摘 要：纖維具有彈性模量及抗拉強度高的特點，將其作為加筋材料摻入混凝土基體中可以解決混凝土抗拉強度低、延展性差等問題。本文通過纖維加筋混凝土材料研究進展進行概述，分析了不同種類纖維加筋混凝土材料的力學性能、耐久性及作用機理。結果表明，在適當的摻入比例和加筋長度下，纖維能有效增強混凝土的強度、抗滲及抗碳化性能。最后，本文提出了以纖維混摻技術強化復合材料耐久性的創新思路，為進一步提高混凝土性能提供了有益方向。

關鍵詞：纖維混凝土；力學性能；耐久性能文章編號：2095-4085（2024）10-0001-03

0 引言

混凝土因其價格低廉而成為當代最主要的土木工程材料，在建筑、公路、橋梁、隧道、水利等工程項目中得到了廣泛的應用^［1-2］。然而混凝土存在抗拉強度低、延展性差等問題，抑制了其進一步發展，纖維的摻入可以有效解決上述問題^［3-4］。纖維混凝土是在普通混凝土中添加纖維，通過纖維的橋接作用限制普通混凝土裂縫的發展，從而大幅度提高混凝土的力學、抗滲和抗凍融等性能。本文總結了不同種類纖維加筋混凝土力學及耐久性的研究現狀，并對影響纖維混凝土性能的因素進行了分析。

1 纖維混凝土力學性能的研究現狀

混凝土的力學性能是決定高層建筑發展的重要因素之一。近年來，諸多學者發現，不適合的配合比會使混凝土內部纖維分布不均，進而產生適得其反的效果。因此，探尋合適的纖維摻量尤為重要。

（1）伊俊紅^［1］等人比較了不同碳纖維長度對混凝土劈裂抗拉強度的影響，發現通過加入碳纖維材料能夠有效地提高混凝土的抗壓、抗拉強度。碳纖維加筋長度在10mm，摻量在0.24%時加筋效果最佳；若纖維加筋長度過長，易在混凝土中“結團”出現分散不均的情況，從而影響纖維的加筋效果。

（2）趙順波^［2］等人將鋼纖維摻入混凝土，通過軸壓、抗拉試驗，計算強度尺寸換算系數并分析試件的受壓情況。

（3）李福海^［3］等人研究玄武巖纖維加筋混凝土的力學性能，通過抗壓及劈裂抗拉強度試驗，研究在不同摻量下混凝土的抗壓和劈裂抗拉能力。研究發現，當摻量為0.3%時，纖維在混凝土基體中均勻分布形成了纖維微筋網，抑制了混凝土的側向變形，改善了混凝土破壞時的脆性特征。

（4）陳廣^［4］將聚乙烯醇纖維、納米SiO₂混摻于混凝土中時發現，當聚乙烯醇纖維的體積摻量為0.1%、納米SiO₂的質量分數為10%時，混凝土的抗壓強度和抗折強度均得到最為顯著的提升。

（5）張麗哲^［5］等人探究纖維長徑比對碳-聚丙烯混雜纖維混凝土抗折強度的影響。研究發現，碳纖維、聚丙烯纖維長徑比分別為T650、T750 時，混雜纖維混凝土的抗折性能最優。

（6）周云龍^［6］等人研究了高溫后陶瓷-鍍銅鋼纖維混摻輕骨料混凝土抗壓強度。實驗發現，由于鍍銅鋼纖維具有良好的導熱性，能夠抑制混凝土裂縫產生，進而與陶瓷—鍍銅鋼纖維輕骨料混凝土相比抗壓強度提升最為明顯。

（7）童偉光^［7］等人觀察鋼及PVA纖維混摻混凝土的受壓變形情況后得出結論：鋼纖維摻量一定時，PVA纖維與混凝土抗壓強度呈反比。由此可見，纖維混摻也會使混凝土產生負混雜效應。

2 纖維混凝土耐久性能的研究現狀

2.1 抗滲性

混凝土的抗滲性是提高混凝土耐久性的最基本因素，混凝土抗滲性的提高，能夠有效地減少地下工程滲水現象。

（1）王志旺^［8］等人采用滲水高度法對聚丙烯腈纖維混凝土和建筑混凝土進行抗滲性實驗。結果表明，隨著水膠比的不斷提高，聚丙烯腈纖維混凝土的滲水高度明顯低于建筑混凝土。這是因為聚丙烯腈纖維的摻入使混凝土內部形成空間網狀結構，改善了其自身內部密實性差的缺點，明顯提高了混凝土的抗滲性能。

（2）聞洋^［9］等人研究發現，纖維摻入可以降低混凝土試件的單位裂縫總面積及裂縫寬度，可有效抑制裂縫的擴展，從而改善混凝土的抗滲性能。

（3）白玉瑾^［10］等人發現玄武巖纖維長度為18mm，摻量0.15%時可以大幅度提升混凝土的抗滲效果。

（4）張永存^［11］等人研究發現，纖維的摻入可以增大混凝土中無害孔和少害孔的比例，優化混凝土內部的孔隙結構，從而改善混凝土的力學性及耐久性能。經對比，耐堿玻璃纖維增強混凝土抗滲性最佳。

