摘 要: 鋼纖維混凝土作為一種新型結構混凝土, 其優(yōu)越的使用性能被越來越多的工程采用。本文介紹了鋼纖維混凝土材料的性能以及在工程中的應用, 為鋼纖維混凝土材料在工程中的應用提供理論依據(jù)與工程實踐。
關鍵詞:鋼纖維混凝土 性能 應用
中圖分類號: T U 5 2 8 文獻標識碼: A 文章編號:1672-3791(2007)12(a)-0058-01
1 鋼纖維混凝土概述
鋼纖維混凝土(Steel Fiber ReinforcedConcrete·簡稱SFRC)是一種由水泥、粗細集料和隨機分布的短鋼纖維組合而成的復合材料,我國自1993 年5 月中國工程建設標準化協(xié)會批準實施了《鋼纖維混凝土結構設計與施工規(guī)程》以來,鋼纖維混凝土已被應用于路面、橋面、橋梁結構等工程的復雜受力區(qū)。
鋼纖維的品種及性能是影響鋼纖維混凝土質(zhì)量的主要因素,鋼纖維主要有以下幾種:
(1)切斷鋼纖維:將壓延拉拔的鋼絲按規(guī)定長度切斷而成。多是圓形斷面而縱向呈平直狀,一般稱為圓直鋼纖維。
(2)剪切鋼纖維:將薄帶鋼高速剪切制造而成。這種鋼纖維斷面呈矩形,縱向為扭曲狀,因而與混凝土基體的粘結力較好。
(3)熔抽鋼纖維:將熔融的鋼水利用旋轉(zhuǎn)圓盤甩出快速冷卻而成。這種鋼纖維本身強度低而且脆,鋼纖維表面的氧化層較多,增強效果比剪切鋼纖維差。
2 鋼纖維混凝土材料的基本性質(zhì)
2.1 鋼纖維混凝土獨特的物理力學性能
(1)抗裂性和變形能力(韌性)
鋼纖維混凝土的最顯著的特點是抗裂性能好,在保持一定程度的耐力情況下變形能力較大。SFRC 不僅在裂縫發(fā)生時的變形為素混凝土的兩倍以上,而且在裂縫發(fā)生后,鋼纖維連著裂縫兩邊,具有傳遞應力的作用,因而能繼續(xù)承受外力作用,在一定程度上能夠限制變形的擴展。隨著鋼纖維摻人率的增加,韌性顯著增大,韌性將達到混凝土的30 倍以上。
(2)抗沖擊強度和耐疲勞性能
SFRC 的吸能能力比較大,因此其抗沖擊(爆破沖擊和機械沖擊)強度約為素混凝土的5~10 倍。關于耐疲勞性能,根據(jù)單軸抗壓荷載試驗結果,在纖維摻人率為2% 時,經(jīng)過210萬次后,其強度為靜載破壞強度的62%,又根據(jù)脈動抗彎疲勞試驗結果, 在纖維摻人率為2%~3% 時,經(jīng)過200 萬次后,約達到其抗裂強度的90%。
(3)抗剪強度
SFRC 的直接抗剪強度與素混凝土的直接抗剪強度比隨著鋼纖維摻人率的增加而增大,僅摻人0.5% 的鋼纖維時,其比值為1.5。另外,與抗彎強度的情況相同,在鋼纖維長度一定的情況下,抗剪強度隨著長細比的變化而變化,長細比較大,抗剪強度也越大,素混凝土的直接抗剪強度采用6.35MPa。
(4)彈性模量
2.2 鋼纖維混凝土的增強機理
纖維間距機理是基于線彈性斷裂力學的基礎上來說明纖維對于裂縫發(fā)生和發(fā)展的約束作用的。該機理認為,在混凝土內(nèi)部原來就存在缺陷,欲提高這種材料的強度,就必須盡可能地減小缺陷的程度,提高韌性,降低內(nèi)部裂縫端部的應力集中系數(shù)。纖維間距愈小,強度提高的效果就越好; 且纖維的彈性模量越大,抗裂效果越好。抗裂效果好了,其抗彎強度、抗沖擊強度、抗疲勞強度、延展性韌性等力學性能也相應的提高。
2.3 鋼纖維混凝土配合比設計
鋼纖維混凝土的配合比設計應滿足結構設計要求的抗壓強度與抗折強度,以及施工中要求的和易性。在某些條件下還應滿足對抗凍,抗?jié)B性,耐腐蝕性或耐沖刷性等項要求。
