广州大学 土木工程学院 广东广州 510006
摘要：纤维混凝土作为一种高性能混凝土建筑材料，广泛应用于各种建筑工程领域。本文主要综述了近年来国内外学者对纤维混凝土的抗冻融、抗氯离子侵蚀、抗碳化等耐久性能的研究现状，并对需要进一步研究的问题进行了展望。
关键词：纤维混凝土；抗冻融性；耐久性能
引言
混凝土因其多功能性、相对低廉的成本以及与钢材结合制成各种承重构件等优点而成为当今世界用量最大的建筑材料，被广泛用于桥梁、大坝、高速公路、工业与民用建筑等结构中，近年来，我国每年有近30亿m3的混凝土用于基础设施建设和国家重点工程建设[1]。但是混凝土本身自重大、抗拉强度低、抗渗透性能差和韧性差等因素也限制着它的进一步发展，因为以上缺点，纤维混凝土应运而生，并且随着纤维的改性研究，纤维混凝土会在工程中具有越来越广泛的前景。
通过掺加纤维来改善建筑材料性能的想法甚至远早于水泥混凝土的问世[2]。纤维混凝土（Fiber Reinforced Concrete简称FRC），通常是指以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体材料，以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料。根据弹性模量可将纤维分为两大类：弹性模量小于水泥基体的纤维被称为柔性纤维，如聚丙烯纤维、尼龙纤维、纤维素纤维；弹性模量大于基体的纤维被称为刚性纤维，如钢纤维、玻璃纤维、碳纤维等。
本文主要分析了单一腐蚀环境下纤维混凝土的抗渗透、抗冻融、抗氯离子侵蚀、抗碳化等耐久性能的研究现状，并进一步分析其发展趋势。
1 纤维混凝土的抗冻融性能
混凝土抗冻性是指混凝土在吸水饱和的状态下经历多次冻融循环，保持其原有性质或不显著降低原有性质的能力。影响抗冻性的主要因素有含气量、水灰比、饱水状态、受冻龄期、水泥品种及集料质量和外加剂。
李伟等[3]通过研究钢纤维、玄武岩纤维、PVA和聚丙烯纤维混凝土和素混凝土在盐冻条件下的弯拉强度及冻融循环试验。赵燕茹等[4]通过玄武岩纤维混凝土在3.5%NaCl溶液进行快速冻融试验，得出在盐冻循环作用下，适量玄武岩纤维的掺入能够抑制混凝土中裂缝的扩展，并且减少基体内孔隙、坑洞的数量，延缓初始裂缝和贯通裂缝的出现，使得其抗盐冻性能高于普通混凝土。A.E.Richardson等[5]通过对质量损失率、抗压强度和相对速度脉冲来衡量纤维加入混凝土的抗冻融耐久性能，实验结果表明当水胶比较低时，掺入聚丙烯纤维能够降低其吸水率提高抗冻融性能。安嘉伟等[6]通过对不同长度及不同体积掺量的聚乙烯醇纤维进行冻融环试验研究相对动弹性模量，结果表明纤维混凝土的冻融循环次数与相对动弹性模量呈二次关系。Niu Ditao等[7]通过冻融循环实验得出，钢纤维掺量在2%时，钢纤维混凝土抗冻融性能最佳。
混凝土在遭受冻融作用时，通常会出现内部开裂或表明脱落，导致其质量与强度下降，这种下降幅度取决于混凝土的抗冻性能。掺入纤维往往能提高混凝土的抗冻性能，因为纤维的掺入可以减少混凝土由于内应力产生的裂缝，并且纤维在砂浆内部可以起传递应力的作用，降低收缩应力，而提高混凝土冻融性能的关键是在于降低收缩应力。
2 纤维混凝土的抗氯离子侵蚀性能
混凝土的抗氯离子侵蚀性能是评价混凝土耐久性能的重要指标。由于纤维能改善混凝土孔隙结构，减少早期裂缝，很大程度地降低了氯离子侵入混凝土内部的便捷性，因此纤维对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响收到了诸多学者的关注。
苏丽等通过模拟海洋环境，研究玄武岩-聚丙烯纤维增强混凝土的氯离子扩散性能，使用固液萃取法和电位法测试不同侵蚀时间下纤维混凝土的氯离子浓度，并且分析了纤维混杂对氯离子扩散等的影响。Morteza等研究表明，玻璃纤维、钢纤维和聚丙烯纤维的掺量与混凝土抗氯离子性能成反比关系。刘智等通过对钢纤维进行磷化处理，制备出磷酸锌改性钢纤维混凝土，并对这种混凝土进行了氯离子侵蚀循环试验。
