纖維混凝土配置關鍵技術研究

白琴琴 杜 靜 周 杰 徐朝陽 李玉平

（西安高科新達混凝土有限責任公司，陜西 西安 710065）

1 引言

纖維混凝土是一種常見的混凝土類型，它是在常規混凝土中添加一定含量的纖維材料，與一般混凝土材料相比，其力學性能更好，且具有更強的抗沖擊能力。纖維混凝土配置技術的研究目的是進一步提升混凝土的各種性能、降低其生產和工程應用成本、提高混凝土試件的使用壽命?，F階段，混凝土材料的應用范圍越來越廣泛，這種混凝土可以減少混凝土的裂紋和開裂、延長混凝土結構的壽命。它的強度和耐久性能更好，可以提高建筑物的安全性和可靠性。如果采用現有技術進行纖維混凝土配置時，容易產生纖維在混凝土中分散不均勻的問題，進而產生集聚現象，從而降低材料的使用性能。同時，在配合比方面，現有技術難以滿足不同工程結構的需求、兼顧性能、成本等問題。對于這些問題，需要更加深入地研究解決方案，以提高纖維混凝土配置技術的應用性能。

2 纖維混凝土配置關鍵技術

2.1 纖維材料對混凝土的增強機理

（1）水泥基體與纖維之間的相互作用：纖維可以增加混凝土的黏著力和摩擦力，從而增強混凝土內部的結構耐久性和組織穩定性。同時，纖維還可以減輕水泥石的收縮性質。

（2）纖維阻止裂縫擴展：當混凝土受到外部荷載的影響時，纖維材料可有效提升混凝土的抗裂性能，降低裂縫進一步擴展的風險。

（3）纖維分散應力：當外部荷載作用于混凝土時，纖維可將應力分散至更大范圍內，從而減弱應力的集中程度，進一步提高混凝土的耐久性和抗沖擊性。

（4）纖維的張力和彎曲作用：在混凝土受到外部荷載時，纖維會同時承受張力和彎曲作用。這些纖維的張力和彎曲作用可將應力分散到更大面積內，進一步提高混凝土的抗力和延性。

綜上，纖維可以通過增加混凝土的耐久性、結構性和穩定性，進而使混凝土具有更好的力學性能，提高混凝土的整體強度。

2.2 纖維材料選擇與配合比設計

纖維混凝土配置技術是指在混凝土中添加一定比例的纖維材料，以提高混凝土應用性能的一種技術。如果纖維混凝土的摻配過程中控制不嚴格，容易導致配比不均勻、纖維分散性差、凝固性能下降等問題，進一步影響工程的質量和長期使用效果。因此，在纖維混凝土配置中，首先要選擇相應的纖維材料，并按照一定比例投入混凝土中。纖維在混凝土中的選擇和投入需要考慮纖維的基本性能參數和混凝土工程的實際需求。每種纖維材料都有其自身的優點和適用場合，在選擇纖維材料時，要考慮纖維的材質、強度、密度、長度、直徑、表面處理工藝等因素，以及混凝土結構在使用過程中的實際需求。以下是各種纖維材料的主要特點：

（1）鋼纖維：鋼纖維與混凝土的附著力較強，其優勢主要體現在可以增強混凝土的抗壓、抗彎和抗撞性能，在地下結構、道路和橋梁等工程中應用廣泛。但鋼纖維易生銹，因此，在某些特殊場合下，如海洋工程、化工廠、污水處理設施等不適合使用。

（2）碳纖維：碳纖維的強度高、耐腐蝕性好，可有效增強混凝土的抗張和抗彎能力，適用于要求較高的混凝土結構，如高耐久建筑、地震工程等。

（3）玻璃纖維：在混凝土中添加玻璃纖維可提升混凝土的強度、韌性、耐腐蝕和抗堿性能，可改善混凝土結構的耐久性，適用于出現熱裂紋的材質，如墻體抹面和屋面防水。

（4）聚丙烯纖維：聚丙烯纖維不易腐蝕，可防止混凝土裂縫和抗滲，加強混凝土的韌性和抗震性，適用于人流量大的混凝土地面，如停車場、機場跑道等。

由于碳纖維的拉伸強度高，比鋼纖維更耐腐蝕，因此，本文選擇碳纖維作為纖維混凝土配置的關鍵材料。選取主要纖維材料之后，對各種材料的比例與摻量進行設置，表1 為具體的配合比。

