纤维混凝土配置关键技术研究

白琴琴 杜 静 周 杰 徐朝阳 李玉平

（西安高科新达混凝土有限责任公司，陕西 西安 710065）

1 引言

纤维混凝土是一种常见的混凝土类型，它是在常规混凝土中添加一定含量的纤维材料，与一般混凝土材料相比，其力学性能更好，且具有更强的抗冲击能力。纤维混凝土配置技术的研究目的是进一步提升混凝土的各种性能、降低其生产和工程应用成本、提高混凝土试件的使用寿命。现阶段，混凝土材料的应用范围越来越广泛，这种混凝土可以减少混凝土的裂纹和开裂、延长混凝土结构的寿命。它的强度和耐久性能更好，可以提高建筑物的安全性和可靠性。如果采用现有技术进行纤维混凝土配置时，容易产生纤维在混凝土中分散不均匀的问题，进而产生集聚现象，从而降低材料的使用性能。同时，在配合比方面，现有技术难以满足不同工程结构的需求、兼顾性能、成本等问题。对于这些问题，需要更加深入地研究解决方案，以提高纤维混凝土配置技术的应用性能。

2 纤维混凝土配置关键技术

2.1 纤维材料对混凝土的增强机理

（1）水泥基体与纤维之间的相互作用：纤维可以增加混凝土的黏着力和摩擦力，从而增强混凝土内部的结构耐久性和组织稳定性。同时，纤维还可以减轻水泥石的收缩性质。

（2）纤维阻止裂缝扩展：当混凝土受到外部荷载的影响时，纤维材料可有效提升混凝土的抗裂性能，降低裂缝进一步扩展的风险。

（3）纤维分散应力：当外部荷载作用于混凝土时，纤维可将应力分散至更大范围内，从而减弱应力的集中程度，进一步提高混凝土的耐久性和抗冲击性。

（4）纤维的张力和弯曲作用：在混凝土受到外部荷载时，纤维会同时承受张力和弯曲作用。这些纤维的张力和弯曲作用可将应力分散到更大面积内，进一步提高混凝土的抗力和延性。

综上，纤维可以通过增加混凝土的耐久性、结构性和稳定性，进而使混凝土具有更好的力学性能，提高混凝土的整体强度。

2.2 纤维材料选择与配合比设计

纤维混凝土配置技术是指在混凝土中添加一定比例的纤维材料，以提高混凝土应用性能的一种技术。如果纤维混凝土的掺配过程中控制不严格，容易导致配比不均匀、纤维分散性差、凝固性能下降等问题，进一步影响工程的质量和长期使用效果。因此，在纤维混凝土配置中，首先要选择相应的纤维材料，并按照一定比例投入混凝土中。纤维在混凝土中的选择和投入需要考虑纤维的基本性能参数和混凝土工程的实际需求。每种纤维材料都有其自身的优点和适用场合，在选择纤维材料时，要考虑纤维的材质、强度、密度、长度、直径、表面处理工艺等因素，以及混凝土结构在使用过程中的实际需求。以下是各种纤维材料的主要特点：

（1）钢纤维：钢纤维与混凝土的附着力较强，其优势主要体现在可以增强混凝土的抗压、抗弯和抗撞性能，在地下结构、道路和桥梁等工程中应用广泛。但钢纤维易生锈，因此，在某些特殊场合下，如海洋工程、化工厂、污水处理设施等不适合使用。

（2）碳纤维：碳纤维的强度高、耐腐蚀性好，可有效增强混凝土的抗张和抗弯能力，适用于要求较高的混凝土结构，如高耐久建筑、地震工程等。

（3）玻璃纤维：在混凝土中添加玻璃纤维可提升混凝土的强度、韧性、耐腐蚀和抗碱性能，可改善混凝土结构的耐久性，适用于出现热裂纹的材质，如墙体抹面和屋面防水。

（4）聚丙烯纤维：聚丙烯纤维不易腐蚀，可防止混凝土裂缝和抗渗，加强混凝土的韧性和抗震性，适用于人流量大的混凝土地面，如停车场、机场跑道等。

由于碳纤维的拉伸强度高，比钢纤维更耐腐蚀，因此，本文选择碳纤维作为纤维混凝土配置的关键材料。选取主要纤维材料之后，对各种材料的比例与掺量进行设置，表1 为具体的配合比。

