纤维混凝土材料的发展及应用浅析_开题报告

课题背景

我国是一个人口大国，经济快速增长，在目前的建筑技术水平下，我国的建筑能耗严重。近几年，新型建筑材料及新能源技术已引起越来越多发达国家的重视，积极致力于新型材料、技术在建筑中的应用研究。新型建筑材料不仅是建材工业的重要组成部分，还是新兴的建材工业。使用和生产新型建材，不仅节地、节能、保护生态环境、减少资源消耗，又可刺激消费，促进住宅产业和建筑业的现代化。发展新型建材是实施建材工业“由大变强、靠新出强”跨世纪发展战略的必然选择，也是贯彻我国建材工业“控制总量，调整结构”方针的重要措施，更是实施我国国民经济可持续发展战略的要求。

我国能源人均占有量是世界平均水平的四分之一，这对我国的国民经济和社会与资源、生态环境协调发展有很大的影响。发展节能环保建筑材料即是可持续发展战略的需要，也是建材工业发展的需要[1]。新型建材的发展应减少高物耗、高能耗、污染、低性能，多功能、多用途、低物耗、低能耗、无毒、无污染方向发展，向高档化、配套化、标准化发展，以满足社会和人们日益增长的需求。

新型混凝土材料的应用对于提高现代土木工程的施工质量和结构稳定性具有重要作用，因此，加强有关新型混凝土材料的应用研究，不断拓展新型混凝土的应用范围和应用规模， 以逐渐改善土木工程的施工质量和现代建筑的稳定性[7]。本文主要针对新型混凝土材料中的纤维混凝土进行研究与分析。

国内外研究现状

纤维混凝土的发展始于20世纪初，其中以钢纤维混凝土研究的时间最早、应用得最广泛[2]。早在1910年，美国的H．F．Porter就发表了关于短钢纤维增强混凝土的第一篇^范文。到了20世纪40年代．由于军事工程的需要，英国、美国、法国、德国等国的科学家，先后发表了纤维混凝土的研究报告，但这些研究报告均未能从理论上说明纤维对混凝土的增强机理．因而限制了这种复合材料在工程结构中的推广应用[14]。纤维混凝土真正进入应用于工程的研究，是在20世纪60年代初期。1963年，美国的J．P。Romualdi等发表了钢纤维约束混凝土裂缝发展机理的研究报告，首次提出了纤维的阻裂机理．才使这种复合材料的发展有实质性的突破，尤其钢纤维混凝土的研究和应用受到高度重视。随后．国际标准化协会也增设了纤维增强水泥制品技术标准委员会。

纤维混凝土是一种新型的复合材料，是当代混凝土改性研究的一个重要领域，近年来，以钢纤维、合成纤维、碳纤维及玻璃纤维为代表的纤维，在混凝土中应用得到了迅速的发展，纤维混凝土是继钢筋混凝土、预应力混凝土之后的又一次重大突破[3]。由于纤维和混凝土的共同作用，使混凝土具有一系列优越的性能，因而受到国内外工程界的极大关注和青睐，并广泛应用于各工程领域。

我国水泥混凝土专家吴中伟院士指出，复合化是水泥基材料高性能化的主要途径，纤维增强是其核心，复合化是技术思路一超叠加效应，对材料的高性能化有重要意义。从国内外混凝土研究发展来看，混凝土中加入纤维的掺加，将大大改善混凝土的品质，提高混凝土的综合性能。随着科研的深入纤维增强混凝土的基础理论研究工作已取得了较大的成就，同时纤维混泥土仍有许多问题有待深入研究。随着对纤维混凝土的理论、实验研究及工程应用研究的不断深入，纤维混凝土将会有非常广泛的发展前景。

研究成果及存在问题

目前研究较多的有钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等[4]。水泥混凝土中常用的纤维分为钢纤维和非钢纤维两类，非钢纤维按照弹性模量可以分为两大类：高弹性模量纤维(Ef／Ee>1)和低弹性模量纤维(Ef／Ec<：I)。低弹性模量纤维(如各种有机纤维、尼龙、聚丙烯、聚乙烯等)只能提高混凝土的韧性、抗冲击性能等与材料的塑性有关的物理性能；高弹性模量纤维(如钢纤维、玻璃纤维、碳纤维等)则能够改善混凝土的强度和刚性。

钢纤维混凝土主要用于桥面、路面、飞机跑道的面层，巷道与隧道的衬砌，岩坡稳定、水工建筑以及抗震、抗爆等工程。目前，国内一些大的机场跑道陆续采用钢纤维混凝土做路面，使用寿命可提高到30年以上，取得了良好的效果[5]。水泥混凝土中常用的纤维分为钢纤维和非钢纤维两类，非钢纤维按照弹性模量。

碳纤维独特的物理力学性能，使其在很多高新技术领域得以应用，1～2等级的高性能纤维用于飞机、宇航等要求重量轻、高强、高弹性模量领域；中等等级的纤维用于工业生产和高质量体育用品；而等级5的短纤维主要用于增强混凝土和热的绝缘材料[6]。

