关于纤维对水泥基材料的增强作用机理主要有两种理论复合材料理论和纤维间距理论。根据复合材料理论,当纤维掺量达一定值时,纤维与水泥基材料的弹性模量比值愈高,纤维增强水泥基材料的受拉初裂强度也愈大。复合材料理论模型适合于该复合材料出现初裂前的弹性阶段纤维间距理论对合成纤维增强水泥基材料塑性抗裂机理的解释比较合适。在混凝土未硬化前,纤维起到了阻裂作用。单位体积水泥基材料中有数千万根甚至数亿根纤维,众多乱向分布的纤维,在水泥基材中形成三维支撑体系,阻止骨料的下沉,提高水泥基材的均质性等内在品质,减少原始微缺陷,抑制微裂缝的萌生和扩展。纤维的阻裂效果主要体现在纤维的根数上,纤维的间距愈小,早期阻裂效果愈明显。由于每千克聚丙烯睛纤维的根数可达亿根,早期阻裂效果极为明显。聚丙烯睛纤维对水泥基材的增强作用的另一影响因素,可能是纤维的截面形状。聚丙烯睛纤维截面为花生果形,且表面经过特殊处理,与水泥基材具有良好的握裹力。观察试件的断面发现聚丙烯睛纤维多数为拉断破坏,极少数为拔出破坏。将纤维掺入砂浆中作抗裂增强材料并非现代人的发明,在古代,我们的先人们就已将天然纤维作为某些无机胶结料的增强材料,例如用植物纤维和石灰浆混合来修建庙宇殿堂,用麻丝和泥巴来塑造佛像,用麦草短节和黄泥来修建房屋,用人和动物的毛发来修补炉膛,用纸浆纤维和石灰、石膏来粉刷墙面及制作各种石膏制品等等。把纤维加入水泥基材之中制成纤维增强水泥基复合材料也不过是近几十年的事情。

1.纤维在干拌砂浆中的作用
前面我们曾谈到普通水泥在水化凝结和硬化的过程中会发生较大的收缩,抗拉强度低,塑性变形能力差,抗冲击性能差的缺点。随着现代建筑施工技术要求水泥基材有较高的抗压强度,干缩和脆性问题显得更为突出。如何解决上述问题,简单有效的方法就是在水泥基材之中加人适量的纤维。纤维的加入可以使得干拌砂浆的性能有明显变化,赋于其新的内涵,使商品干拌砂浆具有高品质、高性能、高强度、抗裂、抗渗、抗爆裂、抗冲击、抗冻融、耐磨损、耐老化等方面的功能。在干拌砂浆中加入纤维主要起到下面几个方面的作用：
（a）阻裂：阻止砂浆基体原有缺陷裂缝的扩展,并有效阻止和延缓新裂缝的出现。
（b）防渗：提高砂浆基体的密实性,阻止外界水分侵入,提高耐水性和抗渗性。
（c）耐久：改善砂浆基体的抗冻、抗疲劳性能,提高了耐久性。
（d）抗冲击：改善砂浆基体的刚性,增加韧性,减少脆性,提高砂浆基体的变形力和抗冲击性。
（e）抗拉：并非所有的纤维都可以提高抗拉强度,只有在使用高强高模纤维的前提下才可以起到提高砂浆基体的抗拉强度的作用。
（f）美观:改善水泥砂浆的表面形态,使其更加致密细腻、平整、美观、耐老化。

2.掺入纤维的砂浆所具有的优点
掺入纤维的砂浆比素砂浆具有以下几方面优点
(a)增强抗裂性,提高抵抗裂缝的能力。
(b)材料的韧性增强,即使产生微裂缝后纤维仍能继续抵抗外力的拉拔作用。
(c)高强高模纤维可增强砂浆基体的抗拉强度、弯曲强度,以及剪切强度。
(d)增强冻融作用的抵抗能力。
(e)改善素砂浆的耐疲劳性能。
正是由于以上的优点,纤维增强水泥砂浆的应用领域逐步扩大,可用于干拌砂浆的所有领域。

3.纤维的阻裂原理
关于纤维对水泥基材料的增强作用机理主要有两种理论复合材料理论和纤维间距理论。根据复合材料理论,当纤维掺量达一定值时,纤维与水泥基材料的弹性模量比值愈高,纤维增强水泥基材料的受拉初裂强度也愈大。复合材料理论模型适合于该复合材料出现初裂前的弹性阶段纤维间距理论对合成纤维增强水泥基材料塑性抗裂机理的解释比较合适。在混凝土未硬化前,纤维起到了阻裂作用。单位体积水泥基材料中有数千万根甚至数亿根纤维,众多乱向分布的纤维,在水泥基材中形成三维支撑体系,阻止骨料的下沉,提高水泥基材的均质性等内在品质,减少原始微缺陷,抑制微裂缝的萌生和扩展。纤维的阻裂效果主要体现在纤维的根数上,纤维的间距愈小,早期阻裂效果愈明显。由于每千克聚丙烯睛纤维的根数可达亿根,早期阻裂效果极为明显。聚丙烯腈纤维对水泥基材的增强作用的另一影响因素,可能是纤维的截面形状。聚丙烯腈纤维截面为花生果形,且表面经过特殊处理,与水泥基材具有良好的握裹力。观察试件的断面发现聚丙烯睛纤维多数为拉断破坏,极少数为拔出破坏。将纤维掺入砂浆中作抗裂增强材料并非现代人的发明,在古代,我们的先人们就已将天然纤维作为某些无机胶结料的增强材料,例如用植物纤维和石灰浆混合来修建庙宇殿堂,用麻丝和泥巴来塑造佛像,用麦草短节和黄泥来修建水泥制品、构件或建筑物在水泥的硬化过程中由于显微结构与体积的变化,不可避免地会产生许多微裂纹,并随干缩变化、温度变化、外部荷载的变化而扩展,水泥基体的瞬间脆性断裂导致基体失效。如果把纤维均匀无序地分散于水泥砂浆基体之中,这样水泥砂浆基体在受到外力或内应力变化时,纤维对微裂缝的扩展起到一定的限制和阻碍作用。数以亿计的纤维纵横交错,各向同性,均匀分布,就如几亿根微“钢筋”植入于水泥砂浆的基体之中,这就使得微裂缝的扩展受到了这些“微钢筋”的重重阻挠,微裂缝无法越过这些纤维而继续发展,只能沿着纤维与水泥基体之间的界面绕道而行。裂是需要能量的,要裂下去必须打破纤维的层层包围,而仅靠应力所产生的能量是微不足道的,只能被这些纤维消耗贻尽。所以由于数目巨大的纤维存在,即消耗能量又缓解了应力,阻止裂缝的进一步发展,起到了阻断裂缝的作用。

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