【正文】 凝土拌合物按規(guī)定方法裝入標準圓錐筒（無底）內，裝滿后刮平，然后垂直向上將筒提起，此時混凝土拌合物由于自重將產生坍落現(xiàn)象，量出向下坍落尺寸（ mm）叫做該混凝土拌合物的坍落度，作為流動性指標，坍落度越大表示流動性越大。 （ 2）砂率：砂率是指混凝土中砂的重量占砂石總重量的百分率。在用水量相同時，拌合物流動性減小 ,而粘聚性和保水性相應改善。低溫時水分因結冰產生體積膨脹，引起混凝土內部結構破壞，反復凍融多次，就會使混凝土內部的損傷累積達到一定程度而引起結構破壞?；炷林械匿摻钿P蝕為電化學反應，由于鋼筋中的元素分布不均勻，混凝土堿度有差異，以及裂縫處氧氣濃度增加等原因，導致鋼筋各部位存在電勢差，形成局部的陽極和陰極。為克服混凝土的弱點，人們一直致力于混凝土的改性研究。然而高強混凝土對提高構件的抗裂性、抗彎性能和減小裂縫寬度的作用很小，但隨著強度的不斷提高 ,高強混凝土脆性增加 ,延性越來越差，其抗拉強度與抗壓強度之比僅為 6%。美歐學者重視的是混凝土硬化后的性能，特別是耐久性。硬化后的自密實混凝土具有與傳統(tǒng)振搗混凝土一樣的密實、均質的特性，不但能減輕工人的勞動強度，消除施工噪音減少擾民，保護環(huán)境，而且可以解決施工過程中因為漏振、過振和鋼筋密集造成的空洞、蜂窩、麻面等質量現(xiàn)象，并且為改善和解決過密配筋、復雜形體、大體積、快速施工、水下施工以及具有特殊要求、振搗困難的工程施工條件 帶來了極大的方便。以纖維的彈性模量為例，纖維與水泥基材的彈性模量的比值越大，受力時纖維的變形愈小，通過纖維與水泥基材界面的剪切應力傳遞給纖維的力的份額也愈高，也就是說纖維對復合材料受荷時做出的貢獻也愈大。 纖維的比表面積（ Fiber Specific Surface， FSS）即單位體積的纖維混凝土中纖維的表面積，在纖維混凝土受拉力作用時，裂縫間距與裂縫寬度主要取決于 FSS， FSS 愈大，裂縫間距愈小，裂縫寬度愈窄。此后，鋼纖維混凝土的開發(fā)研究受到普遍重視。此后又于 19882020 以兩年一屆 的形式分別在大連、哈爾濱、武漢、南京、重慶、井岡山、濟南、鄭州、上海、大連、北京召開了多屆纖維混凝土學術會議，并于 1997 年 11 月在廣州召開了國際纖維混凝土學術會議，對纖維混凝土的研究與開發(fā)起到了的極大的促進作用。鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優(yōu) 越的物理和力學性能： （ 1）強度和重量比值大； （ 2）具有較高的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強度。 （ 2）砂漿滲澆高含量鋼纖維增強混凝土 受施工工藝的制約，鋼纖維混凝土中的鋼纖維含量超過臨界值時， 會因纖維難于均布分布在混凝土基體中導致結團，或因水泥基材難以包裹所有纖維的外表面，或因纖維帶入大量氣體而導致混凝土含氣量過高等原因，致使纖維混凝土的抗拉或抗彎強度下降。該結構質輕高強，已廣泛應用于海上鉆井平臺、海上直升飛機停機坪、浮動碼頭等工程。試驗表明，混凝土塑性裂縫面積、裂縫最大寬度及失水速率均隨著纖維體積含量的增大而降低，說明聚丙烯短纖維有效地提高了混凝土的抗裂性能 [22]。特別是在鋼纖維易受腐蝕的環(huán)境中使用聚丙烯長纖維更有意義 [28]。 通過以上分析可見，聚丙烯纖維和鋼纖維的阻裂效應不可相互替代，因分別改善了不同時期混凝土的性能。