摘 要

纤维混凝土中，纤维和水泥基体各自本身的性质有很大不同，复合材料的各项性能受到材料复合表面的影响很大，其强度取决于各成分之间的界面强度，改善纤维和水泥结合表面的性质差异，增强其相互粘结的程度，能够有效改善混凝土的性能。寻找一种合适的表面处理方式，并研究其对混凝土性能的影响，不论是对理论研究还是对实际应用，都有很大的意义。

本文用正交试验设计分析粉煤灰掺量、矿粉掺量、纤维产量、水灰比等因素对强度的影响程度，找到最合适的混凝土配合比。然后用酸、碱、偶联剂等改性方式对纤维进行改性，探究纤维表面改性对混凝土性能的影响。

关键词：纤维；表面改性；混凝土性能；正交试验

Abstract

In the fiber concrete, the properties of the fibers and the cement matrix are very different. The properties of the composites are greatly influenced by the composite surface of the composites. The strength depends on the interfacial strength between the components and the fiber and cement bonded surfaces The nature of the difference, to enhance the degree of mutual bonding, can effectively improve the performance of concrete. It is of great significance to find a suitable surface treatment method and study its effect on concrete performance, both for theoretical research and for practical application.

In this paper, orthogonal experiment design is used to analyze the influence of fly ash content, slag content, fiber yield and water-cement ratio on the strength, and find the most suitable concrete mix ratio. The effect of fiber surface modification on the properties of concrete was investigated by modifying the fiber with acid, alkali and coupling agent.

Key words：fiber；Surface modification；Concrete performance；Orthogonal test

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 纤维混凝土发展过程 2

1.3 纤维混凝土现状 2

1.3.1纤维混凝土特性 2

1.3.2 用于混凝土的纤维种类 3

1.4 PVA纤维和PP纤维 4

1.4.1 PVA纤维 4

1.4.2 PP纤维 4

1.5 存在问题和发展方向 5

1.5.1 存在问题 5

1.5.2 发展方向 5

1.6 研究目的和意义 5

1.7 研究内容和技术路线 6

1.8 本章小结 6

第2章 实验材料和实验方法 7

2.1 实验材料 7

2.1.1 水泥 7

2.1.2 集料 7

2.1.3 矿粉 8

2.1.4 减水剂 8

2.1.5 纤维 9

2.1.6粉煤灰 9

2.1.7 拌合水 9

2 2 试验方法 10

2.2.1 抗折强度测试 10

2.2.2 抗压强度测试 10

第3章 正交试验确定纤维混凝土配合比 11

3.1 正交试验方案设计 11

3.2 正交试验结果分析 12

第4章 纤维表面处理对混凝土性能影响 13

4.1 纤维表面处理方案设计 13

4.2纤维表面改性对混凝土强度的影响 13

第5章 结论与展望 23

5.1 结论 23

5.2 展望 23

参考文献 25

第1章 绪论

1.1 研究背景

从波特兰水泥被发明以来，在这诞生后的近两百年以内，由于原料廉价易得、适用范围广、易成型、耐久性强等一系列优点，水泥已经成为目前应用最广泛，最重要的一种建筑材料，发挥着其他建筑材料不可替代的作用。一百多年的时间里，水泥有了巨大发展，见表1-1^[1]。

表1-1 水泥发展史

在水泥发展的过程中，由于工程建设方面的需求和科学技术的发展，水泥的性能得到了很大的改善。但是，它仍然存在着非常突出的缺陷：容易产生裂缝，影响使用寿命。混凝土的抗拉强度非常低，当结构受到拉力的作用时，荷载达到破坏荷载的15%就开始产生裂缝，随着裂缝的扩大，最终结构被破坏，使用寿命缩短，危及建筑物的正常使用。为了解决这个问题，国内外学者对改善混凝土性能做了大量研究，纤维混凝土就是在这个过程中诞生的。

纤维混凝土是将纤维掺入混凝土中形成的复合材料。混凝土中掺入纤维，能有效增强混凝土的抗裂性能，减少初期裂缝的数量，抑制裂缝的发展，从而增强混凝土的抗压抗折强度和韧性^[2,3]。

1.2 纤维混凝土发展过程

对纤维混凝土的研究，开始于二十世纪初期，其中钢纤维混凝土最早被研究和使用。1910年，美国科学家发表了一篇短钢纤维增强混凝土的研究报告，使得人们开始关注此方面的研究^[4]。二十世纪四十年代，因为军工方面对纤维混凝土的迫切须求，推动了西方很多发达国家的科学家开始着手对其进行研究，并且有了很大进展，发表了很多有关纤维混凝土的论文，但是这些论文都没有能够从机制上说明纤维到底如何增强混凝土，因此纤维混凝土并没有被大范围的实际使用在工程当中。能够让纤维混凝土真正实际使用在工程当中的研究开始在二十世纪六七十年代。六十年代，美国科学家的一篇论文初次提到了纤维阻止混凝土裂纹扩展的机制，使得纤维混凝土的理论成果有了巨大突破，越来越多的被用于各项工程。1966年，美国混凝土协会（American Concrete Institute）设立了纤维混凝土增强委员会（ACI544），之后国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）也设立了纤维增强水泥制品技术标准委员会（ISO TC77）。1973年，美国的纤维混凝土增强委员会在渥太华举办了第一次关于纤维混凝土的国际会议，之后的几年又陆续召开了几次纤维混凝土学术研讨会，对纤维混凝土的发展起到了巨大的推动作用^[5]。

我国对纤维混凝土的研究，开始于二十世纪七十年代。许多高校和研究所都进行了相关的研究。虽然研究的时间较短，但是进展相当快，到了八十年代已经在工程中进行了实际应用，并且取得了很好的效益。目前国内已多次举办过学术研讨会，理论研究已有了相当大的成果，用于实际应用的技术也越来越成熟，已经在很多大型施工项目中进入实际应用。

1.3 纤维混凝土现状

1.3.1纤维混凝土特性

混凝土中掺入纤维，主要起到的作用有：1）提升抗拉强度。2）阻止基体中裂纹的出现并且延缓原有裂纹的扩展速度。3）增强基体的韧性和抗冲击性^[6]。