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【摘要】本文通过介绍纤维的种类、应用及优缺点，简单论述了纤维在混凝土中的作用机理及其对混凝土各项性能的影响。
【关键字】混凝土；纤维；机理；性能
混凝土一般是由水泥、粗骨料、细骨料和水经过凝结硬化而形成，有时也包含活性掺合料、惰性掺合料、外加剂等组分。由于混凝土是弹性模量较高而抗拉强度较低的材料，所以若混凝土在受约束条件下发生收缩而产生的拉应力大于其抗拉强度，则会导致产生裂缝。近代科学关于混凝土强度的微观研究以及大量工程实践所提供的经验都说明，混凝土的裂缝是不可避免的，裂缝是一种人们可以接受的材料特征，科学的要求应是将其有害程度控制在允许范围内。
纤维增强混凝土(下面简称纤维混凝土)是提高混凝土抗裂性能的有效技术措施之一。纤维混凝土可以看作是混凝土与相对较短的、离散的、不连续纤维复合而成。纤维的掺入并不能从根本上提高混凝土强度，其主要作用是控制纤维混凝土的开裂，并在水泥基体开裂后，改善材料的性能。纤维在开裂期间通过桥接作用，为纤维混凝土提供开裂后的延性。尽管纤维混凝土与整个混凝土生产市场相比所占份额仍然较小，但它在北美仍然具有20%的年增长率，每年世界上混凝土使用的纤维已达到300000吨以上。目前纤维混凝土主要应用于混凝土路面（60%）、喷射混凝土（25%）、预制构件（5%）和其它一些特殊结构中。
1、纤维的种类
混凝土掺加的纤维包括:不同形状和尺寸的钢纤维、聚合物纤维、玻璃纤维和天然纤维等.
1.1 钢纤维
钢纤维是一种短小、长度不连续、长径比大约20-100、有多种截面形状的钢质纤维。它可以由割断钢丝、切削钢片或钢材经加热熔融后抽丝而成。钢纤维通过沿着长度或在末端呈现特形状态，以此加强水泥基材和纤维的粘结力。
1.2 玻璃纤维
玻璃纤维是从熔化的玻璃中抽丝而得，通过加热的铂槽底部或套管抽成细丝，一般以短切纤维方式使用。
1.3 合成纤维
合成纤维是随着石化工业和纺织工业发展而产生的人造纤维。用于水泥混凝土中的合成纤维类型有丙烯酸纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、尼龙纤维、聚乙烯纤维和聚丙烯纤维。合成纤维能够减少塑性收缩裂缝和沉降裂缝，有助于改善混凝土断裂后的性能。
1.3.1 聚丙烯纤维
聚丙烯纤维是最常用的合成纤维之一，它具有化学惰性、不溶于水且比水轻的特点。一般将聚丙烯纤维制作成一定长度的圆柱状纤维束，或横截面为矩形的纤维丝。聚丙烯纤维混凝土可以减少塑性收缩裂缝，阻止混凝土中集料沉降，减少毛细管通道。混凝土遭遇火灾时，聚丙烯纤维可减少混凝土剥落。
1.3.2 丙烯酸纤维
丙烯酸纤维可用于取代石棉纤维生产水泥板和屋面瓦。丙烯酸纤维混凝土复合材料开裂后具有较高韧性和延性。
1.3.3 芳族聚酰胺纤维
芳族聚酰胺纤维具有高的抗拉强度和拉伸弹性模量，还具有高达160℃的强度保持力、200℃高温的尺寸稳定性、优越的抗静力、抗动力疲劳和抗徐变性。可用来生产具有各种直径的纤维束。
1.3.4 碳纤维
碳纤维具有高强度、高弹性模量及高硬度等特点。碳纤维对大部分化学物质是惰性的，其典型产品是纤维束，在掺入混凝土之前，碳纤维束一般应预先分散、以利于水泥浆渗透，最大限度地提高纤维的效率。
1.3.5 尼龙纤维