這兩種纖維在一定比例范圍內混雜可以起到明顯的增強與增韌效果，目前研究較多的是鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維等高彈模纖維與聚丙烯纖維、乙綸、丙綸等低彈模合成纖維混雜； 例如：鋼纖維和聚丙烯纖維混雜摻入混凝土基體后，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)彈性模量較大的鋼纖維提高混凝土極限抗壓強度，同時低彈性模量高延性的聚丙烯纖維提高混凝土的韌性和裂后殘余應變能力。 道路和橋梁工程 鋼纖維混凝土應用于道路工程，能夠充分發(fā)揮其良好的抗彎性、抗裂性、抗疲勞性、耐磨性和耐沖擊性，既可以提高路面的抗裂性、抗彎性、抗疲勞性和耐沖擊性，又可以改善路面使用性能，延長使用壽命。 工程實例：南昆鐵路西段二號隧道，處于高烈度地震區(qū)，穿越粉砂巖及炭質頁巖地層，巖體嚴重風化呈破碎狀。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 19 大壩、水庫等水利工程 鋼纖維混凝土在水利工程中的應用比較廣泛，主要 將其用于受高速水流作用以及受力比較復雜的部位，如溢洪道、泄水孔、有壓疏水道、消力池、閘底板和水閘、船閘、渡槽、大壩防滲面板及護坡等。 修補加固工程 鋼纖維混凝土可用于大壩壩面修補，路面局部修補 或罩面、梁、板、柱、墩的加固。 復合材料理論 復合材料理論將由多種材料結合或混合所構成的復合材料視 為一個多相系統(tǒng)，其性能是各個相性能的疊加。 當沿纖維方向施加外力時，纖維混凝土的應力為基體與纖維承擔的應力之和，即 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 21 fffmffmmfc ????????? ????? )1( （ ） 式中， fc? — 纖維混凝土的平均應力； f? — 纖維的應力； m? — 混凝土基體的應力； f? — 纖維在復合材料中的體積百分比，即纖維的體積率； m? — 混凝土體積率， fm ?? ??1 。但是，如果適當?shù)嘏湟约燃氂置艿目估睿憧捎行У丶s束混凝土的塑性變形，分散混凝土的應力集中，進而推遲或避免混凝土裂縫的出現(xiàn)[13]。 可以看到，纖維能提高混凝土強度、增加混凝土韌性、高彈模纖維對混凝土的壓、彎、剪等強度都有提高，除此之外纖維還能改善混凝土的抗裂性 、抗疲勞性能、凍融性能等。 港口、海岸及近海工程 纖維混凝土由于具有特殊的抗龜裂、抗沖擊、致密性和防滲性能，能延緩海水中的氯離子對鋼筋的銹蝕，延緩海 水中硫酸鹽、鎂離子對混凝土的侵蝕，并提高建筑物抗波浪沖擊和碼頭重物沖擊的能力。 建筑結構及預制構件 一般應用于房屋建筑工程、預制樁工程、框架節(jié)點、屋面防水工程、地下防水工程等工程領域中。其他典型的工程有北京四環(huán)路立交橋、京滬高速公路、上海虹橋機場高架車道、青藏公路、大足朱溪大橋、廣州解放大橋等。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 17 混雜纖維混凝土的力學性能 華東交通大學的王凱研究并討論了鋼纖維與聚丙烯纖維混雜對高性能混凝土力學性能的影響 ，研究表明 :低摻量混雜纖維在增強混凝土抗壓強度作用方面雖不是很理想(與素混凝土相比，僅提高 10%20%)，但纖維的加入，增大了混凝土受壓破壞時的延性，不會出現(xiàn)崩碎和突然的強度降低，而是在達到峰值后強度逐漸降低，使混雜纖維混凝土表現(xiàn)出延性破壞的性質；低摻量混雜纖維在提高混凝土抗拉、抗折性能方面效果較好，起到了纖維混雜疊加增強作用，混凝土韌性得以增強；低摻量混雜纖維混凝土在抗沖擊性能方面優(yōu)于鋼纖維混凝土及其他混凝土，抗沖擊性有大幅度的提高，表現(xiàn)出超疊加效應，并在混凝土材料初裂后呈現(xiàn)出優(yōu)越的應變硬化行為 [8]。