钢纤维混凝土在现代城市建设中的前景

【摘要】水泥路面作为高级路面的重要形式之一，具有刚度大、承载力强，强度大、疲劳强度高，耐久性大、耐高温性强等特点愈来愈多的得到广泛的应用， 但也存在同等平整度舒适度较低、板性强对基层抗冲刷行高等、路面厚度大、维修保养困难等缺点，已经不能适应现代城市实施工程建设的需要。钢纤维混凝土的出现缓解了这一难题。钢纤维混凝土是将钢纤维掺入到普通混凝土中制得的一种复合混凝土，是一种力学性能优良的新型材料。它能显著提高砼的抗拉强度、抗弯强度和抗疲劳性，在路面工程中应用可以明显减薄厚度，改善路用性能。此外，钢纤维混凝土的抗冻性能良好，这些性质与路面的要求基本一致，并且可以实现按照使用要求设计材料的目的。

【关键词】钢纤维混凝土性能试验对比 前景

1概述

随着国民经济建设和公路交通事业的飞速发展，城市道路和国道干线公路上的车辆荷载及密度越来越大，行驶速度越来越快，以及人民日益提高的物质和文化需要，人民对汽车行驶的舒适度越来越高，传统的普通水泥混凝土路面越来越难以满足人民群众的需要。如用普通水泥混凝土修复路面虽有强度高，板块性好，有一定的抗磨性及承受气象作用的耐久性好等特点，但它的最大缺陷是脆性大、易开裂、抗温性差，路面板块容易受弯折而产生断裂，所以就要求路面面板应有足够的抗弯、抗拉强度和厚度。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。用钢纤维混凝土修筑路面、桥面，就是意将钢纤维均匀地分散于基体混凝土中（与混凝土一起搅拌），并通过分散的钢纤维，减小因荷载在基体混凝土引起的细裂缝端部的应力集中，从而控制混凝土裂缝的扩展，提高整个复合材料的抗裂性。同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结力，因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的纤维上面，使钢纤维混凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用，显著提高了混凝土原有的抗拉、抗弯强度和断裂延伸率。特别是提高了混凝土的韧性和抗冲击性。实践证明，采用钢纤维混凝土这一新型高强复合材料，既可提高路面的抗裂性、抗弯曲、耐冲击和耐疲劳性，而且可改善路面的使用性能，延长使用寿命从而减少老路开挖，对节省工程造价等具有重要的经济效益和社会效益。

2钢纤维混凝土优点分析

钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。强度和重量的比值增大，这是纤维混凝土具有优越经济性的重要指标，也是它具有广阔应用前的重要保证。抗拉强度和主要由主拉应力控制的抗剪、抗弯强度明显提高。变形性能明显改善。由于钢纤维对混凝土的阻裂作用，钢纤维混凝土比素混凝土具有更好的软化后性能和抗疲劳性能。

3钢纤维混凝土的性能

普通钢纤维混凝土的纤维体积率在1%～2%之间，较之普通混凝土，抗拉强度提高40%～80%，抗弯强度提高60%～120%，抗剪强度提高50%～100%，抗压强度提高幅度较小，一般在0～25%之间，但抗压韧性却大幅度提高。

钢纤维混凝土的性能（钢纤维掺入率为2%）

序号 物理力学性能 与普通混凝土比较 序号 物理力学性能 与普通混凝土比较

1 抗压强度 1.0～1.3倍 7 耐破损性能 有所改善

2 抗拉强度和抗弯强度 1.5～1.8倍 8 延伸率 约2.0倍

3 早期抗裂强度 1.5～2.0倍 9 韧性 40～200倍

4 抗剪强度 1.5～2.0倍 10 耐热性能 显著改善

5 疲劳强度 有所改善 11 对冻融作用的抵抗能力 显著改善

6 耐冲击性能 5～10倍 12 耐久性 密实性高，表面裂缝宽度不大于0.08m。

4同等条件下钢纤维混凝土与普通混凝土试验对比分析

普通素混凝土试件抗压试验破坏形态 钢纤维混凝土试件抗压试验破坏形态

普通素混凝土试件抗劈裂试验破坏形态 钢纤维混凝土试件抗劈裂试验破坏形态

从抗压试件中可以看出：素混凝土试件侧面部分混凝土脱落，整体行差；加入钢纤维的混凝土试件只有少许表层混凝土剥离，竖直方向出现少量裂缝，整体性较好。从劈裂试验中可以看出：素混凝土试件沿劈裂方向整体断开，断口较为平整，呈明显脆性破坏形态；加入钢纤维的混凝土沿劈裂面有一条明显的裂缝(整体并为断开)，整体完成性很好。经试验得出加入了钢纤维的混凝土比同标号素混凝土抗压强度提高了45.2%，劈裂强度提高了62%。

