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图1.1 水工结构受环境水侵蚀图
1.1.2 纤维混凝土的发展历程
纤维混凝土是以水泥浆、砂浆或者混凝土为基材，以纤维作为增强材料所组成的水泥基复合材料。纤维按其材料的性质可以分为：石棉、抗碱矿棉、碳纤维CF、碳化硅纤维、抗碱玻璃纤维、氧化铝纤维等无机纤维；聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、芳族聚酰亚胺纤维、尼龙纤维、西沙尔麻、龙舌兰等有机纤维；钢纤维和不锈钢纤维等金属纤维。
人类开始在建筑工程中投入使用纤维是在1000多年前，最初是将天然纤维作为某些无机胶结料的增强材料，经过简单加工处理后投入使用，减少材料的收缩裂缝，保持整体性和降低脆性。我国古代，在烧制粘土砖的过程中，掺加秸秆，以增强粘土砖的强度；埃及人在制作陶制品的过程中加入动物的毛发，来增强陶制物品的强度；古罗马人在制备石膏等建筑材料过程中常常掺加马鬃，来改善石膏易开裂的缺点。所以实践表明，在无机胶凝材料中掺加纤维可以降低其脆性，较好地改善材料早期开裂的缺点。
1.1.3 纤维混凝土的增强原理
各国学者对纤维混凝土的增强原理展开了深入的理论研究。其中，较完善的增强机理有两种：(1)美国Romualdi提出的“纤维间距机理”，该理论用线弹性断裂力学理论来说明纤维对于裂缝发生和发展的约束作用。该理论认为，在混凝土内部存在固有缺陷，如欲提高强度，必须尽可能地减小缺陷程度，提高材料的韧性和抗变形能力，降低混凝土内部裂缝端部的应力集中系数。而纤维在混凝土中的作用，正好可以减小混凝土内部的缺陷，提高混凝土韧性，极大地减少应力集中，改善其性能。Romualdi首先假定纤维在混凝土中与与基体材料可以完全粘合，然后在此基础上提出了纤维间距理论，然而在实际工程中，并不能完全满足这个假定，所以该理论存在一定的缺陷。(2)英国Suamy提出的“复合材料机理”，该理论认为纤维混凝土是由纤维和水泥基材料组成的复合材料，用复合材料力学受力机理来说明纤维对混凝土的增强机理。该理论将纤维混凝土视为纤维作为增强材料，应用复合材料混合定律推论纤维混凝土的应力，并结合纤维混凝土复合材料的特殊性，将复合材料沿着外荷方向有效纤维体积率的比例、非连续性纤维长度和取向修正以及混凝土的非均质特性等一起加以考虑，即将纤维混凝土的力学性能与纤维的掺入量、纤维取向、长泾比及纤维与基体粘结力之间的关系结合起来加以考虑。
1.1.4 纤维混凝土的工程应用
聚乙烯醇纤维的价格低廉、弹性模量高、延性好，在建材行业中被广泛采用，是世界公认的绿色建筑材料之一。聚乙烯醇纤维高性能混凝土因其良好的力学性能，能满足各种不同工程建设的需求，因而在实际工程中得到广泛应用。
(1)水电大坝工程
在应用于水电大坝工程的混凝土中掺加改性PVA纤维，可保持混凝土良好的拌合物性能，能够有效提高混凝土的早期劈裂抗拉强度、抗压强度以及极限拉伸值，减小自生体积收缩变形，改善混凝土易开裂的缺点，显著提高混凝土大坝的抗裂安全系数[11]。溪洛渡大坝工程中，在开裂风险高的部位使用PVA纤维混凝土，在现场拌合混凝土时，对现场拌合的纤维混凝土进行抽检工作，测试结果表明，相比于普通混凝土，PVA纤维混凝土的7天劈裂抗拉强度提高了4.8%，28天的劈裂抗拉强度提高了8.5%；对在实验室内拌合的纤维混凝土进行强度测试，实验结果表明， 相比于普通混凝土的强度，PVA纤维混凝土的28天劈裂抗拉强度提高了8.3%，7天和28天轴拉强度均提高了10%，自生体积变形收缩值较小。