關(guān)于纖維對水泥基材料的增強作用機理主要有兩種理論復(fù)合材料理論和纖維間距理論。根據(jù)復(fù)合材料理論,當纖維摻量達一定值時,纖維與水泥基材料的彈性模量比值愈高,纖維增強水泥基材料的受拉初裂強度也愈大。復(fù)合材料理論模型適合于該復(fù)合材料出現(xiàn)初裂前的彈性階段纖維間距理論對合成纖維增強水泥基材料塑性抗裂機理的解釋比較合適。在混凝土未硬化前,纖維起到了阻裂作用。單位體積水泥基材料中有數(shù)千萬根甚至數(shù)億根纖維,眾多亂向分布的纖維,在水泥基材中形成三維支撐體系,阻止骨料的下沉,提高水泥基材的均質(zhì)性等內(nèi)在品質(zhì),減少原始微缺陷,抑制微裂縫的萌生和擴展。纖維的阻裂效果主要體現(xiàn)在纖維的根數(shù)上,纖維的間距愈小,早期阻裂效果愈明顯。由于每千克聚丙烯睛纖維的根數(shù)可達億根,早期阻裂效果極為明顯。聚丙烯睛纖維對水泥基材的增強作用的另一影響因素,可能是纖維的截面形狀。聚丙烯睛纖維截面為花生果形,且表面經(jīng)過特殊處理,與水泥基材具有良好的握裹力。觀察試件的斷面發(fā)現(xiàn)聚丙烯睛纖維多數(shù)為拉斷破壞,極少數(shù)為拔出破壞。將纖維摻入砂漿中作抗裂增強材料并非現(xiàn)代人的發(fā)明,在古代,我們的先人們就已將天然纖維作為某些無機膠結(jié)料的增強材料,例如用植物纖維和石灰漿混合來修建廟宇殿堂,用麻絲和泥巴來塑造佛像,用麥草短節(jié)和黃泥來修建房屋,用人和動物的毛發(fā)來修補爐膛,用紙漿纖維和石灰、石膏來粉刷墻面及制作各種石膏制品等等。把纖維加入水泥基材之中制成纖維增強水泥基復(fù)合材料也不過是近幾十年的事情。

1.纖維在干拌砂漿中的作用
前面我們曾談到普通水泥在水化凝結(jié)和硬化的過程中會發(fā)生較大的收縮,抗拉強度低,塑性變形能力差,抗沖擊性能差的缺點。隨著現(xiàn)代建筑施工技術(shù)要求水泥基材有較高的抗壓強度,干縮和脆性問題顯得更為突出。如何解決上述問題,簡單有效的方法就是在水泥基材之中加人適量的纖維。纖維的加入可以使得干拌砂漿的性能有明顯變化,賦于其新的內(nèi)涵,使商品干拌砂漿具有高品質(zhì)、高性能、高強度、抗裂、抗?jié)B、抗爆裂、抗沖擊、抗凍融、耐磨損、耐老化等方面的功能。在干拌砂漿中加入纖維主要起到下面幾個方面的作用：
（a）阻裂：阻止砂漿基體原有缺陷裂縫的擴展,并有效阻止和延緩新裂縫的出現(xiàn)。
（b）防滲：提高砂漿基體的密實性,阻止外界水分侵入,提高耐水性和抗?jié)B性。
（c）耐久：改善砂漿基體的抗凍、抗疲勞性能,提高了耐久性。
（d）抗沖擊：改善砂漿基體的剛性,增加韌性,減少脆性,提高砂漿基體的變形力和抗沖擊性。
（e）抗拉：并非所有的纖維都可以提高抗拉強度,只有在使用高強高模纖維的前提下才可以起到提高砂漿基體的抗拉強度的作用。
（f）美觀:改善水泥砂漿的表面形態(tài),使其更加致密細膩、平整、美觀、耐老化。

