填充物為光學纖維的透明混凝土

  隨著混凝土纖維新材料的不斷出現(xiàn)，纖維混凝土理論和應(yīng)用技術(shù)的成熟，尤其是工程界對混凝土的力學性能和耐久性要求越來越高，纖維混凝土必將成為未來發(fā)展的趨勢，纖維混凝土工程材料的發(fā)展前景十分可觀。

  據(jù)報道，美國纖維混凝土的數(shù)量占到水泥混凝土總量的10%左右。隨著我國自主開發(fā)能力的提高，纖維生產(chǎn)技術(shù)的改進，產(chǎn)品質(zhì)量的提升，生產(chǎn)規(guī)模的擴大，更多性能優(yōu)良、價格低廉的纖維混凝土工程材料投向市場，推動了工程材料的大規(guī)模應(yīng)用。例如：金屬纖維新產(chǎn)品的不斷推出、有機纖維產(chǎn)品種類的更多涌現(xiàn)、無機纖維更大的量產(chǎn)和新的改進。纖維混凝土工程材料已在我國許多重點、重大工程中取得成功的應(yīng)用，如國家主體育場鳥巢、中央電視臺新臺址等標志性建筑中采用了國產(chǎn)纖維混凝土工程材料。國內(nèi)工程纖維品牌也在這個過程中逐漸孕育成長，擔當了國內(nèi)纖維混凝土工程材料應(yīng)用的主力軍。

  1 行業(yè)標準和規(guī)范不斷完善

  通過近年來對纖維混凝土工程材料的研究和工程應(yīng)用，取得了大量的研究成果，積累了豐富的經(jīng)驗，我國也相繼編制出臺了有關(guān)規(guī)程和標準來規(guī)范市場。據(jù)不完全統(tǒng)計我國以出臺的標準及規(guī)范不少，例如：

  交通部頒布實施的《公路水泥混凝土纖維材料 聚丙烯纖維和聚丙烯腈纖維》（JT/T525-2004）、《瀝青路面用聚合物纖維》 （JT/T534-2004），這兩個標準在行業(yè)的范圍內(nèi)首次將用于纖維混凝土的工程材料標準化；

  交通運輸部新近頒布的《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細則》 （JTG/T F30-2014）；

  國標頒布實施的《水泥混凝土和砂漿用合成纖維》 （GB/T21120-2007）。

  中國工程建設(shè)標準化協(xié)會頒布實施的《纖維混凝土試驗方法標準》（CECS13:2009），此標準全面修訂了原《鋼纖維混凝土試驗方法》（CECS13:89），增補了合成纖維品種并其性能試驗及合成纖維混凝土的各項性能試驗等內(nèi)容。

  住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布實施了《纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》 （JGJ/T221-2010）。

  鐵道部頒布的與纖維有關(guān)的 《鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件》   （TB-T2965-2011）以及《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準》 （TB10424-2010，J1155-2011）等等。

  國家和相關(guān)行業(yè)對纖維混凝土工程材料的性能、應(yīng)用技術(shù)、試驗方法的陸續(xù)規(guī)范和標準化，不僅為設(shè)計和施工提供依據(jù)，也為我國纖維混凝土事業(yè)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

  2 行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

  我國大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)的開展及建筑行業(yè)的認可，加快了纖維混凝土行業(yè)的快速發(fā)展，使混凝土工程纖維材料（包括：有機纖維、無機纖維、金屬纖維等）的應(yīng)用得到長足發(fā)展?；炷凉こ汤w維材料已成為交通、市政、水利水電和工業(yè)及民用建筑業(yè)的重要基礎(chǔ)材料之一。根據(jù)不完全統(tǒng)計，在2004年初從事工程纖維生產(chǎn)和銷售的企業(yè)有幾十家，到目前已經(jīng)達到了幾百家之多，市場對工程纖維材料的認可與用量快速增長為工程纖維的大力發(fā)展創(chuàng)造了機會，同時也造成了產(chǎn)品質(zhì)量的良莠不齊，市場上頻頻出現(xiàn)摻雜使假、假冒偽劣的不良現(xiàn)象，如：在產(chǎn)品中加入不應(yīng)有的成分、用廢棄的紡織廢絲再加工、用其他纖維偷梁換柱使用、使用廢料進行生產(chǎn)加工等，甚至有的企業(yè)偽造檢驗報告、批量產(chǎn)品與樣品不同源、產(chǎn)品銷售價格明顯低于原材料價格等等。在某些地區(qū)甚至出現(xiàn)正不壓邪的市場現(xiàn)象。這些不良行為不僅對行業(yè)的信譽與發(fā)展造成極壞的影響，也對建筑工程質(zhì)量埋下了巨大隱患。

