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绿色环保纤维混凝土性能研究进展

2019/10/09 阅读:

摘要:文章对绿色环保纤维混凝土的力学性能和导热系数进行了研究。列举了普通的纤维纺织材料:钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、涤纶纤维等,分析了材料特点和制成纤维混凝土的优点和缺点。介绍绿色环保纤维混凝土的研究进展,对其性能进行分析,指出其存在的不足。展望未来,推广应用绿色环保纤维混凝土,能达到节约资源、绿色环保目的。

关键词:绿色环保纤维混凝土;节约资源;环保

前言

素混凝土是一种多孔脆性材料,存在抗裂能力差、抗拉强度低、保温性能差等缺点。除常见的钢筋混凝土外,目前较为成熟的方法是将各类纤维加入混凝土中形成纤维混凝土。通过加入纤维,改变了混凝土内部疵点的数量和大小。纤维混凝土在受力过程中分散应力,可使混凝土的抗拉强度、抗变形能力、耐动荷能力大大提高。根据添加纤维种类的不同,纤维混凝土一般可以分为钢纤维混凝土、碳纤维混凝土、化学纤维混凝土、有机纤维混凝土等。但是传统纤维混凝土的成本较高且性能改善有限。“绿色环保纤维”的原料采用可再生资源,不会破坏生态平衡和导致资源桔竭,其生产过程不会对环境造成污染,符合节能和环保的要求。文章对环保纤维增强混凝土工程性能的研究进展进行归纳分析,找出目前存在的几个问题,提出了相应的解决思路。

1绿色纤维混凝土的出现

1.1普通纤维混凝土的发展

普通纤维混凝土有钢纤维混凝土、碳纤维混凝土及各类化学纤维混凝土,且均具有强度高及抗裂能力好等优点。碳纤维混凝土耐磨损、耐高温、粘结性良好,但造价高。聚丙烯纤维具有质轻、强度高、弹性好、耐磨、耐腐蚀等优点,具有良好的保温性,且能改善混凝土的和易性,但存在成本较高,耐热性、耐老化性较差,存在低温冻脆等问题。涤纶纤维不仅拥有聚丙烯纤维的优点,还弥补了聚丙烯纤维的不足,涤纶纤维的耐光性和耐氧化性都优于聚丙烯纤维,价格也比聚丙烯纤维更廉价;王彩波等人进行了涤纶纤维在混凝土碱环境下的性能研究,证明了涤纶纤维在混凝土碱环境下强度和伸长率会有所减弱,最后趋于稳定,稳定之后的强度仍高于聚丙烯纤维的强度,可满足增强水泥基纤维的耐碱性要求。

1.2普通纤维混凝土的不足

无论是钢纤维、聚丙烯还是涤纶纤维等等,在生产加工、使用过程中都会对环境造成很大的污染。对单一纤维混凝土的性能研究已日趋成熟,但对于多种纤维混凝土的研究还很少。

2绿色环保纤维混凝土研究进展

2.1概述

天然纤维混凝土是加入天然纤维制成的加强混凝土。天然纤维包含植物纤维、动物纤维和矿物纤维,矿物纤维中应用较多的石棉纤维最近已被世界卫生组织确定为致癌物。目前研究最多的是植物纤维,对象大多是秸秆、稻草、木纤维、竹纤维等。

2.2绿色环保纤维混凝土研究进展

肖力光等考虑到玉米秸秆萃取物对材料有阻凝作用,采用界面剂对秸秆水泥基材料进行了处理,结果表明,界面剂能改善植物纤维和水泥之间的界面性能,使纤维在混凝土材料中具有良好的界面效果;李超飞等人在混凝土中添加稻草秸秆并进行了系列研究,发现该新型材料具有良好的力学性能和热工性能。秸秆纤维混凝土不仅提高了秸秆的利用率,也避免了因焚烧秸秆而产生的空气污染,并且在进行劈裂抗拉破坏试验试块裂缝的研究中发现,这些裂缝附近附着部分秸秆,可见秸秆附近结构黏结能力较差,这些地方是裂缝首先发展的位置。而且秸秆纤维的吸水能力较强,在试验中的用水量也会增加。

2.3绿色纤维混凝土的不足

2.3.1理论不成熟绿色环保纤维的概念兴起时间不长,利用秸秆、稻壳等制成的混凝土,对绿色环保纤维混凝土的研究成果较少;混凝土自身是多相、多层次的结构,加入单一的纤维只能改善其某一方面的性能,很难同时改变多个性能,因而没有相应设计规范与设计方法,没有解决配合比设计问题。

