鋼纖維混凝土性能與應用前景

胡鳳華

（哈爾濱金山實業集團有限公司，黑龍江 哈爾濱 150320）

1 鋼纖維的基本性質

1.1 鋼纖維的類型及特征參數

鋼纖維按材質分,有普通碳鋼鋼纖維和不銹鋼鋼纖維,其中以普通鋼鋼纖維用量居多;按外形分有長直形、壓痕形、波浪形、彎鉤形、大頭形、扭曲形;按截面形狀分有圓形、矩形、月牙形及不規則形;按生產工藝分有切斷型、剪切型、銑削型及熔抽型;按施工用途分有澆筑用鋼纖維和噴射用鋼纖維。

為滿足鋼纖維的增強效果與施工性能,通常采用鋼纖維長度為15～60mm,直徑或等效直徑為 0.3～1.2mm,長徑比為 30～100,纖維的體積摻量為0.5%～2%。

1.2 鋼纖維的主要性能

在鋼纖維的主要性能中就包括了抗拉強度和粘結度，通過相關的試驗表明，普通的混凝土之所以抗拉強度受到影響，不是因為鋼纖維的強度不夠，而是因為鋼纖維被從混凝土中拔出而導致強度受損。所以說影響混凝土強度的原因是因為鋼纖維的粘結度所致，這就需要鋼纖維和混凝土能夠有力的結合，在混凝土基體的界面上有力的粘結才能夠保證二者的有機結合。粘結性強度的大小除了和基體的性能有關外，還和鋼纖維自身的形狀和截面有關。

3 鋼纖維混凝土的基本性能

國內外對鋼纖維的作用機理和鋼纖維混凝土的基本性能做了大量的研究,現歸納如下:

鋼纖維混凝土中亂向分布的短纖維主要作用是阻礙混凝土內部微裂縫的擴展和阻滯宏觀裂縫的發生和發展。在受荷(拉、彎)初期,水泥基料與纖維共同承受外力,當混凝土開裂后,橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。因此鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優越的物理和力學性能。

2.1 強度和重量比值增大

這是鋼纖維混凝土具有優越經濟性的重要標志。

2.2 具有較高的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強度

在混凝土中摻入適量鋼纖維,其抗拉強度提高25%～50%,抗彎強度提高40%～80%,抗剪強度提高50%～100%。

2.3 具有卓越的抗沖擊性能

材料抵抗沖擊或震動荷載作用的性能,稱為沖擊韌性,在通常的纖維摻量下,沖擊抗壓韌性可提高2～7倍,沖擊抗彎、抗拉等韌性可提高幾倍到幾十倍。

2.4 收縮性能明顯改善

在通常的纖維摻量下,鋼纖維混凝土較普通混凝土的收縮值降低7%～9%。

2.5 抗疲勞性能顯著提高

鋼纖維混凝土的抗彎和抗壓疲勞性能比普通混凝土都有較大改善。當摻有1.5%鋼纖維抗彎疲勞壽命為1×106次時,應力比為0.68,而普通混凝土僅為0.51;當摻有2%鋼纖維混凝土抗壓疲勞壽命達2×106次時,應力比為0.92,而普通混凝土僅為0.56。

2.6 耐久性能顯著提高

鋼纖維混凝土除抗滲性能與普通混凝土相比沒有明顯變化外,由于鋼纖維混凝土抗裂性、整體性好,因而耐凍融性、耐熱性、耐磨性、抗氣蝕性和抗腐蝕性均有顯著提高。摻有1.5%的鋼纖維混凝土經150次凍融循環,其抗壓和抗彎強度下降約20%,而其他條件相同的普通混凝土卻下降60%以上,經過200次凍融循環,鋼纖維混凝土試件仍保持完好。摻量為1%、強度等級為CF35的鋼纖維混凝土耐磨損失比普通混凝土降低30%。摻有2%鋼纖維高強混凝土抗氣蝕能力較其他條件相同的高強混凝土提高1.4倍。

3 鋼纖維混凝土在水利水電工程中的應用

3.1 支護工程

在一般的隧洞或者山體工程中，支護建筑物需要具有較強的承受能力，而鋼纖維混凝土在抗拉、抗彎和抗剪方面都具有極大的強度指標，在工程中，可以有很強的承載性。在實際的工程施工中，應用鋼纖維混凝土可以減少施工量，鋼纖維混凝土的用量可以降至九分之一左右，不僅減少了工程量，降低了施工成本，同時還縮短了工期，保證了工程的質量，在隧洞支護和山體支護中應用的比較廣泛。

3.2 儲水、防滲、輸水管道工程

在儲水、防滲和輸水管道工程中，最主要的就是需要混凝土具有較強的抗滲性，不易開裂，并且收縮性能好，有利于對水的截流。而鋼纖維混凝土都具有這些方面的特性，具有較高的抗滲性，不易開裂，所以在這些工程中得到了廣泛的應用并取得了良好的效果。

3.3 高速水流沖刷磨損部位

在水利工程中，由于大部分的水工建筑物都是深埋水下的，那么在長期的使用過程中，水下建筑物就容易受到流水的沖刷和侵蝕，長此以往就會造成建筑物的損害而影響到使用質量。鋼纖維混凝土具有較強的抗沖磨能力，所以可以應用在這些水工建筑物中，對工程的質量有所保證。

3.4 處于腐蝕環境中的構件

在有些水利工程需要建在海水中，那么海水對于相應的構件具有一定的腐蝕性，從而造成結構的損害，影響到建筑物的性能。而鋼纖維混凝土具有很好的抗腐蝕性，所以將其應用到海水的構件中會發揮重要的作用。

3.5 動力荷載作用部位和抗震結構節點

由于鋼纖維混凝土具有較高的抗拉強度、斷裂韌性和抗疲勞等性能,因此,可用于承受動力荷載的機墩、抗震結構的框架節點等部位。

3.6 復雜應力部位

由于鋼纖維的結構組成形式是呈三維亂向分布的，所以說在每個方位上都具有一定的韌性，可以承受來自各個方位的作用力。在工程中，鋼纖維還比較容易澆注成型，一般可以替代鋼筋而應用在工程中。由于其個方位上都具有承受力，所以一般在應力比較復雜的部位應用比較適合。

結語

經過改良后的鋼纖維混凝土具有較高的性能，較普通混凝土的性能有了很大程度的提升，目前已經在我國的眾多工程中得到了廣泛的應用并取得了良好的效果。不僅在性能方面有所提升從而保證了工程的質量，同時在造價方面也降低了成本，對于工程后期的養護維修提供了方便。但是由于鋼纖維混凝土在初始階段的造價相對來講要高一些，所以說對于有些工程來講會因為初期成本較高而沒有使用，其應該充分的考慮到應用鋼纖維混凝土而帶來的后期保障，應該看到更為長遠的利益。隨著科學技術的不斷發展，對于鋼纖維混凝土還會有更深入的研究，會在性能上更加優良，在成本上有所降低。

[1]趙國藩,彭少民,黃承逵等.鋼纖維混凝土結構[M].北京:中國建筑工業出版社,1999.

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[3]盧良浩.鋼纖維混凝土工程應用三例[J].南京:全國第四屆纖維水泥與纖維混凝土學術會議論文集,1992.

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