依據(jù)這一理論，通過不同類型纖維之間的混雜，復合材料各相之間可產生性能互補、工藝互補、經(jīng)濟互補、使用效能互補，從而產生性能可靠、經(jīng)濟和社會 效益均較理想的復合材料。鋼纖維的阻裂能力與纖維彈性模量、界面粘結強度和自身的抗拉強度有關。 聚丙烯短纖維對阻止混凝土在早齡期的塑性開裂十分有效，但由于短纖維的摻量一般較小，對于硬化混凝土韌性和抗裂性的改善 很小。密度為 3/mg ，抗拉強度 270700MPa，彈性模量為 3l0GPa，極限延伸率為 7%15%，吸濕性小，化學穩(wěn)定性好，在混凝土的堿性環(huán)境中很穩(wěn) 定，成本低，并且耐熱性比較高 (平均熔點為 165 C0 ，最高安全使用溫度為130 C0 )，主要用于減少混凝土、砂漿的早齡期塑性收縮裂縫，限制基體中原有微裂縫擴展并延緩新裂縫的出現(xiàn)，提高基體的變形能力，但對于混凝土的韌性并沒有明顯的改善。與 SIFCON不同的是，預置于模具中的是鋼纖維網(wǎng)而不是亂向分布的鋼纖維。 鋼纖維混凝土的發(fā)展方向 （ 1）鋼纖維高強混凝土 在普通混凝土中加入鋼纖維可以提高混凝土的抗拉性能、抗彎性能、抗沖擊性能、抗疲勞性能 ,并且有較好的延性及控制裂縫的能力 ,然而其對抗壓強度提高的程度非常有限 ,不能有效地減小截面尺寸和自重。鋼纖維混凝土中亂向分布的鋼纖維，主要作用是阻礙混凝土內部微裂縫的擴展和阻滯宏觀裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，因此對其抗拉強度和主要由主拉應力控制的抗剪、抗彎強度等有明顯的改善作用 [6]。并于 2020 年頒布了《纖維混凝土結構技術規(guī)程》（ CECS38： 2020）。 1911年，美國的 Graham正式將鋼纖維摻合到混凝土中，并初步驗證了其優(yōu)越性。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 11 （ 3）纖維在混凝土 基體中的分布和取向： 纖維在混凝土基體中的分布基本上分為三種方式：①均勻分布；②集中在復合材料關鍵受拉的部位，例如受彎構件的受拉區(qū)；③基本均勻分布，某些關鍵部位集中分布。 摻入混凝土的纖維按照其彈性模量可以分為兩類：彈性模量高于混凝土的高彈模纖維如鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維等；彈性模量低于混凝土的低彈模纖維如聚丙烯纖維、尼龍纖維等。目前研究較多且較成熟的是具有高工作性和較高強度的自密實高性能混凝土。高強混凝土采用較小的水膠比并使用了高效減水劑，大幅度減少了開放孔，提高了彈性模量和抗壓強度，但卻對類似裂紋的封閉孔影響甚微，即對抗拉強度的貢獻有限，因而導致拉壓比的下降。由于混凝土抗壓強度很高，受拉區(qū)開裂后，其受壓區(qū)混凝 土的抗壓強度并沒有得到充分利用。而裂縫的發(fā)生為氧氣和水分的進入創(chuàng)造了條件，使裂 縫處鋼筋局部脫鈍，使銹蝕過程得以開始，但它對銹蝕速度不起控制作用。在海岸飛濺區(qū)，受到干濕的物理作用，利于 ?Cl 和 ?24SO 的滲入，極易造成對鋼筋的銹蝕。因為水泥水化消耗一部分水，另一部分水被集料吸收，還有部分水被蒸發(fā)。 （ 4）水泥品種和細度：水泥品種對混凝土拌合物工作性的影響，主要體現(xiàn)在不同品種水泥的需水量不同。