  我們要通過政府的嚴格管理、行業(yè)的引導和規(guī)范，提高使用者的責任意識、辨別能力，增加供應(yīng)商的行業(yè)自律，規(guī)范行業(yè)行為，維護市場秩序，共同推動纖維混凝土材料行業(yè)的健康發(fā)展和繁榮。

  3 新材料新技術(shù)的發(fā)展

  3.1混合纖維混凝土

  利用不同纖維的作用和功能，將多種纖維同時摻入混凝土中，以進一步提高混凝土的性能，稱此種混凝土為混合（混雜）纖維混凝土?；旌侠w維混凝土中纖維是有其內(nèi)在規(guī)律性和按一定的比例關(guān)系摻入，才能發(fā)揮效用。

  根據(jù)近年來的應(yīng)用發(fā)展狀況和纖維摻入的方法不同，可將其分為混合纖維混凝土與組合纖維混凝土。混合纖維混凝土是指用兩種或兩種以上不同尺寸或不同品種的纖維，適量摻入混凝土組分材料中，按一定程序經(jīng)混合攪拌而成整體的混凝土?；旌侠w維混凝土可分為兩種：同一種類（相同品種、質(zhì)量）但不同尺寸的混合纖維混凝土和不同種類的混合纖維混凝土，如在混凝土中摻入不同尺寸的鋼纖維，構(gòu)成混合鋼纖維混凝土。不同種類纖維混凝土又可分為尺寸相同的纖維、尺寸不同的纖維、作用不同的纖維構(gòu)成的混合纖維混凝土，如其尺寸相近和尺寸不同的鋼纖維和合成纖維構(gòu)成的混合纖維混凝土。

  組合纖維混凝土是指用兩種或兩種以上作用和功能不同的纖維，其中有的纖維摻入主要是為了增強和增韌，有的纖維主要是為了阻裂。摻入的纖維有的與混凝土各組分材料混合攪拌，有的纖維并不與混凝土各組分材料混合攪拌，而是將纖維分布于不同結(jié)構(gòu)層次，將不同功能的纖維組合應(yīng)用，并與混凝土拌合料結(jié)合，構(gòu)成整體的纖維混凝土，稱為組合纖維混凝土。

  混合纖維混凝土與組合纖維混凝土的作用原理是，通過合理的設(shè)計，充分發(fā)揮不同纖維的優(yōu)點，使它們互相取長補短，在不同的結(jié)構(gòu)層次和受力階段，既發(fā)揮各單一纖維的作用和功能，又發(fā)揮多種纖維復(fù)合的疊加作用，可明顯提高或改善原先單一纖維混凝土的若干性能，以取得優(yōu)良的綜合性能。與采用單一的纖維混凝土相比，既可提高混凝土的強度，又能明顯提高其韌性、抗沖擊性、耐疲勞及抗裂等性能。

  3.2 粗合成纖維

  近來更多粗合成物纖維得到發(fā)展并引進市場。這些纖維在大量領(lǐng)域的運用中與鋼纖維有很多類似的特點，當用量比細纖維更多時（達到最大用量，大約12kg/m3，體積率1.35%）粗纖維可為混凝土裂后提供承載能力。

  此類產(chǎn)品所采用材料有聚丙烯或聚乙烯所屬聚烯烴、聚酯、尼龍、聚乙烯醇、聚丙烯腈、芳族聚酰胺或它們的混合物。最初人們主要看到粗合成纖維在噴射混凝土中應(yīng)用的潛能，后來發(fā)展到在地基承載板和其他方面的一些應(yīng)用。

  使用該纖維可明顯改善混凝土的抗彎強度和彎曲韌性，增加混凝土的抗沖擊和抗疲勞性能，降低噴射混凝土的回彈率、克服塑性收縮裂縫。該產(chǎn)品施工操作簡單，克服了鋼纖維易腐蝕生銹、結(jié)團、磨損機械、運輸困難、反彈傷人等缺陷，而且對混凝土的增韌、抗裂作用與鋼纖維相當。在各種各樣的應(yīng)用中此類纖維甚至可以作為鋼纖維的一種替代品來使用。

