填充物为光学纤维的透明混凝土

  随着混凝土纤维新材料的不断出现，纤维混凝土理论和应用技术的成熟，尤其是工程界对混凝土的力学性能和耐久性要求越来越高，纤维混凝土必将成为未来发展的趋势，纤维混凝土工程材料的发展前景十分可观。

  据报道，美国纤维混凝土的数量占到水泥混凝土总量的10%左右。随着我国自主开发能力的提高，纤维生产技术的改进，产品质量的提升，生产规模的扩大，更多性能优良、价格低廉的纤维混凝土工程材料投向市场，推动了工程材料的大规模应用。例如：金属纤维新产品的不断推出、有机纤维产品种类的更多涌现、无机纤维更大的量产和新的改进。纤维混凝土工程材料已在我国许多重点、重大工程中取得成功的应用，如国家主体育场鸟巢、中央电视台新台址等标志性建筑中采用了国产纤维混凝土工程材料。国内工程纤维品牌也在这个过程中逐渐孕育成长，担当了国内纤维混凝土工程材料应用的主力军。

  1 行业标准和规范不断完善

  通过近年来对纤维混凝土工程材料的研究和工程应用，取得了大量的研究成果，积累了丰富的经验，我国也相继编制出台了有关规程和标准来规范市场。据不完全统计我国以出台的标准及规范不少，例如：

  交通部颁布实施的《公路水泥混凝土纤维材料 聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维》（JT/T525-2004）、《沥青路面用聚合物纤维》 （JT/T534-2004），这两个标准在行业的范围内首次将用于纤维混凝土的工程材料标准化；

  交通运输部新近颁布的《公路水泥混凝土路面施工技术细则》 （JTG/T F30-2014）；

  国标颁布实施的《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》 （GB/T21120-2007）。

  中国工程建设标准化协会颁布实施的《纤维混凝土试验方法标准》（CECS13:2009），此标准全面修订了原《钢纤维混凝土试验方法》（CECS13:89），增补了合成纤维品种并其性能试验及合成纤维混凝土的各项性能试验等内容。

  住房和城乡建设部颁布实施了《纤维混凝土应用技术规程》 （JGJ/T221-2010）。

  铁道部颁布的与纤维有关的 《铁路混凝土桥面防水层技术条件》   （TB-T2965-2011）以及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》 （TB10424-2010，J1155-2011）等等。

  国家和相关行业对纤维混凝土工程材料的性能、应用技术、试验方法的陆续规范和标准化，不仅为设计和施工提供依据，也为我国纤维混凝土事业的发展奠定了重要基础。

  2 行业发展现状

  我国大规模基础建设的开展及建筑行业的认可，加快了纤维混凝土行业的快速发展，使混凝土工程纤维材料（包括：有机纤维、无机纤维、金属纤维等）的应用得到长足发展。混凝土工程纤维材料已成为交通、市政、水利水电和工业及民用建筑业的重要基础材料之一。根据不完全统计，在2004年初从事工程纤维生产和销售的企业有几十家，到目前已经达到了几百家之多，市场对工程纤维材料的认可与用量快速增长为工程纤维的大力发展创造了机会，同时也造成了产品质量的良莠不齐，市场上频频出现掺杂使假、假冒伪劣的不良现象，如：在产品中加入不应有的成分、用废弃的纺织废丝再加工、用其他纤维偷梁换柱使用、使用废料进行生产加工等，甚至有的企业伪造检验报告、批量产品与样品不同源、产品销售价格明显低于原材料价格等等。在某些地区甚至出现正不压邪的市场现象。这些不良行为不仅对行业的信誉与发展造成极坏的影响，也对建筑工程质量埋下了巨大隐患。

  我们要通过政府的严格管理、行业的引导和规范，提高使用者的责任意识、辨别能力，增加供应商的行业自律，规范行业行为，维护市场秩序，共同推动纤维混凝土材料行业的健康发展和繁荣。

  3 新材料新技术的发展

  3.1混合纤维混凝土

  利用不同纤维的作用和功能，将多种纤维同时掺入混凝土中，以进一步提高混凝土的性能，称此种混凝土为混合（混杂）纤维混凝土。混合纤维混凝土中纤维是有其内在规律性和按一定的比例关系掺入，才能发挥效用。

  根据近年来的应用发展状况和纤维掺入的方法不同，可将其分为混合纤维混凝土与组合纤维混凝土。混合纤维混凝土是指用两种或两种以上不同尺寸或不同品种的纤维，适量掺入混凝土组分材料中，按一定程序经混合搅拌而成整体的混凝土。混合纤维混凝土可分为两种：同一种类（相同品种、质量）但不同尺寸的混合纤维混凝土和不同种类的混合纤维混凝土，如在混凝土中掺入不同尺寸的钢纤维，构成混合钢纤维混凝土。不同种类纤维混凝土又可分为尺寸相同的纤维、尺寸不同的纤维、作用不同的纤维构成的混合纤维混凝土，如其尺寸相近和尺寸不同的钢纤维和合成纤维构成的混合纤维混凝土。

  组合纤维混凝土是指用两种或两种以上作用和功能不同的纤维，其中有的纤维掺入主要是为了增强和增韧，有的纤维主要是为了阻裂。掺入的纤维有的与混凝土各组分材料混合搅拌，有的纤维并不与混凝土各组分材料混合搅拌，而是将纤维分布于不同结构层次，将不同功能的纤维组合应用，并与混凝土拌合料结合，构成整体的纤维混凝土，称为组合纤维混凝土。

