新型3D钢纤维可打造更坚固的混凝土

钢纤维是一种新、高性能的钢纤维品种。钢纤维道路的配合比设计方法大体与普通混凝土相同，不同点为：强度双控标准(抗压强度和弯拉强度)；钢纤维掺量根据设计要求的弯拉强度确定；单位用水量和砂率与纤维掺量有关，每掺加0.5%(体积率)钢纤维，单位用水量增加6kg，砂率增大2%。

钢纤维混凝土具有与普通混凝土一样的搅拌、运转和施工性能，纤维在混凝土中不会结球，分布均匀，可在商品混凝土搅拌站进行生产并能用于泵送施工。钢纤维混凝土的实际工作性优于相同的坍落度的普通混凝土。钢纤维混凝土具有良好的材料性能，与普通混凝土相比，其抗压强度提高2~20%；弯拉强度提高20~50%；劈裂抗拉强度提高20~40%；耐磨性能提高40%左右，其物理力理性能完全可以满足城市道路工程及检查井盖等配套构件需求技术指标。钢纤维粗糙而洁净的表面，能与混凝土中的水泥浆体牢固的结合，这是铣削钢纤维提高混凝土各种性能的根本原因。

此外，高强钢钎维混凝土在铁道轨枕预制、高速公路伸缩缝、水泥砼道面等预制、现浇、生产施工等方面均已得到大量应用，其优良性能完全可以取得良好的技术经济和社会环境效益。

据悉，Alan Richardson博士正在与来自印度和加拿大的学术同仁合作，想要利用创新的3D纤维增强材料而不是传统的2D材料，创造出一种更加坚固的混凝土。

最初的试验表明，这种新型混凝土在冲击波的作用下，能够更有效地将主体的78%都保存下来。而且它的碎片化程度要比一般混凝土小得多，这意味着其在爆炸过程中所弹出的碎片量会减少。也就是说，在发生恐怖袭击的情况下，这种新型混凝土是一个更安全的选择。此外，它的韧性还将使其成为海防、高速公路、桥梁和地震区内建筑的理想结构材料。同时，这种混凝土的强度增加也意味着混凝土用量的减少，这样我们就可以建造一些更小且更吸引人的建筑。而且这对环境也有好处，混凝土用量的减少也就意味着我们所需要的自然资源更少。

Richardson博士，诺森比亚大学土木工程副教授同时兼任混凝土学会北方地区主席。他说道：“我们已经看到，在2004年马德里爆炸事件等恐怖袭击中，许多伤害都是由于混凝土碎片弹飞造成的。这是因为目前用于混凝土生产的2D钢纤维在混凝土中属于随机散布，在爆炸时不会特别有效地将混凝土固定在一起。我们一直在研究3D钢纤维的使用情况——它们的大小与2D钢纤维的大小相同，但是形状是一个环形，然后以90度角度倾斜。当加入到混凝土中时，我们发现它们增加了材料的能量吸收，使集料更有效地聚集在一起，从而使产品更加坚硬。这对于各种混凝土的应用都具有巨大的潜力，我们现在希望做的是与工业界合作，进一步发展这一新型材料”。

Richardson博士正在与印度艾哈迈达巴德大学的Urmil Dave教授和加拿大维多利亚大学的Rishi Gupta 教授一起研究这项研究。印度目前正在生产3D钢纤维，然后在诺桑比亚大学测试这些混凝土，使用了该大学最先进的 STEM 设施。

Richardson博士现在希望通过与工业界合作进一步发展这项研究, 作为知识交流伙伴关系(KTP)的一部分。他说:“在这三所大学之间，我们拥有经验、技术和热情的完美结合，能够使这个产品成为现实。我们现在需要的是一个行业合作伙伴，帮助把这项研究推向下一个阶段”。