鋼纖維混凝土配合比設計應采用試驗---- 計算法,并應按下述步驟進行:
(1)根據(jù)強度標準值或設計值以及施工配置強度提高系數(shù)確定試配抗壓強度和抗折強度。
(2)按試配抗壓強度計算水灰比,一般不大于0.50 水泥用量不大于500 公斤。
(3)根據(jù)試驗抗折強度,按規(guī)定計算或通過已有資料確定鋼纖維體積率。根據(jù)經(jīng)驗一般體積率選10%~1.5%。
(4)根據(jù)施工要求的稠度通過試驗或已有資料確定單位體積用水量,如摻用外加劑應考慮外加劑的影響。
(5)根據(jù)試驗或有關資料確定合理砂率,一般選用50% 左右,使用時根據(jù)所用材料的品種規(guī)格,纖維體積率,水灰比等適量調(diào)整。
2.4 鋼纖維混凝土拌和
為防止鋼纖維混凝土在攪拌時纖維結團,在施上時每拌一次的攪拌量不宜大于攪拌機額定攪拌量的80%,采用滾動式攪拌機拌和,在攪拌混凝土過程中必須保證鋼纖維均勻分布。為保證混凝土混合料的攪拌質(zhì)量,采用先干后濕的拌和上藝。投料順序及攪拌時間為:
粗集料→鋼纖維(干拌lmin)→細集料→水泥(干拌1min),其中鋼纖維在拌和時分三次加入拌和機中, 邊拌邊加入鋼纖維, 再倒入黃砂、水泥,待全部料投入后重拌2-3min,最后加足水濕拌1min,總攪拌時間不超過6min,超攪拌會引起濕纖維結團。按此程序拌出的混合料均勻。尚若在拌和中,先加水泥和粗、細集料,后加鋼纖維則容易結成團。而且纖維團越滾越緊,難以分開,一旦發(fā)現(xiàn)有纖維結團,就必須剔除掉,以防止因此而影響混凝土的質(zhì)量。
3 SFRC在工程中的應用
鋼纖維混凝土在這方面的應用也是相當廣泛的,使用方式包托新建和修補工程。由于鋼纖維混凝土具有良好的抗裂性、彎曲特性、耐沖擊性、耐疲勞性等特點, 使面層厚度減少,伸縮縫間距加長,路面和跑道的使用性能優(yōu)良,維修費用降低,壽命延長。據(jù)日本的經(jīng)驗,面層厚度較普通混凝土可減少30%~50%,公路伸縮縫間距可達30~100m,機場跑道的伸縮縫間距可達30m。用于路面和橋面修補罩面層厚僅為3~5cm,可減少工程量,特別是降低了橋面的自重荷載。我國目前每年生產(chǎn)的碳鋼纖維約有40%用于路面工程。大慶、安徽省、遼寧盤錦市、山西太原市等先后在車流較大的公路段用鋼纖維混凝土修筑試驗路面。大慶的試驗段長500m、寬7m,纖維摻量為0.8%,路而厚12cm,與厚24cm 的普通混凝土路面相比,造價接近。經(jīng)一年多的營運,路面無裂縫,無破碎,狀況良好。國外在用鋼纖維混凝土筑路時大都采用專門的施工機械。美國還試用了輾壓鋼纖維混凝土筑路,與普通的澆注方法相比,在獲得相同路面性能情況下可減少水泥和纖維用量。
4 結語
鋼纖維混凝土的應用, 特別是舊路面處理,結構加固等方面顯示出鋼纖維混凝土具有很強的應用市場。鋼纖維混凝土除了具有與普通鋼纖維混凝土一樣抗裂性強、耐老化、耐沖擊、耐疲勞、抗凍、抗?jié)B性好等優(yōu)良性外,還快硬化、超早強、耐磨損,可以提高混凝土的抗拉強度,改善抗沖擊力、抗疲勞等性能,且施工方便,澆注方法及澆注后外觀基本與普通混凝土相同,造價相對合理。從實際效果來看,經(jīng)濟效益和社會效益都較好。
參考文獻
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