2.摻入纖維的砂漿所具有的優(yōu)點
摻入纖維的砂漿比素砂漿具有以下幾方面優(yōu)點
(a)增強抗裂性,提高抵抗裂縫的能力。
(b)材料的韌性增強,即使產(chǎn)生微裂縫后纖維仍能繼續(xù)抵抗外力的拉拔作用。
(c)高強高模纖維可增強砂漿基體的抗拉強度、彎曲強度,以及剪切強度。
(d)增強凍融作用的抵抗能力。
(e)改善素砂漿的耐疲勞性能。
正是由于以上的優(yōu)點,纖維增強水泥砂漿的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴大,可用于干拌砂漿的所有領(lǐng)域。

3.纖維的阻裂原理
關(guān)于纖維對水泥基材料的增強作用機理主要有兩種理論復(fù)合材料理論和纖維間距理論。根據(jù)復(fù)合材料理論,當纖維摻量達一定值時,纖維與水泥基材料的彈性模量比值愈高,纖維增強水泥基材料的受拉初裂強度也愈大。復(fù)合材料理論模型適合于該復(fù)合材料出現(xiàn)初裂前的彈性階段纖維間距理論對合成纖維增強水泥基材料塑性抗裂機理的解釋比較合適。在混凝土未硬化前,纖維起到了阻裂作用。單位體積水泥基材料中有數(shù)千萬根甚至數(shù)億根纖維,眾多亂向分布的纖維,在水泥基材中形成三維支撐體系,阻止骨料的下沉,提高水泥基材的均質(zhì)性等內(nèi)在品質(zhì),減少原始微缺陷,抑制微裂縫的萌生和擴展。纖維的阻裂效果主要體現(xiàn)在纖維的根數(shù)上,纖維的間距愈小,早期阻裂效果愈明顯。由于每千克聚丙烯睛纖維的根數(shù)可達億根,早期阻裂效果極為明顯。聚丙烯腈纖維對水泥基材的增強作用的另一影響因素,可能是纖維的截面形狀。聚丙烯腈纖維截面為花生果形,且表面經(jīng)過特殊處理,與水泥基材具有良好的握裹力。觀察試件的斷面發(fā)現(xiàn)聚丙烯睛纖維多數(shù)為拉斷破壞,極少數(shù)為拔出破壞。將纖維摻入砂漿中作抗裂增強材料并非現(xiàn)代人的發(fā)明,在古代,我們的先人們就已將天然纖維作為某些無機膠結(jié)料的增強材料,例如用植物纖維和石灰漿混合來修建廟宇殿堂,用麻絲和泥巴來塑造佛像,用麥草短節(jié)和黃泥來修建水泥制品、構(gòu)件或建筑物在水泥的硬化過程中由于顯微結(jié)構(gòu)與體積的變化,不可避免地會產(chǎn)生許多微裂紋,并隨干縮變化、溫度變化、外部荷載的變化而擴展,水泥基體的瞬間脆性斷裂導(dǎo)致基體失效。如果把纖維均勻無序地分散于水泥砂漿基體之中,這樣水泥砂漿基體在受到外力或內(nèi)應(yīng)力變化時,纖維對微裂縫的擴展起到一定的限制和阻礙作用。數(shù)以億計的纖維縱橫交錯,各向同性,均勻分布,就如幾億根微“鋼筋”植入于水泥砂漿的基體之中,這就使得微裂縫的擴展受到了這些“微鋼筋”的重重阻撓,微裂縫無法越過這些纖維而繼續(xù)發(fā)展,只能沿著纖維與水泥基體之間的界面繞道而行。裂是需要能量的,要裂下去必須打破纖維的層層包圍,而僅靠應(yīng)力所產(chǎn)生的能量是微不足道的,只能被這些纖維消耗貽盡。所以由于數(shù)目巨大的纖維存在,即消耗能量又緩解了應(yīng)力,阻止裂縫的進一步發(fā)展,起到了阻斷裂縫的作用。

聚丙烯腈纖維是一種抗裂強度高，分散效果好。應(yīng)用領(lǐng)域有：橋梁工程、道路工程、水利港口工程、建筑工程、隧道地鐵工程、機場工程等等。
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