  混合纤维混凝土与组合纤维混凝土的作用原理是，通过合理的设计，充分发挥不同纤维的优点，使它们互相取长补短，在不同的结构层次和受力阶段，既发挥各单一纤维的作用和功能，又发挥多种纤维复合的叠加作用，可明显提高或改善原先单一纤维混凝土的若干性能，以取得优良的综合性能。与采用单一的纤维混凝土相比，既可提高混凝土的强度，又能明显提高其韧性、抗冲击性、耐疲劳及抗裂等性能。

  3.2 粗合成纤维

  近来更多粗合成物纤维得到发展并引进市场。这些纤维在大量领域的运用中与钢纤维有很多类似的特点，当用量比细纤维更多时（达到最大用量，大约12kg/m3，体积率1.35%）粗纤维可为混凝土裂后提供承载能力。

  此类产品所采用材料有聚丙烯或聚乙烯所属聚烯烃、聚酯、尼龙、聚乙烯醇、聚丙烯腈、芳族聚酰胺或它们的混合物。最初人们主要看到粗合成纤维在喷射混凝土中应用的潜能，后来发展到在地基承载板和其他方面的一些应用。

  使用该纤维可明显改善混凝土的抗弯强度和弯曲韧性，增加混凝土的抗冲击和抗疲劳性能，降低喷射混凝土的回弹率、克服塑性收缩裂缝。该产品施工操作简单，克服了钢纤维易腐蚀生锈、结团、磨损机械、运输困难、反弹伤人等缺陷，而且对混凝土的增韧、抗裂作用与钢纤维相当。在各种各样的应用中此类纤维甚至可以作为钢纤维的一种替代品来使用。

  目前国内外已经进行了大量的试验研究工作，英国混凝土协会在2007年出版了一本粗纤维施工指南，总结了粗合成纤维在建筑中的使用情况。在我国粗合成纤维也取得了隧道喷射、桥面铺装、大坝修补等工程应用。

  3.3超高韧性混凝土用高性能纤维材料

  将一种特殊有机高性能纤维加入水泥砂浆中，制成了一种重量轻，并且更具有耐久性的可弯曲材料，这种纤维增强材料（常称超高韧性水泥基复合材料，简称ECC），使水泥脆性材料转为韧性更好的材料，在承受巨大压力时，它会弯曲而不是断裂。

  ECC已在美国、日本、韩国、瑞士和澳大利亚得到应用，可用于建造新的结构物，如桥面板，道路路面，建筑物隔墙、洞库、隧道衬砌等，也可用于旧有结构物修整、翻新，可以在工地现浇，也可制成规格板材。现场拼装，它可用螺栓连接或用砂浆连接，可用于一般建筑物也可用于抗地震加固。

  超高韧性水泥基复合材料与普通纤维增强水泥相比较，主要有以下特点：使用高抗压强度与高致密度的水泥基体；增大纤维体积率或使用直径较细的纤维，以增多单位体积复合材料中的纤维数量；增强纤维与水泥基体的界面黏结，在复合材料受荷载过程中，使纤维不致拉断，在其拉应力接近极限强度时由水泥基体中拔出；复合材料兼具高抗压、高抗拉与高抗折强度、高延性、高韧性、高抗冲击性与高抗疲劳性。

  目前国内许多科研机构致力于此种材料的研制和推广，其中高性能纤维是强韧性纤维混凝土发展的制约因素之一。研究者常用的多为具有高强高模的纤维材料，如PVA纤维、高强高模PE纤维等，高昂的成本使其距产业化还有较长的距离。国内最新的研究有采用高性能改性聚丙烯纤维来实现高韧性纤维混凝土，并且已经出现了国产纤维ECC材料的工程案例。高的性价比将使其成为纤维混凝土更高端的发展方向之一。

  4 前景展望

  随着我国工业水平提升、石油工业的发展，纤维品种越来越多，产量不断增加，成本不断降低，纤维用于抗裂、增韧、增强混凝土的发展前景十分看好。特别是有机合成纤维，目前已被大家认可的低弹性模量纤维低掺量（体积率0.1%左右）用于防止和减少砂浆、混凝土早期收缩裂缝，其应用领域将会不断扩大，与此同时，用合成纤维代替石棉制作纤维水泥制品，如波纹瓦、屋面板、内墙装饰板等。

  开发高弹性模量的合成纤维，用于混凝土增强和增韧，将使合成纤维更有用武之地。目前已见报道的有高强模聚乙烯纤维和高弹性模量芳纶纤维等。配置的纤维混凝土在相同体积率下，其增强增韧效果比钢纤维混凝土显著提高。但因此类纤维价格太高，目前应用还十分有限，仅用于对防腐蚀、防电磁有特殊要求的部位。

  总之，具有独特性能的纤维混凝土既是一种新型复合材料，又是一门新兴的材料科学，在纤维混凝土的领域中，还有许多理论和应用问题尚待今后进一步研究开发，工程应用中有时可能初期投资较大，但是从提高使用性能、延长使用寿命、减少维护费用等综合效益和长期效益考虑，是十分有利的，深信纤维混凝土必将在我国的工程建设中发挥更加重要的作用，而纤维混凝土工程材料的未来应用的前景将更加广阔。