待混凝土流動穩(wěn)定后，測量坍落流動度臺上的混凝土的水平流動 最大直徑 mD 及其垂直方向的直徑 rD ，并取其平均值 2/)( rm DD ? 為坍落流動度值。 流動性是指混凝土拌合物在本身自重或施工機械振搗的作用下能產生流動，并均勻密實地填滿模板的性能。本試驗參照梁式構件的 RILEM 彎曲韌性試驗方法，通過不同纖維類型、不同纖維摻量的纖維混凝土板（ 600 mm 600 mm 100mm）的彎曲韌性試驗，總結出了纖維對混凝土基體增強增韌作用的部分規(guī)律。韌性可定義為材料或結構從開始出現(xiàn)裂縫到失效為止吸收能量的能力。 軸心抗壓強度 cf 采用 mmmmmm 3 0 01 5 01 5 0 ?? 或 mmmmmm 4 5 01 5 01 5 0 ?? 的棱柱體作為標準試件，比較接近實際構件中的混凝土受壓情況，試件制作、養(yǎng)護和加載方法同立方體試件。 圖 坍落度試驗 針對流動性較大的混凝土，常采用坍落流動度試驗， 這一 方法主要測量混凝土在自重作用（無插搗）下自由流動擴展的最大范圍以及擴展半徑達到 500mm 時所用時間，不僅可以檢驗新拌混凝土的流動性，還可觀察混凝土拌合物是否出現(xiàn)泌水及離析現(xiàn)象。水泥砂漿在混凝土拌合物中起到潤滑的作用。 （ 5）外加劑與摻合料 外加劑能夠使混凝土拌合物在不增加水泥用量的情況下獲得良好的工作性，增大流動性、改善 粘聚性、降低泌水性，進而提高混凝土的耐久性。防止混凝土凍融破壞的主要措施是降低水灰比 CW/ ，減少混凝土中的多余水分，在冬季施工時，應加強防護，防止早期受凍，并摻入防凍劑等。 圖 鋼筋銹蝕的電化學過程 當 混凝土未被碳化時，其中的堿性物質在鋼筋表面形成了一層致密的氧化膜，阻止了鋼筋銹蝕的電化學過程。自混凝土問世至今，已經(jīng)經(jīng)歷了多次飛躍性的發(fā)展 [1]： 鋼筋混凝土（ Steel Reinforced Concrete） 相較混凝土而言，鋼筋的抗拉強度非常高，一般在 200MPa 以上。當混凝土強度超過 100MPa 后，材質將變得非常脆，在軸壓作用下幾乎不存在應變軟化性能，呈突然性爆裂破壞，嚴重限制了高強混凝土的應用。日本學者更重視新拌混凝土的流動性和自密實性，他們認為高性能混凝土是一種高填充能力的混凝土，新拌階段無需振搗便能完成澆筑，水化、硬化早期階段水化熱低、干縮小，具有足夠的強度和耐久性 [2]。 自密實混凝土工作性主要體現(xiàn)在以下三個方面：流動性能、抗離析能力和鋼筋間隙的通過能力。 （ 2）纖維的幾何特征： 主要包括纖維的集束狀況（單絲、束狀、膜裂等），纖維的長度，纖維的長徑比（長度與直徑之比），纖維的截面形狀（圓形、矩形等），纖維的表面特性（光滑、粗糙）等。 （ 5）纖維與水泥基材之間界面層的 微觀結構及二者之間的界面粘結特性： 纖維與水泥基材之間存在界面層主要是由于在纖維混凝土成型硬化的過程中，纖維與水泥砂漿之間不可避免地產生水膜層。隨著高強度、高韌性、高耐久性的纖維混凝土在高速公路、橋梁、隧道、地鐵等工程中的廣泛應用，其取代傳統(tǒng)鋼筋混凝土或預應力混凝土的趨勢愈加明顯。 盡管各種纖維增強復合材料品類繁多，各具特點，但目前應用最廣、技術上最成熟、基本性能理解最深、商業(yè)化程度最高的還是鋼纖維混凝土。在混凝土中摻入適量鋼纖維，其纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 13 抗拉強度提高 25%50%，抗彎強度提高 40%80%，抗剪強度提高