混凝土是一種多相復合材料，由于各組成材料性質的差異和施工養(yǎng)護的影響，混凝土內部不可避免地存在大量的微裂縫，這些裂縫的存在，影響了混凝土的性能，特別是降低了混凝土抗拉強度，這也是混凝土呈脆性破壞的主要原因。通過加入摻合料和化學外加劑實現(xiàn)混凝土的密實性和強度的提高，是制備高性能混凝土的主要途徑。但是，混凝土的抗拉強度與抗壓強度之比僅為6%作用，仍存在拉壓比低、韌性差與收縮大等缺點。隨著抗壓強度的提高，混凝土脆性表現(xiàn)得愈明顯[1]。而纖維具有抑制混凝土收縮、提高混凝土抗拉強度、增加混凝土韌性的作用，能夠解決高強高性能混凝土中出現(xiàn)的拉壓比低、韌性差和收縮大的問題，也能適應現(xiàn)有施工水平和設備條件[2]。因此，纖維混凝土是當今混凝土技術發(fā)展的重要趨勢。

 

 

　　1.1 鋼纖維混凝土

 

　　在普通混凝土中摻入適量鋼纖維配制而成的混凝土，稱為鋼纖維混凝土或鋼纖維增強混凝土。與普通混凝土相比，其抗拉強度、抗彎強度、耐磨、耐沖擊、耐疲勞、韌性、抗裂和抗爆等性能都得到很大提高[3]。

 

　　早期混凝土工程中采用的鋼纖維主要品種有：用細鋼絲切斷生產的圓直型鋼纖維，用熔抽法生產的鋼纖維，用薄鋼板剪切生產的平直型或扭曲型鋼纖維。隨著混凝土應用技術的發(fā)展，人們對鋼纖維性能的認識不斷深入。根據試驗研究和工程應用實際情況，鋼絲切斷圓直型纖維與基體的粘結性能差，碳鋼熔抽型纖維在高溫冷卻過程中表面往往會形成氧化皮，從而嚴重降低了纖維與基體的粘結性能。因而這幾種類型的鋼纖維在工程中被逐漸淘汰。相應的高強鋼絲切斷端鉤型纖維、鋼錠銑削端鉤型纖維、剪切異型纖維、低合金鋼熔抽型纖維，因其增強了與混凝土基體的粘結力，對混凝土的阻裂、增強、增韌的效果顯著，在工程中逐漸得以廣泛應用。

 

　　1.2 碳纖維混凝土

 

　　碳纖維混凝土是將碳纖維均勻地分散在水泥基體中，用以增加混凝土的物理力學性能的一種復合材料。碳纖維混凝土的主要特征具有普通增強型混凝土所不具備的優(yōu)良機械性能、防水滲透性能、耐自然溫差性能，在強堿環(huán)境下具有穩(wěn)定的化學性能、持久的機械強度和尺寸的穩(wěn)定性[4]。用碳纖維取代鋼筋，可消除鋼筋混凝土的鹽水降解和劣化作用，使建筑構件重量減輕，安裝施工方便，縮短建筑工期。

 

　　碳纖維還具有震動阻尼特性，可吸收震動波，使防震能力和抗彎強度提高十幾倍。碳纖維混凝土具有很高的抗拉性、抗彎性、抗斷裂性、抗蝕性等特點。由于碳纖維的較小的膨脹系數，碳纖維混凝土的耐熱性較好，溫度變形也較小。

 

　　碳纖維混凝土中碳纖維主要作用是：阻止混凝土內部微裂縫的擴展并阻止宏觀裂縫的發(fā)生及發(fā)展。因此對于其抗拉強度和主要由主拉應力控的抗剪、抗彎、抗扭強度等均有明顯改善；同時具有高基體的抗變形能力，從而改善其抗拉、抗彎和沖擊韌性。碳纖維體積分數為1.18%時，試件劈拉強度提高1.2%，按復合規(guī)則，碳纖維的增強作應隨水泥中纖維含量的增大而增加，在碳纖維的重量百分含量小于5%時，這個關系幾乎是線性的，含量再增加時，碳纖維難以在基體中分散均勻，不能起到增強效果，甚至使碳纖維混凝土抗拉強度降低。此外，碳纖維混凝土還具有良好的耐腐蝕性、抗?jié)B透性、耐磨性、耐干縮性及耐久性。

 

　　1.3 玻璃纖維混凝土

 

　　玻璃纖維混凝土（GRC）是將彈性模量較大的抗堿玻璃纖維，均勻地分布于水泥砂漿、普通混凝土基材中而制得的一種復合材料。近20年來，玻璃纖維混凝土在英國、美國、日本等40多個國家已開始大量應用。它將輕質、高強和高韌性優(yōu)點集于一體，在建筑領域中占有獨特地位。特別自20世紀90年代以來，低堿度水泥和超抗堿玻璃纖維的相繼出現(xiàn)，把玻璃纖維混凝土技術引向新的發(fā)展階段。

 

　　由于玻璃纖維的直徑僅為5～20μm，幾乎與水泥的顆粒相接近，使用玻璃纖維時，所用的結合材料為水泥漿，或者在其中摻入細砂來使用，幾乎不使用粒徑較大的粗骨料。所以，用這種素材制作而成的復合材料，又稱為增強補強水泥。

 

　　采用玻璃纖維混凝土是建筑工程今后發(fā)展方向，它不僅可以彌補普通混凝土制品自重大、抗拉強度低、耐沖擊性能差等不足，而且還具有普通混凝土所不具有的特性。玻璃纖維混凝土制品較薄，質量較輕。由于采用抗拉強度極高的玻璃纖維作增強材料，因而其抗拉強度很高。玻璃纖維均勻分布于混凝土中，可以防止混凝土制品的表面龜裂，由于在破壞時能大量吸收能量，因而耐沖擊性能優(yōu)良、抗彎強度較高[5]。此外，玻璃纖維混凝土制品脫模性好、加工方便，易做成各種形狀的異型制品。

 

　　1.4 聚丙烯纖維混凝土

 

　　聚丙烯纖維混凝土是將切成一定長度的聚丙烯纖維，均勻地分布在水泥砂漿或普通混凝土的基材中，用以增強基材的物理力學性能的一種復合材料。這種纖維混凝土具有輕質、抗拉強度高、抗沖擊和抗裂性能等優(yōu)點，也可以以聚丙烯纖維代替部分鋼筋而降低混凝土的自重，從而增加結構的抗震能力。

 

　　聚丙烯纖維混凝土是研究與應用最多的合成纖維混凝土。隨結晶度不同，聚丙烯纖維的密度范圍為0.87～0.95 g/cm3，熔融溫度107～141℃。根據纖維形狀和構造不同，聚丙烯纖維可分為單絲纖維、并行的原纖化纖維束和薄膜纖維。單絲纖維有較高的長徑比，并行的原纖化纖維束能方便地在水泥基體中分散，雖化學鍵連接有限，但機械粘結好，可使纖維受力時不被拔出[6，7]。

 

　　聚丙烯纖維的抗拉強度雖然比普通混凝土高，但其彈性模量卻比較低，在較高應力情況下，混凝土易達到極限變形。但在摻加適量聚丙烯纖維時，這種復合材料的抗沖擊性能比普通混凝土要大得多，這為荷載不高但要求耐沖擊、高韌性構件的制作，找到了一條很有發(fā)展前途的路子。此外，聚丙烯纖維不銹蝕，其耐酸、耐堿性能也好。