钢纤维混凝土

二.钢纤维混凝土拌合物的性能
１.钢纤维在混凝土中的分散均匀性
在拌合料中加入的钢纤维应充分分散均 匀，才能在混凝土中起到增强作用，如果 加入的钢纤维分散不均匀，将使混凝土缺 少钢纤维处或钢纤维结团处，不仅没有增 强作用，还会引起局部强度削弱。因此， 只有保证钢纤维在拌合料中分散均匀，才 能获得良好的增强效果。
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之分散均匀性
钢纤维混凝土拌合时，宜采用：
•先干拌后湿拌的方法，即将砂、水泥、石料 和钢纤维投入拌合简内，先进行干拌，使钢 纤维均匀分散于干拌合料中．然后加水和外 加剂溶液进行湿拌。
•用先投入水泥、砂、石、水，在拌合过程中 分散加入钢纤维的方法。为了提高分散性， 在投放钢纤维时，可用钢纤维分散机布料； 对于剪切型和圆直型钢纤维的投料，必要时 可采用分散机布料，否则容易出现钢纤维结 团和分布不均的现象。
2．钢纤维的技术性能
（1）抗拉性能 为保证钢纤维混凝土的质量，钢纤维应具
备一定的抗拉强度。从理论上说，为了保证钢 纤维在混凝土结构服役过程中不被拉断，从而 使混凝土具备足够的韧性，钢纤维高强混凝土 用钢纤维的抗拉强度值宜在550MPa以上。
一.钢纤维的种类及技术性能
这是最重
（2）粘结性能
要的
粘结强度为钢纤维与基体界面间单位面积 的粘结力。由于钢纤维混凝土在破坏时钢纤维 的破坏形态主要是被拔出而非拉断，因此提高 钢纤维在混凝土中的粘结强度具有十分重要的 意义。
图6纤维率对坍落度的影响
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性
② 水泥浆用量的影响（与普通混凝土类似） 在保持水灰比不变的情况下，单位体积
混凝土拌合料中，如水泥浆用量愈多，拌合 料的流动性愈好，反之较差。
但若水泥浆过多，则在单位体积内骨料 含量相对减少，将会出现流浆及泌水现象， 使拌合料的粘聚性及保水性变差。
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性
（2）钢纤维混凝土和易性的表示方法
坍落度法（坍落度不小于20mm） 维勃稠度法（5～30s） 倒置坍落度法（坍落度小于20mm，维勃
稠度小于10s）
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性
（3）影响钢纤维混凝土和易性的因素
① 钢纤维体积率和长径比的影响
钢纤维体积率增大后， 纤维的表面积加大， 拌合料内部摩阻力增 大，流动性减小，因 面表现出坍落度的减 小，和易性变差。长 径比增大，和易性变 差。
① 抗拉强度
混凝土基体受力前后裂缝变化分四个阶段。 即收缩裂缝、裂缝的受力引发、裂缝稳定扩展、 裂缝不稳定扩展四个阶段。
在混凝土基体中掺入钢纤维后，虽然这四个阶 段依然存在，但因钢纤维对混凝土的阻裂效应， 使这四个阶段的特征产生明显变化。其差异幅度 与纤维特性(体积掺量、直径、长径比、品种、 外形等)、混凝土基体特性(组成材料性能、基体 强度等级等)、两者相对含量和纤维－基体的界 面粘结等有关。
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之分散均匀性
(1)影响钢纤维分散均匀性的因素 ①钢纤维的体积率、长径比和品种的影响
图1钢纤维体积率对分散性 的影响
为使钢纤维在拌合 料中能分散均匀， 发挥其增强作用； 钢纤维的直径或等 效直径以 0.3～ 0.6mm，长度20～ 40mm，长径比 50～80为宜。
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之分散均匀性
如：钢纤维对阻止硬化混凝土裂缝扩展有良好 的效果，可以提高混凝土的抗拉强度和韧性， 改善混凝土抗冻、抗冲击性和疲劳耐久性等；
聚丙烯腈、聚丙烯等合成纤维在解决混凝 土早期塑性开裂、减少混凝土干燥收缩变形方 面具有十分独特的作用。
通过采用纤维增强，减少塑性裂纹的数 量和干缩变形的大小，改善了混凝土的 内在品质，使混凝土的抗渗性、抗冲击、 抗冻融、抗高温爆裂和抗疲劳等耐久性 得到显著提高，延长了结构的使用寿命。
回顾普通混凝土破坏特征：骨料破坏、 水泥石破坏、骨料－水泥石界面破坏，其 中以界面破坏最常见，其原因为在混凝土 形成过程中裂缝已经存在。
三.钢纤维混凝土硬化体的性能
1．钢纤维对混凝土强度的影响
钢纤维对混凝土诸强度的影响，都与钢
纤维对混凝土裂缝的影响有关。在混凝土 结构形成过程中，钢纤维阻止裂缝引发， 减少与缩小裂缝源尺度和数量；在受力过 程中，又抑制裂缝的引伸与扩展，缓和了 裂缝尖端应力集中程度。
纤维混凝土
讲授内容：钢纤维和合成纤维混凝土的 特点及技术性能；钢纤维和合成纤维混 凝土混凝土拌合物性能和硬化体性能。
重 点：结合普通混凝土，掌握影响钢 纤维混凝土拌合物性能的因素，钢纤维 对混凝土强度的影响；结合普通混凝土， 掌握钢纤维混凝土配合比设计的特点。
难 点：钢纤维混凝土、合成纤维混凝 土与普通混凝土的差异性。
（4）几点总结：
影响普通混凝土和易性的因素，也是影
响钢纤维混凝土和易性的因素。但是胶凝 材料的用量和砂率要比普通混凝土的大一 些。
除此以外，钢纤维体积率和长径比是最
主要的影响因素。
三.钢纤维混凝土硬化体的性能
强度：抗拉、抗折、抗压、抗剪。 抗冲击性。 变形：徐变、收缩变形。 耐久性。
