纖維混凝土的微觀工作機(jī)理

各種材料的纖維加入水泥基體中，理論上主要有以下三種作用：(1)提高基體的抗拉強(qiáng)度；(2)阻止基體中原有缺陷(微裂縫)的擴(kuò)展并延緩新裂縫的出現(xiàn)；(3)提高基體的變形能力并從而改善其韌性與抗沖擊性。

混凝土在硬化形成強(qiáng)度的過(guò)程中，初期由于水和水泥反應(yīng)形成結(jié)晶體，這種晶體化合物的體積比原材料的體積要小，因此引起混凝土體積的收縮。在后期又由于混凝土內(nèi)自由水分的蒸發(fā)而引起干縮。這些應(yīng)力某個(gè)時(shí)期超出了水泥基體的抗拉強(qiáng)度，于是在混凝土內(nèi)部引起微裂縫，這些微裂縫不可不可避免地存在于混凝土內(nèi)的骨料和水泥凝膠體的局部接觸面處以及凝膠體自身內(nèi)部。

在工程實(shí)踐中，由于沒有采取有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂紋在內(nèi)外慶力的作用下發(fā)展為更大的裂紋，以至最終形成貫通的毛細(xì)孔道及裂縫，常常導(dǎo)致防水失敗，也造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度遠(yuǎn)未能充分發(fā)揮，嚴(yán)重的甚至威脅到工程的安全及使用。研究表明，多數(shù)裂縫同荷載無(wú)關(guān)，塑性收縮、干縮、溫度變化等開裂因素才是混凝土眾多問題的根源。

由于纖維以單位體積內(nèi)較大的數(shù)量均勻分布于混凝土內(nèi)部，故微裂縫在發(fā)展的過(guò)程中必然遭遇到纖維的阻擋，消耗了能量，難以進(jìn)一步發(fā)展，從而阻斷裂縫達(dá)到了抗裂的作用。纖維的加入猶如在混凝土中摻入世大數(shù)量的微細(xì)筋，這些纖維筋抑制了混凝土開裂的進(jìn)程，提高了混凝土的斷裂韌性，而這些單靠加強(qiáng)鋼筋是不能實(shí)現(xiàn)。

總之，纖維改善混凝土的性能主要通過(guò)物理力學(xué)作用改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并不改變混凝土中各種材料本身的化學(xué)性能，因此也不會(huì)影響混凝土的耐久性。

杜拉纖維的功能及作用機(jī)理

1、   有效提高混凝土/砂漿的抗裂能力

 　　在建筑實(shí)踐中，杜拉纖維已成為一種非常有效的提高砂漿及混凝土抗裂能力的卓越手段。杜拉纖維經(jīng)特殊的生產(chǎn)工藝進(jìn)行表面處理，同水泥基料有極強(qiáng)的粘結(jié)力。美國(guó)曾利用電子顯微鏡對(duì)幾種主要的混凝土增強(qiáng)塑料纖維絲進(jìn)行研究，與其它幾種纖維比較，杜拉纖維可握裹更多的集料，同水泥基體有更緊密的結(jié)合力，因此可在混凝土中發(fā)揮更為有效的抗裂作用。由于杜拉纖維可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，分布極其均勻、徹底，每立方厘米水泥漿內(nèi)近二十條纖維絲，故能在混凝土（砂漿）內(nèi)部構(gòu)成一種均勻的亂向支撐體系，從而產(chǎn)生一種有效的二級(jí)加強(qiáng)效果。

有關(guān)機(jī)構(gòu)的研究表明，在混凝土中，杜拉纖維的亂向分布形式大有助于消弱混凝土塑性收縮及凍融時(shí)的應(yīng)力，收縮的能量被分散到每立方米上千萬(wàn)條具有高抗拉強(qiáng)度而彈性模量相對(duì)較低的纖維單絲上，從而極為有效地增強(qiáng)了混凝土(砂漿)的韌性，抑制了微細(xì)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。眾多的實(shí)踐都表明，在混凝土(砂漿)中加入杜拉纖維，是控制混凝土塑性收縮、干縮等非結(jié)構(gòu)性裂縫的卓越手段；同時(shí)，無(wú)數(shù)的纖維單絲在混凝土內(nèi)部形成的亂向撐托體系可以有效阻礙骨料的離析，保證混凝土早期均勻的泌水性，從而阻礙了沉降裂紋的形成。實(shí)驗(yàn)表明，同普通混凝土相比，體積摻量0.05%（約0.5公斤/m3）的杜拉纖維混凝土抗裂能力提高近70%。

現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑大體積混凝土用量愈來(lái)愈大，結(jié)構(gòu)形式也日趨復(fù)雜，水泥水化熱、收縮等因素引起的開裂問題已越來(lái)越受到人們的重視。國(guó)內(nèi)一些高層建筑的地下室底板、側(cè)墻、轉(zhuǎn)換層大梁、超大型混凝土柱等大體積混凝土采用杜拉纖維的實(shí)例已成功證明了杜拉纖維混凝土優(yōu)越的抗裂性能。

需要指出的是，由于杜拉纖維為一種低彈模纖維，摻量很少，故對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度影響甚微，不能作為一種結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)材料。

2、   大大提高混凝土/砂漿的抗?jié)B防水性能

杜拉纖維可以大大增強(qiáng)混凝土或砂漿防水抗?jié)B的能力。摻加大量微細(xì)纖維可以有效地抑制混凝土早期干縮微裂及離析裂紋的產(chǎn)生及發(fā)展，極大減少了混凝土的收縮裂縫，尤其是有效抑制了連通裂縫的產(chǎn)生；均勻分布在混凝土中彼此相粘連的大量纖維起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的離析，從而使混凝土中直徑為50-100納米和>100納米的孔隙的含量大大降低，可以極大地提高抗?jié)B能力。測(cè)試表明，0.05%體積摻量的杜拉纖維混凝土比普通混凝土抗?jié)B能力提高60-70%。混凝土腐化池、地下室工程、屋面、貯水池、外墻抹灰批蕩等，采用杜