新型复合材料钢纤维混凝土的性能与应用.pdf

第 3 1卷第 2期 2 0 1 1年 6月 黑 龙 江 冶 金 He i l o n g j i a n g Me t a l l u r g y Vo 1 31 No 2 J u n e 2 0 1 1 新型复合材料钢 纤维混凝 土的性能与应用 孙欣梅 ( 黑龙江省鑫祥安全评价咨询服务有限公 司， 哈尔滨 1 5 0 0 0 1 ) 摘要： 本文结合钢纤维混凝土的性能机理， 对钢纤维混凝土多项性能进行分析， 并根据钢纤维混凝土独特的 性能， 展望钢纤维混凝土应用前景。 关键词 ： 钢纤维 混凝 土 ； 性能 ； 应用 Pe r f o r m a nc e a nd Ap pl i c a t i o n o f St e e l Fi be r Re i n f o r c e d Co n c r e t e S u n Xi nme i ( He i l o n g j i a n g X i n x i a n g S a f e t y A p p r a i s e C o n s u h a n c y S e r v i c e C o ，L t d H a r b i n 1 5 0 0 0 1 C h i n a ) Ab s t r a c t ： Th e a r t i c l e i n t r o d u c e s t he p e r f o r ma n c e o f s t e e l fib e r r e i n f o r c e d c o n e r e t e，e x p l o r e t h e a p pl i c a t i o n a n d t h e f u t u r e p r o s p e c t a b o u t i t Ke yW o r ds： s t e e l fi be r r e i n f o r c e d c o n c r e t e；p e r f o r ma n c e；a p p l i c a t i o n 钢纤维混凝土是在普通混凝土 中掺人适量短 钢纤维而形成的可浇筑 、 可喷射成 型的一种新 型 复合材料。 目前钢纤维混凝土在 国内外得 到迅速发展 ， 这种新型复合材料具有抗拉 强度 低、 极限延伸率 小 、 性脆等缺点 ， 具有优 良的抗拉 、 抗弯 、 抗 剪、 阻 裂 、 耐疲劳、 高韧性等性能， 已在建筑 、 路桥 、 水工 等工程领域得到应用。 1 研究钢纤维混凝土的性 能 1 1 钢纤维混凝土的力学强度 1 1 1 抗压强度 钢纤维混凝土虽受压强度增加不 明显， 但受 压韧性却大 幅度提 高 了。这是 由于 钢纤维 的存 在 ， 增大了试件的压缩变形 ， 提高了受压破坏时的 韧性。从宏观上呈现 ， 钢纤维混凝土受压破坏时 ， 没有明显 的碎块或崩落 ， 仍保持整体性 。 1 1 2 抗剪强度 钢纤维混凝土具有优异的抗剪性能， 对提高 钢筋混凝土结构抗剪能力有重要意义。通常在钢 筋混凝土的构件 中， 其抗剪承载力主要靠箍筋 和 收稿 日期 ： 2 0 1 01 01 8 作者简介： 孙欣梅， 4 2岁 ， 哈尔滨， 工程师。 弯起钢筋承 担， 这 些筋多 了， 不 仅要提 高工程投 资 ， 而且施工很不方便 ， 尤其对薄壁 、 抗震结构 和 复杂形状 的特种结构 ， 问题尤为突 出。因此采用 钢纤维混凝土是提高结构抗剪能力的有效途径 。 1 1 3 抗弯强度 钢纤维混凝土的抗弯强度随着纤维掺量 的增 加而提高。钢纤维混凝土等级提高， 使抗弯强度 提高明显。在弯 曲荷载作用下 ， 钢 纤维混凝土受 拉区开裂 ， 中性轴 向上移 ， 受拉区仍有部分纤维与 基材的黏结力承受拉力 ， 增加韧性 ， 提高了混凝土 的抗弯强度。而普 通混凝土则很快发生断裂 ， 以 致脆性破坏。 1 2 韧性和抗裂性 韧性是在材料受压破坏前 吸收能量的性质。 抗裂性是指钢纤维在脆性混凝土基体 中减少裂缝 和阻滞裂缝进一步发展 的性质。钢纤维混凝土具 有很好 的韧性和抗裂性。钢纤维混凝土的韧性随 着钢纤维数量 的增加而大 幅度提 高， 同时与纤维 和基材的黏结力有 关。基材强度提高 ， 纤 维混凝 土的韧性也相应提高。 