鋼纖維混凝土性能與應用前景

胡鳳華

（哈爾濱金山實業(yè)集團有限公司，黑龍江 哈爾濱 150320）

1 鋼纖維的基本性質(zhì)

1.1 鋼纖維的類型及特征參數(shù)

鋼纖維按材質(zhì)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(guī)則形;按生產(chǎn)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(jié)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(jié)度所致，這就需要鋼纖維和混凝土能夠有力的結(jié)合，在混凝土基體的界面上有力的粘結(jié)才能夠保證二者的有機結(jié)合。粘結(jié)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(nèi)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(xiàn)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(nèi)部微裂縫的擴展和阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)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(yōu)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(yōu)越經(jīng)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?jié)B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(jīng)150次凍融循環(huán),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(jīng)過200次凍融循環(huán),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(zhì)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?jié)B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?jié)B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(zhì)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(zhì)量有所保證。

3.4 處于腐蝕環(huán)境中的構(gòu)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(gòu)件具有一定的腐蝕性，從而造成結(jié)構(gòu)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(gòu)件中會發(fā)揮重要的作用。

3.5 動力荷載作用部位和抗震結(jié)構(gòu)節(jié)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(jié)構(gòu)的框架節(jié)點等部位。

3.6 復雜應力部位

由于鋼纖維的結(jié)構(gòu)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(jié)語

經(jīng)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(jīng)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(zhì)量，同時在造價方面也降低了成本，對于工程后期的養(yǎng)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(fā)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(yōu)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(jié)構(gòu)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[2]張春漪.鋼纖維噴射混凝土試驗研究及其應用[J].鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設計與施工規(guī)程專題研究報告集.大連理工大學,1990.

[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.

[4]小林一輔著,蔣之峰譯.鋼纖維混凝土[J].冶金部建筑研究總院情報室.1984.