  目前國內(nèi)外已經(jīng)進行了大量的試驗研究工作，英國混凝土協(xié)會在2007年出版了一本粗纖維施工指南，總結(jié)了粗合成纖維在建筑中的使用情況。在我國粗合成纖維也取得了隧道噴射、橋面鋪裝、大壩修補等工程應(yīng)用。

  3.3超高韌性混凝土用高性能纖維材料

  將一種特殊有機高性能纖維加入水泥砂漿中，制成了一種重量輕，并且更具有耐久性的可彎曲材料，這種纖維增強材料（常稱超高韌性水泥基復(fù)合材料，簡稱ECC），使水泥脆性材料轉(zhuǎn)為韌性更好的材料，在承受巨大壓力時，它會彎曲而不是斷裂。

  ECC已在美國、日本、韓國、瑞士和澳大利亞得到應(yīng)用，可用于建造新的結(jié)構(gòu)物，如橋面板，道路路面，建筑物隔墻、洞庫、隧道襯砌等，也可用于舊有結(jié)構(gòu)物修整、翻新，可以在工地現(xiàn)澆，也可制成規(guī)格板材?，F(xiàn)場拼裝，它可用螺栓連接或用砂漿連接，可用于一般建筑物也可用于抗地震加固。

  超高韌性水泥基復(fù)合材料與普通纖維增強水泥相比較，主要有以下特點：使用高抗壓強度與高致密度的水泥基體；增大纖維體積率或使用直徑較細的纖維，以增多單位體積復(fù)合材料中的纖維數(shù)量；增強纖維與水泥基體的界面黏結(jié)，在復(fù)合材料受荷載過程中，使纖維不致拉斷，在其拉應(yīng)力接近極限強度時由水泥基體中拔出；復(fù)合材料兼具高抗壓、高抗拉與高抗折強度、高延性、高韌性、高抗沖擊性與高抗疲勞性。

  目前國內(nèi)許多科研機構(gòu)致力于此種材料的研制和推廣，其中高性能纖維是強韌性纖維混凝土發(fā)展的制約因素之一。研究者常用的多為具有高強高模的纖維材料，如PVA纖維、高強高模PE纖維等，高昂的成本使其距產(chǎn)業(yè)化還有較長的距離。國內(nèi)最新的研究有采用高性能改性聚丙烯纖維來實現(xiàn)高韌性纖維混凝土，并且已經(jīng)出現(xiàn)了國產(chǎn)纖維ECC材料的工程案例。高的性價比將使其成為纖維混凝土更高端的發(fā)展方向之一。

  4 前景展望

  隨著我國工業(yè)水平提升、石油工業(yè)的發(fā)展，纖維品種越來越多，產(chǎn)量不斷增加，成本不斷降低，纖維用于抗裂、增韌、增強混凝土的發(fā)展前景十分看好。特別是有機合成纖維，目前已被大家認可的低彈性模量纖維低摻量（體積率0.1%左右）用于防止和減少砂漿、混凝土早期收縮裂縫，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)粩鄶U大，與此同時，用合成纖維代替石棉制作纖維水泥制品，如波紋瓦、屋面板、內(nèi)墻裝飾板等。

  開發(fā)高彈性模量的合成纖維，用于混凝土增強和增韌，將使合成纖維更有用武之地。目前已見報道的有高強模聚乙烯纖維和高彈性模量芳綸纖維等。配置的纖維混凝土在相同體積率下，其增強增韌效果比鋼纖維混凝土顯著提高。但因此類纖維價格太高，目前應(yīng)用還十分有限，僅用于對防腐蝕、防電磁有特殊要求的部位。

  總之，具有獨特性能的纖維混凝土既是一種新型復(fù)合材料，又是一門新興的材料科學，在纖維混凝土的領(lǐng)域中，還有許多理論和應(yīng)用問題尚待今后進一步研究開發(fā)，工程應(yīng)用中有時可能初期投資較大，但是從提高使用性能、延長使用壽命、減少維護費用等綜合效益和長期效益考慮，是十分有利的，深信纖維混凝土必將在我國的工程建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用，而纖維混凝土工程材料的未來應(yīng)用的前景將更加廣闊。