（5）錢紅蘋^［12］等人通過氯離子擴散系數法和滲水高度法，研究礦物摻合料、聚乙烯醇纖維、纖維素纖維的摻入對混凝土抗滲性能的影響。結果表明，礦物摻合料的摻入，可以起到微集料填充效應的同時抑制粗晶粗大水化產物氫氧化鈣的生成，從而改善混凝土的抗滲性能。

（6）張愛菊^［13］等人研究了纖維混凝土在復合鹽蝕環境下抗滲性能提高的機理。研究表明，混雜纖維混凝土抗滲性能的提高主要取決于兩方面。其一，在滲水實驗過程中，混雜纖維能夠阻礙混凝土內部水分散失，使混凝土密實度得到提高；其二，混雜纖維在混凝土內部形成三維網格結構，能抑制混凝土連通孔的產生。經比較，玄武巖-聚丙烯纖維組合下阻礙氯離子滲透效果最佳。

2.2 抗凍融性

在寒冷地區，長期的凍融循環對混凝土的內部結構造成了破壞，影響了建筑物的使用壽命。國內外學者將不同種類的纖維摻入到到混凝土中抑制混凝土的開裂，以提高其抗凍融性能。

（1）姚武^［14］探究聚丙烯腈纖維摻量對混凝土抗凍性的影響。結果顯示，聚丙烯腈摻量為0.2%時，普通混凝土的抗凍融性能最好。

（2）谷悅^［15］等人研究了油菜秸稈纖維對混凝土抗凍性能的影響，并建立了凍融損傷與壽命分析模型。研究發現，纖維在混凝土內部通過搭接形成三維網狀結構，有效阻礙了混凝土內部集料的下沉以及表面水分的析出。同時，纖維的摻入抑制了混凝土裂縫的產生和擴展。

（3）王富平^［16］等人以質量損失率作為評價再生風機葉片纖維混凝土抗凍性能的指標。研究發現，當凍融循環75次時，纖維摻量為20%的混凝土的質量損失率僅為5.1%，抗凍性能最佳。若加大纖維的替代率，纖維的團聚效應導致界面孔隙增多，滲透壓作用明顯，進而會降低混凝土的凍融壽命。

（4）喬宏霞^［17］等人研究鋼纖維-聚丙烯纖維混凝土摻加方式對混凝土抗凍性能的影響，并建立了凍融循環作用下混凝土強度損失的模型。結果表明，層布式的成型方式可以促進混凝土的收縮，更好地提高混凝土的抗凍性能。

（5）鄧宗才^［18］等人研究發現，在混凝土里摻加纖維素、聚丙烯纖維均能提高混凝土的抗凍性。在相同摻量下，纖維素纖維混凝土中纖維間距較小，密度更大，易形成三維網格結構抑制裂縫的擴展。因此，纖維素纖維混凝土抗凍性能更好。

（6）李趁趁^［19］等人研究了玄武巖纖維束（BMF）、短切玄武巖纖維（CBF）以及硫酸鈣晶須（CSW）混摻對混凝土試件抗凍性能的影響。結果表明，纖維的摻入能夠明顯降低混凝土凍融循環后的相對動彈性模量。BMF摻量為0.3%～0.45%、長度為30mm時，抗壓強度值最大；BMF和CBF摻量為0.3%時，抗壓強度損失率最低；BMF摻量為0.3%、CBF摻量為0.15%、CSW摻量為3%時，混凝土試件抗凍性能最佳。

2.3 抗碳化性

混凝土在碳化環境下，其結構和化學成分的異化會導致混凝土耐久性能下降。在混凝土中摻入纖維是增強混凝土抗碳化性能的有效措施，孔隙率的降低可以減緩CO₂在混凝土內部的擴散速率從而提高其抗碳化能力。

（1）張春生^［20］等人通過快速碳化實驗得出，鋼纖維摻量在2.0%時，其平均碳化深度減少了53.3%，并建立了多因素作用下碳化深度的預測模型。

（2）蘇英^［21］等人研究發現，混凝土中摻入聚丙烯纖維可以優化混凝土內部的孔隙結構，增強混凝土的密實度，從而提高其抗碳化性能。

（3）趙哲^［22］等人測試了不同碳化齡期的素混凝土和玄武巖纖維混凝土的抗碳化深度及力學性能。結果表明，隨著碳化齡期的增加，玄武巖纖維混凝土的抗碳化速率始終小于素混凝土。玄武巖纖維摻入改變了混凝土內部的孔隙結構，使混凝土孔隙率減少，抑制了外界CO₂氣體的擴散，從而降低了混凝土的抗碳化反應速率，增強了其抗碳化性能。

（4）劉巧玲^［23］等人研究了油菜秸稈纖維混凝土在溫濕環境下碳化深度提高的機理。

3 結論與展望

纖維的摻入可以提高混凝土的性能。本文從力學性能、耐久性能兩個方面綜述了近年來不同纖維混凝土的研究進展。由上述研究可得出以下結論。

（1）纖維的摻量、尺寸、種類、成型方式均會影響混凝土的力學及耐久性能。

（2）纖維骨架的高延展性抑制了混凝土的側向變形，有效改善了混凝土的脆性特征。與素混凝土相比，各種纖維混凝土在抗壓、劈裂抗拉、抗折等力學方面均得到了提升。

（3）不同種類的纖維能夠通過搭接形成三維網狀結構，抑制混凝土內部集料的下沉以及外表面裂縫的產生。同時，纖維的加入優化了混凝土內部孔隙結構，增強了混凝土的密實度，耐久性能得以提升。

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