：结 合 混凝 土 的 多 尺 度 特 征 与 多尺 度 纤 维 增 强 理 论 ，阐 述 了开展 多尺 度 纤维 增 强 混凝 土研 究 的 意 义 ，总 结 了 国 内外 对 于 混凝 土 多尺 度 特 征 与 采 用 多尺 度 纤 维增 强 混 凝 土 的研 究 现 状 ，设 计 了一 种 新 型 的 多 尺度 纤 维 体 系 增 强 水 泥基 复 合 材 料 关 键 词 ：混凝 土 ：多尺 度 ；纤 维增 强 Abstract：According to the multi-scale characteristic and multi-scale fiberreinforcing theory，the significance of multi—scalefiberreinforced concrete isexpounded．Andthe research statusofmulti—scalecharacteristic and multi—scale fiberreinforcingtheory issummarizedhomeandabroad．Baseonthisoverview，anew kind ofmulti—sealefiberreinforced cementbasedcompositeisdesigned． Key words：Concrete；Muhi—SCale：Fiberreinforcement 中图分类号 ：TU528．572 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—4637(2014)03—44—05 0 前言社会的高速发展伴随着建筑材料尤其是混凝 土 材 料 的不 断 进 步 。但 混 凝 土材 料 存 在 抗 拉 强 度 低 、脆性 明 显 、易 开裂 、极 限 延伸 率 小 以及 动 态 力学 性 能差 等 缺 点 ，使 得 混 凝 土 构 筑 物 的 安 全 性 、耐 久 性 、适 用 性 和美 观 性在 很 大程 度 上 取 决 于混 凝 土材 料性 能 的优劣【ll。近 年来 。随着 超高层 、大跨度 、超 大 型}昆凝 土构 筑 物 的 出现 ．尤 其是 在 复 杂 恶劣 环 境下 服役 的混 凝 土 构 筑物 的 日益 增加 、自然 灾害 频 繁 发 生 、基础设施老化 问题 的进一步加剧等 ，使混凝 土 材 料 面 临着 新 的挑 战 ，工 程 事 故 频 频 爆 发 ，给 人类 带来 沉痛 的灾 难和 巨大 的经 济损 失[ 。 要 减 少 因混 凝 土 材 料 自身 缺 陷 而 导 致 的 工 程 事故 ，必须 提 高混 凝 土 材料 的韧性 、延 性 、破 坏 过 程 中的 耗 能 能 力 、对 裂缝 的控 制 能力 、耐 久 性 及 动 态 力 学 性 能 ，有 效 手段 之 一 是 掺 加 纤 维 材 料 ，配 制 高 性 能纤 维增 强混凝 土 材料 (HPFRC)罔。近年 来 ．纤维 混 凝 土材 料 得 到 了广泛 的应 用 ，纤 维 材 料 的 引入 减 少 甚 至消 除 了混 凝 土 的早 期 收缩 裂 缝 ，减 小 了 荷载 裂 缝 ，将 混凝 土裂 缝控 制 在 有害 程 度 允许 范 围 内 ， 提高 了混凝土材料的韧性 、延性等。纤维的增 强作 用取决于纤维 自身的材料属性与几何特征 ，为了充 分 发 挥 不 同种 类 、不 同几 何 特 征 纤 维 的作 用 ，混 杂 纤 维 在 混 凝 土 中 的应 用 受 到 了越 来 越 多 研 究 人 员 基金项 目：国家 自然科学基金项 目(51102035)。 一 44一 的关注。通常 ．两种不同种类或者相同种类但 不同 几何特征 的纤维被混杂应用于混凝土材料 中 ，可使 纤 维充 分发 挥各 自的作用 ，甚 至 出现正混 杂 效应 。 众 所 周 知 ，混 凝 土 材料 具 有 多 尺 度 的结 构 特 征 ，其微 观结 构 影 响着 宏 观结 构 性 能 。在 微 观 尺 度 上 ，水 泥 水 化 产 物 (水 化 硅 酸 钙 凝 胶 、氢 氧 化 钙 晶 体 、钙矾石等)提供胶凝能力 ，构成混凝土材料的微 观结构 ；在细观尺度上 ，水泥和砂子构成水泥砂浆 ， 胶 结 石子 构 成 混 凝 土材 料 ：在 宏 观 尺 度 上 ，石 子 与 水 泥 砂浆 组 成 混凝 土 材料 ，硬 化 成 各 种混 凝 土 构 件 和构 筑物 (图 1) 。 考 虑 到上 述混 凝 土材 料 的多 尺度 特 征 ，使 用 单 一 纤维 或 者现 在 被广 泛 研 究 的混 杂纤 维 ，并 无 法 真 正意义上实现对混凝土材料的有效增强。就像单一 粒 径 的石 子无 法 实现 密 实堆 积 一样 ．只有 加入 小 粒 径 以及 更 小 粒 径 的 石 子 、石 粉 ．才 能 使 体 系 达 到 密 实 堆 积状 态 。针 对混 凝 土 材料 的多 尺度 特 征 ，利 用 与 之 匹配 的多 尺度 纤维 进 行各 尺 度 上 的增 强 ，是 提 高混凝土材料整体性能 的有效手段 。简而言之 ，使 用 纳 米 或 者 微 米 级 纤 维 改 善 混 凝 土 材 料 的微 观 结 构 ，限制材料内部微观尺度裂纹 的产生与发展 。实 现 对 混凝 土 材 料 的微 观增 强 ；使 用微 米 或 者 毫米 级 纤 维 优化 混 凝 土材 料 的细 观 结构 。限 制材 料 内部 微 裂纹 贯 通 、融 合 成 为 细 观 尺 度 裂 缝 ．阻 碍其 向 宏 观 裂纹 进 一 步 生长 、扩 展 ．实 现 对混 凝 土 材 料 的 细 观 增 强 ：使 用 毫米 或 者厘 米 级 纤维 提 高 混凝 土材 料 的

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