗形变实验。多次实验结果证明，通过在混凝土中掺杂一定量的纤维材料，可以有效提高混凝土的抗形变能力。抗形变过程的作用机理如下，当混凝土遭受较大外力时，部分薄弱的地方将产生裂缝，此时，由于纤维材料的掺入，部分冲击载荷被抵消，混凝土遭到的破坏程度减小。

有些学者对混凝土的韧性有着浓厚的兴趣，在受到多种不同拉力的情况下，他们比较并分析了单掺杂和混杂两种混凝土。结果表明，当两种混凝土遭受相同的外力时，混杂混凝土的受力更为均匀，单掺杂混凝土在不同位置的受力程度差异较大。因此，可以得出这样一个结论，相对于单掺杂混凝土，混杂混凝土在受到外力时表现出更强的韧性。在混杂纤维的分类上，有些学者迈出了关键一步。由于混杂纤维常常包含多种，基于纤维本身的特点，他们对常见的纤维混杂进行分类，将其分类为三种情况，分别是基于功能特征、结构特点、几何尺寸的纤维混杂。进而，某些研究者快速利用該分类法展开实验。研究人员通过实验手段获得多种不同几何尺寸的纤维，并将各类纤维和混凝土混杂在一起，进而分析不同情况下混凝土的力学性能。通过大量实验，他们发现，当纤维的几何尺寸呈现出细长状态时，混凝土的抗冲击能力有较小幅度的提升，可以有效缓解小冲击载荷造成的裂缝。当纤维的几何尺寸呈现粗短状态时，混凝土的抗冲击能力有较大幅度的提升，可以有效遏制大冲击载荷形成的裂缝，进而延长混凝土的使用寿命。

综上所述，对于混凝土而言，掺杂纤维材料可以在某种程度上改善其力学性能，有效提高混凝土的抗冲击、抗形变、抗弯曲能力。在掺杂不同种类的纤维材料时，混杂混凝土的力学性能表现出较大差异;当纤维材料的尺寸和结构不同时，混杂纤维混凝土的力学性能也会呈现一定范围的波动。当掺杂材料相同时，各种纤维材料的配比也将在不同程度上影响混凝土的抗压、抗弯曲能力。

2 结论与展望

作为广泛应用的建筑材料，混凝土正在建筑领域发挥着不可磨灭的作用。虽然基于混杂混凝土的研究越来越多，然而，在大部分研究中，学者们都只聚焦于混凝土的性能优化，并没有详细介绍掺杂材料对混凝土的副作用，这可以作为未来混凝土的一个重要研究方向。此外，多数研究并未涉及纤维材料的工艺，而材料工艺是影响材料性能的一个关键因素，如果能够掌握不同纤维材料的制造工艺机理，就可以获取更高性能的纤维材料，进而得到更高性能的混杂纤维混凝土。对于混杂混凝土的微观机制，学术界的看法也尚未统一，因此，研究纤维材料在混凝土中的作用机理，将对混凝土的性能改善产生较为积极的影响。

参考文献：

[1]唐佳军，裴长春.撒布式混杂钢纤维再生混凝土梁抗裂性能[J].科学技术与工程，2019，19（32）：261-266.

[2]王志杰，徐成，徐君祥，等.混杂纤维混凝土耐久性及混杂效应研究[J].混凝土与水泥制品，2019，（11）：53-56.

[3]蒋威，姜景山，滕长龙，等.混杂纤维混凝土的研究现状[J].建材发展导向（下），2019，17（10）：13-16.

[4]张振雷.混杂纤维混凝土力学性能研究[J].玻璃钢/复合材料，2019，（6）：43-48.

作者简介：焦涵（1999—），男，山东德州人，现于山东科技大学攻读学士学位，主要从事于理论与应用力学相关的专业。