表1 纖維混凝土材料配合比

除了水泥、沙子、碎石等傳統混合料外，還可適當添加一些填充料、摻合料等，以提高混凝土的性能。需要注意的是，在實際應用過程中需要根據具體的要求對配合比進行調整和優化。

2.3 纖維混凝土強度性能指標計算

纖維混凝土的強度性能指標涉及不同類型的力學性質，本文主要對抗拉強度、抗壓強度、點荷載承載力和斷裂性能4 個指標進行研究，下面是上述指標的計算公式：

（1）抗拉強度指標：抗拉強度是纖維混凝土的重要性能指標之一，常用來描述強度指標。通常根據貫穿試驗或拉伸試驗得出試件在強度處發生破壞所受的最大拉力，公式如下：

（2）抗壓強度指標：抗壓強度是纖維混凝土的另一個重要性能指標，描述混凝土在承受壓力下的強度，公式如下：

（3）點荷載承載力指標：點荷載承載力指標是表示纖維混凝土抵抗點荷載壓力的能力，公式如下：

（4）斷裂性能指標：斷裂性能指標描述纖維混凝土在受到應力沖擊加載下突然失效之前吸收的能量。公式如下：

2.4 纖維混凝土配置流程

纖維混凝土的配置需要注意一些細節問題，如攪拌時間、速度、表面養護等，需要根據不同工程的具體情況進行調整。通過配置技術的改進和優化進一步提高纖維混凝土的力學性能、耐久性能和施工性能。

通過上述分析確定了纖維混凝土配合比，下面給出纖維混凝土配置的具體流程：

（1）攪拌混合：首先將干料與纖維充分攪拌均勻，纖維必須均勻地分布在整個混凝土中，以使其功能達到最佳效果。然后逐步加水將其混合，在添加一定量的水后，再按照15r/min 的速度攪拌90s，直至混凝土中不再出現明顯的干粉狀塊狀物。最后加入減水劑和增強劑。

（2）確定混凝土性能：根據實際工程需求選擇適當的混凝土摻合材料，如水泥、礦物粉等，并確定合適的摻合比例和適當的纖維數量。

（3）構筑模板：首先，根據設計要求制作構筑模板，在模板內放置鋼筋骨架，注意鋼筋骨架要與模板之間留有一定的距離。然后，將預制好的混凝土料運輸至現場，倒入模板中，同時，使用振搗器將其振實，確?；炷恋拿軐嵭院途鶆蛐?。最后，在混凝土表面進行整平和抹光等處理。

（4）澆筑混凝土：按照設計好的施工位置逐層澆筑，對于墻體等立面構件可采用管道進行輸送。澆筑時要注意澆筑層次和厚度的控制，同時，要控制水灰比，防止出現裂縫等問題。

（5）養護：混凝土在澆筑后需要進行充分養護，以確?；炷猎陴B護期內充分保濕，以免混凝土出現開裂等問題。

3 性能測試

為驗證本文所設計纖維混凝土配置技術的有效性和實用性，對經該技術配置后的混凝土試件進行測試。表2 為不同混凝土試件的具體參數。

表2 纖維混凝土試件具體參數

以表2 中的混凝土試件作為測試對象，具體測試指標包括抗拉強度、抗彎強度。圖1 和圖2為具體的測試結果。

圖1 抗拉強度測試結果

圖2 抗彎強度測試結果

由圖1 和圖2 可知，應用本文技術配置的混凝土抗拉強度和抗彎強度高于未應用該技術之前。其中，2#混凝土試件的抗拉強度差距較大，未應用本文技術之前，其抗拉強度為8.1MPa，應用本文技術之后，其抗拉強度達到了11.5MPa；3#混凝土試件的抗彎強度差距較大，未應用本文技術之前，其抗彎強度為10.5MPa，應用本文技術之后，其抗拉強度達到了14.4MPa。說明本文技術可有效提升混凝土試件的力學性能，具有實際應用價值。

4 結語

纖維混凝土配置研究的背景和意義在于提高混凝土的力學性能、降低生產和維護成本、提高建筑物的安全性和可靠性、降低建筑物安全風險、推動我國建筑工程質量和可持續發展。通過上述研究可以得出，本文技術以纖維對混凝土的增強機理為基礎設計混凝土配合比，并通過測試驗證了該技術的先進性。隨著低碳環保理念的普及，纖維混凝土的可持續性將會受到更多關注，因此，開發綠色環保型纖維混凝土是未來研究的重點之一。