尼龙纤维是由尼龙聚合物纺纱制得，然后通过挤、拉加热转化形成一种定向、结晶的纤维结构。尼龙纤维具有高抗拉强度、高韧性和良好的弹性恢复力。低掺量尼龙纤维比聚丙烯纤维和聚脂纤维具有更好的增强作用。
1.4 天然纤维
在上个世纪60年代末期，人们开始对天然纤维以及其制作的混凝土特性进行研究，结果表明椰子纤维、剑麻纤维、竹纤维等植物纤维可用于生产混凝土制品。但是未经处理的天然纤维，其配制的混凝土容易发生体积变化从而存在耐久性方面不足。
2、混凝土中的纤维及其作用机理
纤维在混凝土中的作用受纤维的种类、长短、体积含量、分布方式等影响。混凝土一般需要较大数量的短纤维来桥接大量微观裂缝以避免较大的应力集中，短纤维的均匀分布能够增加材料的强度和韧性。在更高荷载作用下需要长纤维来桥接宏观裂缝，长纤维的存在显著降低拌合物的工作性且其掺量应小心确定。低体积含量（＜1%）的纤维用于减少收缩裂缝，它们一般用于易产生较大收缩裂缝并且具有较大暴露面积的板和路面中。中等体积含量（介于1-2%）的纤维能增加断裂模量、断裂韧性及抗冲击性。可用于喷射混凝土或其它需要吸收能量的建筑物，用来提高抗分层、分裂和疲劳的能力。高体积含量（＞2%）的纤维导致复合材料的应变硬化。
纤维一般在混凝土中沿整个截面分布，纤维分布方式受成型方式影响。通常喷射成型时纤维多是二维分布，而预拌混凝土施工成型时纤维是三维分布。纤维混凝土的力学性能不仅取决于纤维和混凝土的性质，而且还取决于它们间的粘结。对于合理设计的纤维混凝土，其破坏的主要模式是内部的纤维被拔出，这会比纤维断裂消耗更大的通量，并使纤维的性能得到充分发挥。
不同纤维与混凝土的粘结作用并不相同。钢纤维的粘结主要由粘结力、摩擦力和机械啮合力组合而成。很多玻璃纤维和水泥反应，受到碱的侵蚀而导致粘结力的减弱。有机纤维的粘结主要表面为机械啮合力。增加纤维－基体的粘结力的最常用方式是使纤维沿长度方向异型或末端呈现异型结构。
3、纤维对混凝土性能的影响
配制纤维混凝土必须确保纤维在混凝土中分散均匀，避免纤维隔离或团聚成球。当纤维长径比、使用体积和粗集料粒径都较大时，这个问题更加严重。纤维对混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能和长期性能均有一定的影响。
3.1 纤维对混凝土工作性能的影响
众所周知，普通混凝土加入任何种类纤维都会降低其工作性。工作性能的损失与混凝土中纤维体积浓度几乎成正比。通常可以通过增加砂率、提高胶凝材料用量和增加火山灰材料来补偿混凝土工作性能。必须通过反复试验才能确定。具有较低坍落度的纤维混凝土在现场也可以有很好的工作性。此外纤维还能减少泌水和改善拌合物内聚力，明显增加新拌混凝土的体积稳定性。
3.2 纤维对混凝土力学性能的影响
使用纤维的目的不是为了提高混凝土的强度，纤维对力学性能的最重要影响是提高裂缝后期的延性，即韧性，从而提高混凝土的抗冲击性能。此外，纤维的加入也可以提高混凝土抵抗磨损、疲劳和气穴破坏的能力。研究人员发现纤维可提高混凝土结构的抗地震能力，也可提高混凝土梁柱的抗剪性能。
3.3 纤维对混凝土耐久性能的影响
纤维体积掺入量较少对混凝土的徐变特性或干燥收缩影响很小，但是纤维在减少塑性收缩方面很有效果。由于纤维混凝土一般具有较高水泥用量和低水灰比，所以充分振捣密实和养护的混凝土，只要纤维能被水泥浆体保护，那么将具有很好的耐久性。