2.3.2加工工艺及市场不成熟秸秆或废旧纤维不能直接利用,要经过二次加工才能使用,没有使废旧纤维做到高效的利用。并且秸秆的回收相对困难,无法广泛获取。传统纤维混凝土中的纤维大多为直接生产或二次加工(再生)得到的,在大量使用混凝土的情况下无法推广使用;天然纤维的回收渠道较为单一,市场不成熟。

3绿色环保纤维混凝土的展望

3.1混杂纤维混凝土

单一纤维混凝土只能改善普通混凝土的某一种性能,对于混凝土需改善的缺点而言有些微不足道,也无法满足当前工程结构的发展需求。而混杂纤维能在不同受力情况下同时改善混凝土的多种性能。夏冬桃等对钢纤维、塑钢纤维和杜拉纤维混掺增强混凝土进行了研究,结果表明三元混杂纤维相对于二元混杂纤维与单掺纤维在增强混凝土力学性能和变形性能方面,增强幅度更大[1]。

3.2其他绿色纤维混凝土

3.2.1纤维泡沫混凝土纤维泡沫混凝土含有大量稳定的封闭孔隙,使其具有轻质、保温隔热、低弹抗震等优点,同时也存在抗拉压强度低、吸水性高等缺点。加入纤维可以改善泡沫混凝土的性能,能提高其抗拉强度,延缓新裂缝的产生和扩展。但目前对纤维泡沫混凝土的研究还很少,需要进一步探究。

3.2.2改变气味或颜色纤维混凝土试验发现木屑可以改善空气质量,加入木屑能增强混凝土的性能。据医学典籍记载,木材的香味有保健功效,有些可以安神,有些可以醒脑。

3.2.3微生物纤维混凝土微生物近几年在食品、医学、工农业等多领域应用广泛。周媛研究了微生物纤维素的生物合成及其应用前景。由于微生物纤维素在纯度、吸水性、物理和机械性能等方面具有独特的优良性能,微生物纤维混凝土在裂缝修复与自愈合方面具有其他纤维混凝土不具有的优势,若对其进一步研究,或许能解决植物纤维在混凝土应用方面的不足。

4结语

由于传统纤维混凝土和天然纤维混凝土存在不足,越来越多的学者开始研究混杂纤维混凝土和废旧纤维混凝土。加入混杂废旧纤维的混凝土,与其他纤维混凝土一样,抗拉强度得到增加,也改善了混凝土的导热性。与此同时,解决了传统纤维混凝土造价高和环境污染问题,并不再受到加工工艺和渠道单一的阻碍。但对于混杂废旧纤维混凝土的性能研究还需进一步探索,此类混凝土具有良好的发展前景。

参考文献:

[2]宋艳辉.绿色环保纤维的运用研究[J].山东纺织经济,2010(1):56-58.

[3]王艳云,邢海峰,唐艳娟.改性聚丙稀纤维混凝土力学性能的试验研究[J].石河子大学学报(自然科学版),2006(6):755-757.

[4]王彩波,宋建夏,金宝宏,李欢,杜强.涤纶纤维在混凝土碱环境下的性能研究[J].四川建材,2009,35(4):11-12.

[5]肖力光,李会生,张奇志.秸秆纤维水泥基复合材料性能的研究[J].吉林建筑工程学院学报,2005(1):1-6.

[6]苏有文,李超飞,杨婷惠,杨凯,赵朴.稻草纤维混凝土空心砌块热工性能试验研究[J].混凝土,2016(10):131-134+138.

[7]李超飞,苏有文,陈国平.植物纤维混凝土的研究现状[J].混凝土,2013(5):55-56+61.

[8]耿睿,姚勇,褚云朋,陈俊颖,宋星宇.秸秆纤维混凝土力学性能影响因素分析[J].混凝土与水泥制品,2017(12):54-56.

[9]夏冬桃,刘向坤,夏广政,周博儒.混杂纤维增强高性能混凝土弯曲韧性研究[J].华中科技大学学报(自然科学版),2013,41(6):108-112.

[10]朱海堂,汤寄予,赵军.钢纤维高强混凝土抗拉强度试验研究[J].河南科学,2002(6):653-655.

[11]杜向琴,刘志龙.碳纤维对混凝土力学性能的影响研究[J].混凝土,2018(4):91-94.

[12]谢明霞,周媛.微生物纤维素的生物合成及其商业化应用[J].三峡大学学报(自然科学版),2008(5):76-81.

作者:刘琨 申永康 卢金婷 周永康 马晨 涂洋 单位:西安工程大学城市规划与市政工程学院

绿色环保纤维混凝土性能研究进展

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