5应用实例

5.1上海逸仙路高架收费站广场：原设计为普通钢筋混凝土，路面厚度为26 cm。后变更为钢纤维混凝土，道面厚度16cm，钢纤维掺量为45kg/m3。采用铣削型钢纤维后，混凝土道面厚度减薄，且大大提高了抗冲击性能和耐磨性能。

5.2上海浦东东方路：全长4km ，路面采用铣削型钢纤维增强混凝土，设计厚度16cm 。钢纤维掺量为45kg/m3。该路通车至今已有13年，未出现断板现象。经计算，掺加钢纤维后，混凝土路面厚度可比普通混凝土减薄三分之一，路面的耐疲劳性能成倍增加。

5.3南宁市外环高速公路（南坛高速公路）：地处东南湿热区，日照时间长，雨量充沛，交通荷载及运输量大，特别是桥面混凝土，由于桥梁采用预应力简支结构，为了减轻桥面荷载，增强梁板结构稳定性，设计提出使用钢纤维混凝土对桥面进行铺装。比普通混凝土路面厚度减薄40%～50%；横向缩缝大大减少（钢纤维混凝土路面韧性好，抗裂性能和抗拉性能好，抵抗温度变化引起的变形能力强，结构性能好，故通常缩缝按20～30m间距设置，最大间距可达50m以上，比普通混凝土路面长5～6倍，甚至10倍。不仅可以节省缩缝处的维修费用，而且可以大大减轻车辆通过缩缝时的震动）纵缝不设或少设，延长了路面的使用寿命，对节省工程造价等具有重要的经济效益和社会效益。

5.4德克萨斯州胡德堡坦克停车场罩面工程、丹佛国际机场工程：前者使用钢纤维混凝土作为罩面材料（施工面积2572平方米），使原来设计寿命的3-4年提高到了25年。后者使用了掺粉煤灰的钢纤维混凝土，较少了机场铺面厚度，大大降低了工程投资，同样延长了建筑物得使用寿命。在拉斯维加斯机场跑道中也采用了钢纤维混凝土，同样取得了成功，发挥了良好的经济和社会效率。

在桥梁结构中成功采用钢纤维混凝土的有乌江桥、长江三峡黄柏河桥等，由铁道部研究院和太原轨枕厂、都匀桥梁厂研制的J22、S22预应力钢纤维轨枕已经开始在铁路系统广泛实施，具有很到的技术、经济效益。此外在隧道、矿山巷道加固、桥梁裂缝处理、高层建筑钢纤维混凝土桩、飞机库的防护门、市政排水工程中的井盖、雨水篦子等广泛应用，在各领域发展很有成效。

6目前形势

混凝土骨料即建筑用砂石的质量约占混凝土质量的七成多，作为混凝土骨架材料，我国“开采和消耗自然资源的最大的产品，产用量居世界第一” 建材工业又是对天然资源和能源资源消耗对大气污染最为严重的行业之一，是对不可再生资源依存度非常高的行业。大部分建筑材料的原料来自不可再生的天然矿物原料，部分来自工业固体废弃物。据估计，我国每年为生产建筑材料要消耗各种矿产资源70多亿t，其中大部分是不可再生矿石、化石类资源，全国人均年消耗量达5.3t。钢材和水泥是建筑业消耗最多的两种建筑材料，消耗量分别占全国总消耗量的50%和70%。

7广阔的前景

随着国家节能减排和环境保护的政策逐步落实,混凝土行业面临砂石料的严重紧缺，钢纤维混凝土的出现，极大程度上减少了单位砂石骨料的用量。天然砂石资源已经不容我们无节制地开采下去了，寻找天然骨料的替代骨料将是节约天然砂石资源的有效途径同时加上人造骨料、再生骨料在混凝土中的工程应用技术，钢纤维混凝土凭借其各方的优势必然在现代城市建设中发挥越来越重要的作用。

8结语

我国社会经济可持续发展面临着能源和资源短缺的危机，所以社会各行业必须始终坚持节约型的发展道路，共建节约型社会。建筑业作为能源和资源的消耗大户，更需要大力发展节约型建筑业，其中建筑节材、新技术的应用是其核心内容之一。我国建筑业耗材现状及国内外建筑节材实践经验告诉我们，我国建筑节材潜力巨大，技术可行，经济实惠，前景十分广阔。

1、《公路水泥混凝土路面施工技术规范实施手册》（JTG F30-2003）， 人民交通出版社，2007-11-01

2、傅智等《水泥混凝土路面施工技术》，同济大学出版社， 2004-3-1

3、中国工程建设标准化协会标准，《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》，中国建筑工业出版社，1992。

4、中国工程建设标准化协会标准，《钢纤维混凝土试验方法》，中国建筑工业出版社，1989。

5、高丹盈,赵军《钢纤维混凝土设计与应用》，中国建筑工业出版社,2003.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。