作者简介：
赵增华，男，1977-，汉族；山东省临沂市人，现就职于临沂市兰山区建筑工程质量检测站
【关键字】混凝土；纤维；机理；性能
混凝土一般是由水泥、粗骨料、细骨料和水经过凝结硬化而形成，有时也包含活性掺合料、惰性掺合料、外加剂等组分。由于混凝土是弹性模量较高而抗拉强度较低的材料，所以若混凝土在受约束条件下发生收缩而产生的拉应力大于其抗拉强度，则会导致产生裂缝。近代科学关于混凝土强度的微观研究以及大量工程实践所提供的经验都说明，混凝土的裂缝是不可避免的，裂缝是一种人们可以接受的材料特征，科学的要求应是将其有害程度控制在允许范围内。
纤维增强混凝土(下面简称纤维混凝土)是提高混凝土抗裂性能的有效技术措施之一。纤维混凝土可以看作是混凝土与相对较短的、离散的、不连续纤维复合而成。纤维的掺入并不能从根本上提高混凝土强度，其主要作用是控制纤维混凝土的开裂，并在水泥基体开裂后，改善材料的性能。纤维在开裂期间通过桥接作用，为纤维混凝土提供开裂后的延性。尽管纤维混凝土与整个混凝土生产市场相比所占份额仍然较小，但它在北美仍然具有20%的年增长率，每年世界上混凝土使用的纤维已达到300000吨以上。目前纤维混凝土主要应用于混凝土路面（60%）、喷射混凝土（25%）、预制构件（5%）和其它一些特殊结构中。
1、纤维的种类
混凝土掺加的纤维包括:不同形状和尺寸的钢纤维、聚合物纤维、玻璃纤维和天然纤维等.
1.1 钢纤维
钢纤维是一种短小、长度不连续、长径比大约20-100、有多种截面形状的钢质纤维。它可以由割断钢丝、切削钢片或钢材经加热熔融后抽丝而成。钢纤维通过沿着长度或在末端呈现特形状态，以此加强水泥基材和纤维的粘结力。
1.2 玻璃纤维
玻璃纤维是从熔化的玻璃中抽丝而得，通过加热的铂槽底部或套管抽成细丝，一般以短切纤维方式使用。
1.3 合成纤维
合成纤维是随着石化工业和纺织工业发展而产生的人造纤维。用于水泥混凝土中的合成纤维类型有丙烯酸纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、尼龙纤维、聚乙烯纤维和聚丙烯纤维。合成纤维能够减少塑性收缩裂缝和沉降裂缝，有助于改善混凝土断裂后的性能。
1.3.1 聚丙烯纤维
聚丙烯纤维是最常用的合成纤维之一，它具有化学惰性、不溶于水且比水轻的特点。一般将聚丙烯纤维制作成一定长度的圆柱状纤维束，或横截面为矩形的纤维丝。聚丙烯纤维混凝土可以减少塑性收缩裂缝，阻止混凝土中集料沉降，减少毛细管通道。混凝土遭遇火灾时，聚丙烯纤维可减少混凝土剥落。
1.3.2 丙烯酸纤维
丙烯酸纤维可用于取代石棉纤维生产水泥板和屋面瓦。丙烯酸纤维混凝土复合材料开裂后具有较高韧性和延性。
1.3.3 芳族聚酰胺纤维
芳族聚酰胺纤维具有高的抗拉强度和拉伸弹性模量，还具有高达160℃的强度保持力、200℃高温的尺寸稳定性、优越的抗静力、抗动力疲劳和抗徐变性。可用来生产具有各种直径的纤维束。
1.3.4 碳纤维
碳纤维具有高强度、高弹性模量及高硬度等特点。碳纤维对大部分化学物质是惰性的，其典型产品是纤维束，在掺入混凝土之前，碳纤维束一般应预先分散、以利于水泥浆渗透，最大限度地提高纤维的效率。
1.3.5 尼龙纤维
尼龙纤维是由尼龙聚合物纺纱制得，然后通过挤、拉加热转化形成一种定向、结晶的纤维结构。尼龙纤维具有高抗拉强度、高韧性和良好的弹性恢复力。低掺量尼龙纤维比聚丙烯纤维和聚脂纤维具有更好的增强作用。