纤维混凝土的理论研究有助于更好地认识纤维混凝土的增强机理，以便更有效地发挥混凝土和纤维的作用，进而为纤维混凝土的工程应用提供理论依据和必要的施工技术参数。(1)力学性能方面：纤维混凝土的力学性能是其工程应用最关键、最基本的指标，也是纤维混凝土众多研究者热衷的研究课题。目前的研究主要集中在纤维混凝土的抗压、抗拉、抗折、抗冲击强度，纤维对混凝土断裂性能和韧性的增强作用以及混杂纤维的增强效果上。(2)耐久性方面：目前对纤维混凝土耐久性的研究主要集中在纤维混凝土的抗裂性、抗渗性、抗冻性、耐磨性和抗冲击性等方面。纤维混凝土在水工结构、地下工程及处于恶劣环境中的结构构件等方面具有绝对优势和广阔的应用前景[8]。国内外关于钢纤维混凝土的试验研究结果表明，钢纤维可有效地增强混凝土的抗裂性、抗渗性、抗冻性、抗疲劳性、抗冲击性及抗冲刷耐磨性。由于钢纤维混凝土比普通混凝土有诸多的优点，在路桥工程中的预应力梁、桥面铺装层、路面、桥梁的维修加固中得到应用[10] [11]。但由于钢纤维混凝土施工要求高，单方造价高，而设计、施工人员对钢纤维混凝土的特性缺乏了解，在工程中应用受到限制。

掺人纤维后，混凝土成本过大、性能不稳定是纤维混凝土应用中的主要问题[12]。纤维一般用量较大，价格较高，纤维掺量大时，纤维在混凝土中容易产生纤维团，使得搅拌困难，在施工过程中钢纤维容易外露，这也增加了施工的难度。并且如钢纤维容易发生锈蚀，影响混凝土耐久性和使用安全。玻璃纤维由于耐碱性差，玻璃纤维增强混凝土的应用受到限制[13]。此外，目前我国碳纤维大部分依赖进口。国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0．4％左右．纤维生产成本高，成本过高是制约碳纤维增强混凝土发展应用的因素。

纤维材料在工程混凝土中的运用，有着多种选择与方式，实际进行混凝土施工时，应根据项目自身的特点、性质以及设计要求，分别选择钢纤维、人工合成纤维、玄武岩纤维等材料，以此保证混凝土施工的经济性、有效性，充分发挥纤维材料的作用，提高结构质量[9]。

•••••二、^范文提纲

1. 纤维混凝土材料的发展

1.1 国内外纤维混凝土材料的发展状况

1.2 纤维混凝土材料的研究发展方向

2. 纤维混凝土浅析

2.1  纤维混凝土的概念

2.2  纤维混凝土的种类

2.2.1  钢纤维混凝土

2.2.2  碳纤维混凝土

2.2.3  玻璃纤维混凝土

2.2.4  聚丙烯纤维混凝土

3. 纤维混凝土在土木工程中的应用

3.1  纤维混凝土的特性

3.2  纤维混凝土的适用范围

3.3  纤维混凝土的实例应用

4. 纤维混凝土存在的主要问题及对策措施

4.1 纤维混凝土存在的问题

4.2 纤维混凝土应对措施

5. 结语

•三、参考文献

[1]苑晨丹.浅析新型建筑材料的特点与发展[J]. 赤峰学院学报(自然科学版), 2012年2月,第28卷第2期(上). 

[2]林倩,吴飚. 浅谈纤维混凝土[J]. 福建建材,2001(1). 

[3]张鹏. 新型混凝土材料在土木工程领域中的应用[J]. 邢台职业技术学院学报, 2008年2月,第25卷第1期. 

[4]钱庆栉,张经双. 纤维混凝土特性研究及应用前景[J]. 西部探矿工程,2005(10).

[5]张建军. 纤维混凝土发展与应用研究[J]. 科普,2012(7).

[6] 张卫东,徐学燕. 碳纤维混凝土的特性及发展前景[J]. 森林工程, 2004年1月,第20卷第1期.

[7]吴丽琴. 新型混凝土材料在土木工程领域中的应用[J]. 广东科技,2014(8). 

[8]王晓翠,吴凯,徐玲琳.纤维混凝土研究进展[J].建筑材料与应用,2013(8).

[9]吴乃明. 纤维材料在工程混凝土中的应用[J]. 民营科技,2014(3).

[10] 寇小健,齐承涛.浅谈钢纤维混凝土[J].山西建筑,2005,35(1):195—196.

[11]莫晓东.钢纤维混凝土的性能及其应用[J].建筑技术开发,2014(2) ,第37卷第2 期.

[12]张红州,刘锋,李丽娟,等.纤维混凝土的研究与应用现状[J].新型建筑材料, 2003(6):12 —15

[13]许乙弘.玻璃纤维混凝土在建筑装饰中的应用 [J].室内设计与装修,2002(4):71-72.

[14]D.D.L.Chung.Composites get smart[J].Materials Today.2002,5 (1):30～35.