表1 纤维混凝土材料配合比

除了水泥、沙子、碎石等传统混合料外，还可适当添加一些填充料、掺合料等，以提高混凝土的性能。需要注意的是，在实际应用过程中需要根据具体的要求对配合比进行调整和优化。

2.3 纤维混凝土强度性能指标计算

纤维混凝土的强度性能指标涉及不同类型的力学性质，本文主要对抗拉强度、抗压强度、点荷载承载力和断裂性能4 个指标进行研究，下面是上述指标的计算公式：

（1）抗拉强度指标：抗拉强度是纤维混凝土的重要性能指标之一，常用来描述强度指标。通常根据贯穿试验或拉伸试验得出试件在强度处发生破坏所受的最大拉力，公式如下：

（2）抗压强度指标：抗压强度是纤维混凝土的另一个重要性能指标，描述混凝土在承受压力下的强度，公式如下：

（3）点荷载承载力指标：点荷载承载力指标是表示纤维混凝土抵抗点荷载压力的能力，公式如下：

（4）断裂性能指标：断裂性能指标描述纤维混凝土在受到应力冲击加载下突然失效之前吸收的能量。公式如下：

2.4 纤维混凝土配置流程

纤维混凝土的配置需要注意一些细节问题，如搅拌时间、速度、表面养护等，需要根据不同工程的具体情况进行调整。通过配置技术的改进和优化进一步提高纤维混凝土的力学性能、耐久性能和施工性能。

通过上述分析确定了纤维混凝土配合比，下面给出纤维混凝土配置的具体流程：

（1）搅拌混合：首先将干料与纤维充分搅拌均匀，纤维必须均匀地分布在整个混凝土中，以使其功能达到最佳效果。然后逐步加水将其混合，在添加一定量的水后，再按照15r/min 的速度搅拌90s，直至混凝土中不再出现明显的干粉状块状物。最后加入减水剂和增强剂。

（2）确定混凝土性能：根据实际工程需求选择适当的混凝土掺合材料，如水泥、矿物粉等，并确定合适的掺合比例和适当的纤维数量。

（3）构筑模板：首先，根据设计要求制作构筑模板，在模板内放置钢筋骨架，注意钢筋骨架要与模板之间留有一定的距离。然后，将预制好的混凝土料运输至现场，倒入模板中，同时，使用振捣器将其振实，确保混凝土的密实性和均匀性。最后，在混凝土表面进行整平和抹光等处理。

（4）浇筑混凝土：按照设计好的施工位置逐层浇筑，对于墙体等立面构件可采用管道进行输送。浇筑时要注意浇筑层次和厚度的控制，同时，要控制水灰比，防止出现裂缝等问题。

（5）养护：混凝土在浇筑后需要进行充分养护，以确保混凝土在养护期内充分保湿，以免混凝土出现开裂等问题。

3 性能测试

为验证本文所设计纤维混凝土配置技术的有效性和实用性，对经该技术配置后的混凝土试件进行测试。表2 为不同混凝土试件的具体参数。

表2 纤维混凝土试件具体参数

以表2 中的混凝土试件作为测试对象，具体测试指标包括抗拉强度、抗弯强度。图1 和图2为具体的测试结果。

图1 抗拉强度测试结果

图2 抗弯强度测试结果

由图1 和图2 可知，应用本文技术配置的混凝土抗拉强度和抗弯强度高于未应用该技术之前。其中，2#混凝土试件的抗拉强度差距较大，未应用本文技术之前，其抗拉强度为8.1MPa，应用本文技术之后，其抗拉强度达到了11.5MPa；3#混凝土试件的抗弯强度差距较大，未应用本文技术之前，其抗弯强度为10.5MPa，应用本文技术之后，其抗拉强度达到了14.4MPa。说明本文技术可有效提升混凝土试件的力学性能，具有实际应用价值。

4 结语

纤维混凝土配置研究的背景和意义在于提高混凝土的力学性能、降低生产和维护成本、提高建筑物的安全性和可靠性、降低建筑物安全风险、推动我国建筑工程质量和可持续发展。通过上述研究可以得出，本文技术以纤维对混凝土的增强机理为基础设计混凝土配合比，并通过测试验证了该技术的先进性。随着低碳环保理念的普及，纤维混凝土的可持续性将会受到更多关注，因此，开发绿色环保型纤维混凝土是未来研究的重点之一。