钢纤维混凝土应用技术

摘要：钢纤维混凝土是一种新型的复合建筑材料，钢纤维混凝土就是在普通混凝土中掺入适量短钢纤维而形成的可浇筑、可喷射成型的一种新型复合材料。

关键词：钢纤维混凝土；技术；应用

中图分类号：TV431+.3文献标识码： A

一 引言

伴随着混凝土在工程方面使用更加广泛，不能满足工程要求的缺点就越来越明显。针对此情况长期以来，国内外许多专家和学者不断探索改善混凝土的性能的各种方法和途径，提出了一种以传统素混凝土为基体的复合材料钢纤维混凝土。

二 钢纤维混凝土的基本性能

钢纤维混凝土的特点是抗裂,抗拉,抗弯,抗剪,耐磨性能,疲劳强度和抗冻融性能均较普通混凝土有大幅提高。而发生这些变化的是因混凝土中掺入了钢纤维，下面我们就其的基本性能和引发的增强机能进行如下分析。

2.1 钢纤维基本性能

2.1.1钢纤维的类型及特征参数

钢纤维按材质分,有普通碳钢钢纤维和不锈钢钢纤维,其中以普通钢钢纤维用量居多。

2.1.2钢纤维的主要性能

钢纤维的主要性能包括抗拉强度与黏结强度。试验表明,由于普通钢纤维混凝土主要是因钢纤维拔出而破坏,并不是因钢纤维拉断而破坏,因此钢纤维的抗拉强度一般能满足使用要求,而其与混凝土基体界面的黏结强度是钢纤维混凝土性能的主要因素。

2.2钢纤维混凝土的增强机能

目前对于混凝土中均匀而任意分布的短纤维对混凝土的增强机理存在着两种不同的理论解释。其一为美Romualdi提出的“纤维间距机理”;其二为英国的Swamy,mangat等人提出的“复合材料机理”。

三钢纤维混凝土的技术要求

因为不同的纤维类型对混凝土的增韧效果也有差异，还有其他原材料的采用都会影响混凝土的性能，所以我们对其有要求。同时，在一般情况下，纤维掺量影响着纤维对混凝土的增韧效果，而且纤维掺量的增加，会增大经济成本，因此这要求我们按照相关规范进行配合比设计、拌和，按照相关规范进行质量控制和施工。

3.1 原材料的质量要求

钢纤维：表面应洁净无锈无油，无粘结成团现象，保证钢纤维与混凝土的粘结强度，尺寸和抗拉强度符合技术要求。

水泥,骨料,水,外加剂和混合材料应符合国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》中的关规定。

3.2钢纤维混凝土配合比设计

钢纤维混凝土的配合比是指钢纤维混凝土中各组成材料之间的比例关系。

钢纤维混凝土的配合比设计与普通水泥混凝土相比，在水泥混凝土拌合料中掺入钢纤维，主要是为了提高混凝土的抗弯、抗拉、抗疲劳的能力和韧性。

3.3钢纤维混凝土的拌和

对于钢纤维混凝土宜采用机械拌和。当钢纤维体积率高,拌和物稠度较大时,搅拌机一次拌和量不大于其额定拌和量的80%。

3.4钢纤维混凝土的质量控制

钢纤维混凝土的质量检验除应对原材料配合比施工主要环节按现行有关混凝土结构工程施工与验收规范的规定执行外,尚应检验下列项目:对钢纤维进行质量检验。取样制作抗压,抗折强度标准试件,坍落度不大于50mm的钢纤维混凝土用震动台振实;大于50mm的用木槌振实。抗压试块采用边长150mm的立方体为标准试件标准养护28天测定其抗压强度,抗折试件采用150m×150mm×550mm的标准试件经标准养护,在龄期达90天时进行测试。

3.5钢纤维混凝土的设计与施工要求

我国于1996年出版了《钢纤维混凝土试验》CECS13:89和《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》CECS38:92,但本规程只对钢纤维混凝土结构不同于混凝土结构设计与施工的专门要求作出规定。在进行钢纤维混凝土结构设计和施工时,尚应与相应的规范配合使用。

四钢纤维混凝土的应用技术

钢纤维混凝土作为一种新型复合材料，以其优良的抗拉、抗弯、阻裂、耐冲击、耐疲劳、高韧性等物理力学性能，目前已被广泛应用于建筑工程、水利工程、公路桥梁工程、公路路面和机场道面工程、铁路公程、管道工程、内河航道工程、防暴工程和维修加固工程等各个专业领域。