综合上述试验研究成果，表明单一纤维的掺入对混凝土抗氯离子性能的负效应大于正效应，仅有玻璃纤维掺量为0.15%时，抗氯离子侵蚀性能得到了提高，而适量掺入混杂纤维或对纤维进行改性处理都有利于提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能。
3 纤维混凝土的抗碳化性能
混凝土的碳化是一种化学腐蚀。由于空气的CO2通过混凝土的孔隙渗透到混凝土内部，与其碱性物质（Ca（OH）2）发生化学反应生成碳酸盐和水，使的混凝土碱性降低的过程称为混凝土的碳化。影响混凝土碳化的因素分为内部因素和外部因素，内部因素主要包括水灰比、水泥品种、混凝土抗压强度；外部因素主要包括光照和温度、相对湿度、CO2浓度、氯离子浓度。
李艺等通过不同孔径的普通混凝土与聚丙烯-玄武岩纤维混凝土在不同碳化龄期下对混凝土的气体渗透性能和细观结构之间关系的研究，研究表明纤维混掺可从不同层次上改善纤维三维分布的均衡性，提高混凝土的抗化性能，普通混凝土的敏感孔径范围是小孔径范围，聚丙烯-玄武岩纤维混凝土的敏感孔径范围是中孔径范围。张春生等通过快速碳化试验来研究钢纤维掺量对高性能碳化性能的影响，研究表明钢纤维的掺入能够改善高性能混凝土的抗碳化性能，减小碳化速率，并且当钢纤维掺量达到2.0%时，对高性能混凝土的碳化抑制作用最明显。
混凝土的碳化是一个自然现象，我们只能延缓碳化过程，目前诸多学者研究碳化试验通常时使用单一纤维，单一纤维对混凝土的抗碳化作用是有一定局限性，如何充分发挥混杂纤维在混凝土中的抗碳化作用，使其共同作用、取长补短，从而提高混凝土的耐久性将会是学者们研究的问题。
4 结语
本文主要分析了单一腐蚀环境下纤维混凝土的抗渗透、抗冻融、抗氯离子侵蚀、抗碳化等耐久性能的研究现状，并进一步分析其发展趋势。
通过上述研究成果表明，各种纤维都对混凝土耐久性能的各个方面都有不同程度的改善，但大量研究是从单一腐蚀条件下进行，而在实际工程中混凝土很少处于单一腐蚀条件，往往是多因素耦合作用（冻融-碳化共同作用，荷载-氯离子共同作用等）。多因素共同作用对混凝土的破坏不是简单的叠加，会使得混凝土的破坏过程复杂化，并且学者们在单一因素作用下的结论与经验也会具有一定局限性，因此如何更真实的模拟混凝土的服役状态需要学者们的进一步研究。
参考文献：
[1]戴显明.积极促进绿色建筑发展努力践行混凝土业低碳理念[J].混凝土，2012（1）：1
[2]袭益，沈荣熹，李清海.杜拉纤维在土建工程中的应用[M].北京：机械工业出版社，2002
[3]李伟，闫科伟.纤维混凝土抗盐冻性能试验研究[J].公路，2020，65（05）：253-257.
[4]赵燕茹，刘芳芳，白建文，王立强.玄武岩纤维混凝土抗盐冻性能试验研究[J].混凝土，2019（08）：68-71.
[5]Richardson A E，Coventrya K A，Wilkinson S.Freeze/thaw durability of concrete with synthetic synthetic fiber additions[J].Cold Regions Sci Techn，2012，83-84：49
[6]安嘉伟，赵建军，刘曙光，闫长旺，白茹，徐勇彪.聚乙烯醇纤维对混凝土抗冻性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2019（07）：51-54.
[7]Niu Ditao，Jiang Lei，Bai Min.Study of the performance of steel fiber reinforced concrete to water and salt freezing condition[J].Mater Des，2013，44：267
作者简介：
李小森（1996-），男，汉族，安徽亳州人，广州大学硕士研究生，研究方向：纤维复合混凝土。