纖維的主要力學(xué)性能
1)抗拉強(qiáng)度
纖維抗拉強(qiáng)度均比水泥基體的抗拉強(qiáng)度要高出二個(gè)數(shù)量級(jí)。
2)彈性模量
不同品種纖維的彈性模量值相差很大，有些纖維(如鋼纖維與碳纖維)彈性模量高于水泥基體，而大多數(shù)有機(jī)纖維(包括很多合成纖維與天然植物纖維)的彈性模量甚至低于水泥基體。纖維與水泥基體的彈性模量比值對(duì)纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料力學(xué)性能有很大影響，如該比值愈大，則在承受拉伸或彎曲荷載時(shí)，纖維所分擔(dān)的應(yīng)力份額也愈大。
3)斷裂延伸率
纖維的斷裂延伸率一般要比水泥基體高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，但若纖維的斷裂延伸率過(guò)大，則往往使纖維與水泥基體過(guò)早脫離，因而未能充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。
對(duì)用于混凝土中的纖維，其基本要求是：
① 高抗拉強(qiáng)度 與水泥基材料相比，至少要高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
② 高彈性模量 纖維與水泥基材的彈模的比值越大，受荷時(shí)纖維所分擔(dān)的應(yīng)力也越大；③ 高變形能力 與水泥基材的極限延伸率相比，至少要高一個(gè)數(shù)量級(jí)；
?、?低泊松比 一般不大于0.40；
?、?高耐堿性 不受水泥水化物的侵蝕；
?、?高粘結(jié)強(qiáng)度 纖維與水泥基材的粘結(jié)強(qiáng)度一般不應(yīng)低于1MPa；
⑦ 一定的長(zhǎng)徑比 此比值大于臨界值時(shí)才對(duì)水泥基材有明顯的增強(qiáng)的效應(yīng)。
此外，還應(yīng)該對(duì)人體無(wú)害；資源豐富，價(jià)格較為低廉。表1為部分纖維的性能指標(biāo)值。
表1 部分類型纖維的性能
|
纖維種類 |
相對(duì)密度 |
直徑/μm |
拉伸強(qiáng)度/Mpa |
彈性模量/MPa |
斷裂應(yīng)變/% |
|
鋼纖維： |
7.80 |
100～1000 |
500～2600 |
210000 |
0.5～3.5 |
|
玻璃纖維： | |||||
|
硼硅酸鹽玻璃纖維 |
2.54 |
8～15 |
2000～4000 |
72000 |
3.0～4.8 |
|
抗堿玻璃纖維 |
2.7 |
12～20 |
1500～3700 |
80000 |
2.5～3.6 |
|
合成纖維： | |||||
|
丙烯酸纖維 |
1.18 |
5～17 |
200～1000 |
17000～19000 |
28～50 |
|
芳族聚酰胺纖維 |
1.44 |
10～12 |
2000～3100 |
62000～120000 |
2～3.5 |
|
尼龍纖維 |
1.14 |
23 |
1000 |
5200 |
20 |
|
聚酯纖維 |
1.38 |
10～80 |
280～1200 |
10000～18000 |
10～50 |
|
聚乙烯纖維 |
0.96 |
25～1000 |
80～600 |
5000 |
12～100 |
|
聚丙烯纖維 |
0.90 |
20～200 |
450～700 |
3500～5200 |
6～15 |
|
碳纖維： |
1.90 |
8～10 |
1800～2600 |
23000～38000 |
0.5～1.5 |
|
天然纖維： | |||||
|
木纖維 |
1.5 |
25～125 |
350～2000 |
10000～40000 |
|
|
劍麻纖維 |
|
|
280～600 |
13000～25000 |
3.5 |
|
椰樹纖維 |
1.12～1.15 |
100～400 |
120～200 |
19000～25000 |
10～25 |
|
竹纖維 |
1.5 |
50～400 |
350～500 |
33000～40000 |
|
|
黃麻纖維 |
1.02～1.04 |
100～200 |
250～350 |
25000～32000 |
1.5～1.9 |
|
象草纖維 |
|
425 |
180 |
4900 |
3.6 |
節(jié)選自PCA（1991）和ACI 544.1R-96