4.1钢纤维混凝土在水利工程应用

水利工程钢纤维混凝土在水利工程中的应用比较广泛，主要将其用于受高速水流作用以及受力比较复杂的部位，水利工程中相关方面使用钢纤维混凝土的有：支护工程、储水、防渗、输水管道工程、高速水流冲刷磨损部位、处于腐蚀环境中的构件、动力荷载作用部位和抗震结构节点、复杂应力部位等。

4.2钢纤维混凝土在道路和桥梁工程应用

钢纤维混凝在道路和桥梁工程方面，主要广泛应用于路面、桥梁、机场跑道等工程中，包括新建及修补工程。钢纤维混凝土较普通混凝土有较好的韧性，抗冲击、抗疲劳性。它可使面层厚度减少，伸缩缝间距加长，使用性能提高，维修费用减低，寿命延长。

4.3钢纤维混凝土在铁路工程应用

在铁路工程方面，钢纤维混凝土主要用于预应力钢纤维混凝土铁路轨枕、双块式铁路轨枕及抢修铁路桥面防水保护层中。铁路工程承受较大的荷载、较高的速度和数万次的振动，所以要求混凝土必须具有较高的强度、较高的抗冲击性及较大的塑性。这正好利用了钢纤维混凝土的抗冲击性及较好的塑性。钢纤维混凝土的应用，使维修工作量大为减少，并提高了线路的使用寿命，效果良好。

铁路方面在西康线椅于山隧道工程采用湿喷钢纤维混凝土取得成功，由于钢纤维混凝土的抗压、抗拉和抗剪强度大，具有很强的支护功能。

4.4钢纤维混凝土在港口及海洋应用

钢纤维混凝土在海洋工程中的使用主要是钢纤维混凝土的腐蚀问题，所以有待进一步研究，但在日本和挪威的使用经验是令人鼓舞的。日本钢铁俱乐部采用钢纤维混凝土作钢管桩防腐层，在海水中浸泡10年，钢纤维混凝土防腐完好，钢管表面无锈蚀，仍有金属光泽。挪威将钢纤维混凝土用于北海海底输气管道的隧道衬砌、Forsmark核电站海底核废料库的支护、海洋平台后张预应力管道孔的封堵以及码头混凝土受海水腐蚀部位的修补等。

五钢纤维混凝土的经济和社会效益

根据各个工程方面事例，我们从钢纤维混凝土与普通混凝土性能对比上就可以直观的看出产生的经济效益。综合分析，对于旧混凝土路面，若采用钢纤维混凝土进行罩面修复，则一次性投资的费用比挖掉重建混凝土路面要节省许多。同样，从一次性投资、使用年限、维修费用、资金的时间价值来全面评价钢纤维混凝土路面工程的经济效益，与新铺沥青混凝土路面评价综合效益，钢纤维混凝土路面虽一次性投资较前者高，但从其维修费用、使用年限的不同考虑，以及和资金的时间效益，用年成本法计算其等值年金，结果表明钢纤维混凝土路面每年支出的费用比沥青混凝土路面要低35％。采用钢纤维混凝土修补法，不但可使钢纤维混凝土的质量及其增强效果得到保证，而且还可提前开放交通，具有显著的经济效益和社会效益。

由以上可以看出钢纤维混凝的优越性，不仅仅体现在结构性能上，还在经济效益和社会效益上。

六 结语

钢纤维混凝土的优越性能及在工程中成功的应用表明:钢纤维混凝土不但可以解决钢筋混凝土难以解决的裂缝、耐久性等,而且对于各个工程方面可以大幅度降低造价。因此,钢纤维混凝土在我国建设工程中具有广阔应用前景。

钢纤维混凝土虽有很多的优点,但在应用上还是受到一定的限制。为了使钢纤维混凝土得到广泛应用,一方面,应努力降低钢纤维生产成本从而降低钢纤维混凝土的造价;另一方面,在应用时,不应只计一次性投资,而应考虑钢纤维混凝土的优越使用性能、较低的维修费和使用寿命延长等综合效益。我们完全有理由相信,在不久的将来,钢纤维混凝土一定会在国内外更多的应用范围内显示出强大的优越性。