鋼纖維混凝土良好性能及應用趨勢

許紹超　崔小敬

1 引言

如今，混凝土已成為現代最主要的工程結構材料之一。混凝土結構已經被廣泛應用于土木工程的各個領域，在各類工程結構中占有主導地位。隨著建筑產業的高速發展以及人們對住宿的需求越來越大，可以預見，今后混凝土仍將是一種重要的工程材料，而且混凝土結構必將占據更加重要的角色。它在物理力學性能及材料來源方面具有許多優點。如耐久性、耐火性、可模型、整體性好，易于就地取材等。但是，由于混凝土抗裂性能較差，韌性差，在荷載作用下易于開裂，并且一旦損壞修復比較困難，這些缺點限制了其在不允許出現裂縫或對裂縫寬度嚴格限制的結構中的應用。因此，復合材料的使用就顯得尤為重要。復合材料可以充分發揮各種材料的優點，并融各種材料的優點于一體，彌補單一材料的不足。鋼纖維混凝土，是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的多相復合材料。隨著對鋼纖維混凝土研究的不斷深入。鋼纖維混凝土被應用于越來越多的領域。重要工程如水壩、核電站、人防設施等，以及承受沖擊荷載較大的工程如道路，橋梁等，都已經整體或局部使用了鋼纖維混凝土，大大提高了工程的抗沖擊承載力，對工程的耐久性具有重要意義。

2 鋼纖維混凝土的主要性能

1.強度和重量比值增大。

鋼纖維混凝土與素混凝土或鋼筋混凝土相比，重量更輕，并且具有更高的強度。這是鋼纖維混凝土具有優越經濟性的重要標志。

2.具有較高的抗拉、抗彎、抗剪、和抗壓強度。

混凝土摻入鋼纖維后，與素混凝土相比，抗拉強度提高40%-80%，抗彎強度提高60%-120%，抗剪強度提高50%-100%，抗壓強度提高幅度較小，一般在25%之內，但抗壓韌性卻大幅度提高。

3.具有優越的抗沖擊性能。

材料抵抗沖擊或震動荷載作用的性能，稱為沖擊韌性。在通常的鋼纖維摻量下，混凝土的沖擊韌性可大幅度提高。

4.抗疲勞性能、耐久性能顯著提高。

由于鋼纖維混凝土抗裂性好、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。摻量為1%，強度等級為C35的鋼纖維混凝土的耐磨損失比普通混凝土降低30%。因此鋼纖維混凝土不需要防腐蝕處理。這較鋼筋混凝土是一個巨大的進步。

鋼纖維混凝土強度的提高是依靠混凝土中加入的亂向分布的鋼纖維。鋼纖維的主要性能包括抗拉強度與粘結強度。鋼纖維具有較好的抗拉性能。試驗表明，鋼纖維混凝土的破壞主要是由于鋼纖維被拔出而破壞，而不是因為鋼纖維拉斷而破壞。因此鋼纖維混凝土的抗拉強度都能滿足要求。混凝土結構的破壞往往是由于裂縫的開展造成的。亂向成分布的鋼纖維阻礙內部微觀裂縫的擴展及抑制外部宏觀裂縫的發生和發展。在受荷初期，水泥基料與鋼纖維共同承受外力，當混凝土開裂后，橫跨裂縫的鋼纖維成為主要的受力體。仍能承擔很大的荷載。因此鋼纖維混凝土表現出了更加優越的性能。鋼纖維混凝土與普通混凝土相比，它克服了普通混凝土抗拉強度低，極限延伸率小，脆性大的特點，優越性顯而易見。因此基于性能上的優點，鋼纖維混凝土在研究和應用方面得到認可，越來越廣泛地被用于土木工程各領域。鋼纖維混凝土對建筑顯示出越來越重要的意義。

3 鋼纖維混凝土的發展趨勢

鋼纖維混凝土雖然有很多長處，但在應用上目前還收到一定的限制。這其中有工藝上的一些原因，如施工和易性較差，粘結性能也有待進一步改善。向基體混凝土中摻入鋼纖維，比較不易于實現，使鋼纖維在混凝土中均勻分布，在制作工藝方面仍具有一定的難度。當然，應用鋼纖維混凝土，費用較高，工程造價也是制約其被廣泛使用的一個重要因素。

但是，鋼纖維混凝土對結構性能的改善是有目共睹的，也是非常顯著的。同時，加強加深鋼纖維混凝土材料的研究和應用也是必須的。隨著社會經濟的快速發展，以及人們對住房的需求，無論質量上還是數量上，都越來越高，以及資源的日趨緊張，建筑結構必將向著高層建筑、大跨度結構發展，以滿足人們日益增長的物質需要。同時，社會越來越提倡可持續發展，現代化建筑產業也必將向著綠色建筑的方向發展。同時，鋼纖維混凝土具有顯著的經濟效益，如可縮短工期，提高工程質量等。因此，鋼纖維混凝土的應用必將越來越廣泛。隨著對建筑的要求越來越高，以及技術日新月異地發展，鋼纖維混凝土將向高強鋼纖維混凝土，鋼纖維增強預應力混凝土的方向發展。并且在將來的建筑工程領域必將占據這越來越重要的地位。

參考文獻

[1]周德喜，侯建國，崔蕾 《國內外鋼纖維混凝土受力性能研究評述》

[2]劉鑫，黃英 《鋼纖維混凝土性能與應用前景》

[3]王輝，廖晨彥 《鋼纖維混凝土的性能研究與應用》