1.4 天然纤维
在上个世纪60年代末期，人们开始对天然纤维以及其制作的混凝土特性进行研究，结果表明椰子纤维、剑麻纤维、竹纤维等植物纤维可用于生产混凝土制品。但是未经处理的天然纤维，其配制的混凝土容易发生体积变化从而存在耐久性方面不足。
2、混凝土中的纤维及其作用机理
纤维在混凝土中的作用受纤维的种类、长短、体积含量、分布方式等影响。混凝土一般需要较大数量的短纤维来桥接大量微观裂缝以避免较大的应力集中，短纤维的均匀分布能够增加材料的强度和韧性。在更高荷载作用下需要长纤维来桥接宏观裂缝，长纤维的存在显著降低拌合物的工作性且其掺量应小心确定。低体积含量（＜1%）的纤维用于减少收缩裂缝，它们一般用于易产生较大收缩裂缝并且具有较大暴露面积的板和路面中。中等体积含量（介于1-2%）的纤维能增加断裂模量、断裂韧性及抗冲击性。可用于喷射混凝土或其它需要吸收能量的建筑物，用来提高抗分层、分裂和疲劳的能力。高体积含量（＞2%）的纤维导致复合材料的应变硬化。
纤维一般在混凝土中沿整个截面分布，纤维分布方式受成型方式影响。通常喷射成型时纤维多是二维分布，而预拌混凝土施工成型时纤维是三维分布。纤维混凝土的力学性能不仅取决于纤维和混凝土的性质，而且还取决于它们间的粘结。对于合理设计的纤维混凝土，其破坏的主要模式是内部的纤维被拔出，这会比纤维断裂消耗更大的通量，并使纤维的性能得到充分发挥。
不同纤维与混凝土的粘结作用并不相同。钢纤维的粘结主要由粘结力、摩擦力和机械啮合力组合而成。很多玻璃纤维和水泥反应，受到碱的侵蚀而导致粘结力的减弱。有机纤维的粘结主要表面为机械啮合力。增加纤维－基体的粘结力的最常用方式是使纤维沿长度方向异型或末端呈现异型结构。
3、纤维对混凝土性能的影响
配制纤维混凝土必须确保纤维在混凝土中分散均匀，避免纤维隔离或团聚成球。当纤维长径比、使用体积和粗集料粒径都较大时，这个问题更加严重。纤维对混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能和长期性能均有一定的影响。
3.1 纤维对混凝土工作性能的影响
众所周知，普通混凝土加入任何种类纤维都会降低其工作性。工作性能的损失与混凝土中纤维体积浓度几乎成正比。通常可以通过增加砂率、提高胶凝材料用量和增加火山灰材料来补偿混凝土工作性能。必须通过反复试验才能确定。具有较低坍落度的纤维混凝土在现场也可以有很好的工作性。此外纤维还能减少泌水和改善拌合物内聚力，明显增加新拌混凝土的体积稳定性。
3.2 纤维对混凝土力学性能的影响
使用纤维的目的不是为了提高混凝土的强度，纤维对力学性能的最重要影响是提高裂缝后期的延性，即韧性，从而提高混凝土的抗冲击性能。此外，纤维的加入也可以提高混凝土抵抗磨损、疲劳和气穴破坏的能力。研究人员发现纤维可提高混凝土结构的抗地震能力，也可提高混凝土梁柱的抗剪性能。
3.3 纤维对混凝土耐久性能的影响
纤维体积掺入量较少对混凝土的徐变特性或干燥收缩影响很小，但是纤维在减少塑性收缩方面很有效果。由于纤维混凝土一般具有较高水泥用量和低水灰比，所以充分振捣密实和养护的混凝土，只要纤维能被水泥浆体保护，那么将具有很好的耐久性。
作者简介：
赵增华，男，1977-，汉族；山东省临沂市人，现就职于临沂市兰山区建筑工程质量检测站