1 3 钢纤维混凝土的抗冲击性能 在动荷载作用下 ， 钢纤维混凝土在裂缝扩展 3l 黑龙江冶金 第 3 1 卷 时， 首先是钢纤维克服基材 的粘结力而被拔 出， 或 是钢纤维达到屈服 强度而被拉断 ， 这都需要 消耗 大量的能量。因此 ， 钢纤维混凝土 能提 高抗 冲击 性能 若采用剪切钢纤维制成试件 。跨度 为， 钢 纤维混凝土等级为 C F 5 5时， 采用水泥硬练重锤冲 击。当纤维掺量为 0 5 时， 耐冲击次数为不加钢 纤维的混凝土的 3 4倍 ； 纤维掺量为 1 时 ， 耐冲 击次数为 1 l1 2倍 ； 纤维掺量为 1 5 时 ， 耐冲击 次数为 2 12 2倍。可见， 钢纤维混凝土的耐冲击 性能随着纤维掺量的增加而大幅度提高。 1 4 钢 纤维混凝土的抗疲劳性能 钢纤维明显改善 了混凝土 的弯 曲疲 劳性 能。 若 C F 8 0钢纤维混凝土与普通混凝土相 比， 当钢纤 维掺量为 l 时， 2 0 0万次疲劳极限可提高 1 0 ； 当钢纤维掺量为 1 5 时 ， 疲劳极 限可提高 1 5 。 疲劳应力 比为 0 7时， 对钢纤维掺量 1 的钢纤 维混凝土， 疲劳寿命可延长 。 1 5 钢纤维混凝土的抗冻融性能 钢纤维混凝土在冻融循环过程 中， 由于温度 的变化 ， 在混凝 土内形成 温度应力场。钢纤 维混 凝土的基体组成部分 的热膨胀系数不 同， 在温度 应力作用下变形 不协 调， 导致在混凝 土内部界面 产生拉鹰力 ， 影响 了界面的黏结性状。钢纤维体 积率的增大 ， 增加了混凝土内的界面 ， 这些 界面是 混凝土的薄 弱环 节。当冻融次数不大 时， 钢纤维 与砂浆的黏结性状 良好 ， 钢纤维能有效地发挥 阻 裂增强作用 ， 减 少裂缝 源 的数 量和裂 缝 的宽度。 所以 ， 在冻 融次 数较低 时 ， 随钢纤维 体积 率 的增 加 ， 使混凝土强度下降的幅度降低。 2 钢 纤维 混凝土的应 用 2 1 建筑 工程 钢纤维混凝土在建筑工程中的影响越来越广 泛 ， 一般应用于房屋建筑 工程 、 预制桩工程 、 框架 节点 、 屋面 防水工 程 、 地 下 防水工程 等工程 领域 。如抗震框架节点 中使用钢纤维混凝 土， 能代 替箍筋满 足节点对 强度 、 延性 、 耗 能等方 面 的要 求 ， 而且还能提供类似于箍筋约束混凝土的作用 ， 并解决节点区钢筋挤压使混凝土难于浇注 的施工 问题 。 2 2道路和桥梁工程 钢纤维混凝土在道路 和桥梁工程方面 ， 主要 3 2 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 降低 、 寿命延长 。面层较普通混凝土可减少 3 0 5 0 ， 公路伸缩 缝间距可达 3 0l O O m， 机场跑 道的伸缩缝 间距可 达 3 0 m。路 面及桥 面修补 ， 其 罩面厚度仅为 3 5 c m。 2 3 铁路工程 钢纤维混凝 土在铁路工程方面 ， 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 良好的塑性 。 2 4港口及海洋工程 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 ， 在这方 面 目前还没有最 后的结论 ， 需 要进 一步研究 ， 有 些 国家 已经在使 用 ， 如 日本和挪威 ， 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 l 0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 、 F o r s ma r k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 ， 取得 了意想不 到的效果 。在我国有的地方码头 的轨道梁工程中 也使用了钢纤维混凝土。 3 结语 随着对钢纤维混凝土这种新型复合材料 的性 能机理的不 断探讨 和研 究， 对其性能进行 比较分 析 ， 根据钢纤维混凝土独特的性 能， 得到越来越多 的应用和推广， 钢纤维混凝土 的应用前景一 片光 明。 参考文献 1 蒋应军， 刘海鹏， 王琪等 钢纤维混凝土性能与施工工 艺研究 J 2 0 0 8 ， 8 2 赵建波， 崔海 钢纤维混凝土的研究与应用 J 2 0 0 9 ， 7 3 张继飞 浅谈钢纤维混凝土的特性 J 2 0 0 8 ， 6