三.钢纤维混凝土硬化体的性能
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之分散均匀性
④搅拌机械和投料方法的影响
试验表明，采用强制式搅拌机比自落式 搅拌机拌合效果好，钢纤维在拌合料中分 布较均匀。若用自落式搅拌机拌合时，钢 纤维往往容易结团，并且在搅拌机的鼓简 壁上粘结许多钢纤维砂浆团块不能自落， 下落较多的则是粗骨料，致使拌合不均匀， 因此拌合时宜选用强制式搅拌机为好。
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性
2.钢纤维混凝土的和易性 （1）回顾普通混凝土和易性知识：
拌合物和易性的测试方法为坍落度法和 维勃稠度法。
影响和易性的因素为：水泥浆稠度、 水 泥浆数量、 砂率、 水泥品种、 骨料、 时 间、温度和外加剂。
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性 图5 普通混凝土和易性的测试
②粗骨料粒径的影响
图2 粗骨料粒径对 抗折强度的影响
当钢纤维体积率为1%， 粗骨料粒径对抗折强度 影响较小，当体积率为 1.8％，其影响明显。 如粗骨料最大粒径为 15mm，可以得到最高 的抗折强度，而最大粒 径为25mm，则分散性 较差，抗折强度较低， 增强效果明显降低。
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之分散均匀性
三.钢纤维混凝土硬化体的性能 图8 抗折断裂模型
一.钢纤维的种类及技术性能
一.钢纤维的种类及技术性能
为什么将钢纤维做成不同的形状？
大量试验证明，当钢纤维混凝土破坏 时，大都是纤维被拔出而不是被拉断，因 此研究者们想了各种办法来改善纤维与基 体间的粘结。其中很重要的一条，就是改 善纤维的外形，做成异型钢纤维，以增强 纤维与基体间的咬合力，因而产生了波浪 形，变截面，哑铃形，端钩形等不同外形 的钢纤维品种。
本章参考书目
赵国藩，彭少民，黄承逵．钢纤维混凝土 结构．中国建筑工业出版社，2000年．
邓宗才．高性能合成纤维混凝土．科学出 版社，2002年．
汪澜．水泥混凝土组成、性能及应用．中 国建材工业出版社，2005年．
前言
1.纤维混凝土的种类：
钢纤维混凝土 合成纤维混凝土 玻璃纤维混凝土 天然纤维混凝土
试验还表明，为了获得一定的和易性，钢 纤维混凝土拌合料的砂率比普通水泥混凝 土的砂率要大。通常钢纤维混凝土拌合料 的砂率为40％～50％，才能保持拌合料有 良好的和易性。
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性
⑤ 其他因素
骨料 水泥品种 外加剂 含气量
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性
钢纤维混凝土的抗折强度或抗拉强度与钢纤维平 均间距有关。
图3 粗集料最大粒径对分散率的影响
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之分散均匀性 图4 粗集料最大粒径对分散系数的影响
③砂率、水灰比及用水量的影响
砂率增大
钢纤维分散性好
单位用水量增大 和水灰比增大
钢纤维分散性好
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之分散均匀性
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性
④砂率的影响（与普通混凝土类似，但数值有差 异）
砂率的变动会使骨料的空隙率和骨料的总表面
积有明显的改变，因而对拌合料的和易性产生较 大影响。
在水泥浆用量一定的条件下，若砂率过大，则
骨料的总表面积及空隙率增大，拌合料显得干稠， 流动性小。如砂率过小，砂浆量不足，不能在粗 骨料和钢纤维的周围形成足够的砂浆层起润滑作 用，将降低拌合料的流动性，影响拌合料的粘聚 性和保水性，容易造成离析和流浆现象。因此， 砂率既不能过大，也不能过小，常需通过试验确 定最佳砂率。
钢纤维混凝土在受荷载过程中，钢纤维
多为拔出，可消耗了大量的能量。
三.钢纤维混凝土硬化体的性能
关联图：
混凝土结构形成 过程中，钢纤维阻 止裂缝引发，减少
影 响
与缩小裂缝源尺度
裂
和数量
缝Leabharlann Baidu
的
数
在受力过程中，抑
量
制裂缝的引伸与扩展
和
，缓和了裂缝尖端应
尺
力集中程度。
寸
拔出钢纤维 消耗能量
对混凝土 增强
三.钢纤维混凝土硬化体的性能
真的是这样？ 有负面影响吗
第一节 钢纤维混凝土
钢纤维的种类及技术性能 钢纤维混凝土拌合物的性能 钢纤维混凝土硬化体的性能 钢纤维混凝土的耐久性 钢纤维混凝土的配合比设计
一.钢纤维的种类及技术性能
1.钢纤维的种类
（１）按长度分
亚短钢纤维：长度约为40～60mm
易成团，宜采用注浆法或分层灌浆法。
短钢纤维：长度为20～35mm
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性
③ 水泥浆稠度的影响（与普通混凝土类似） 水泥浆的稀稠，主要取决于水灰比的大
小，水灰比小者，水泥浆较稠，拌合料的流 动性较差，粘聚性较好，泌水较少。反之， 水泥浆较稀，拌合料的流动性较大，但粘聚 性和保水性变差。因此，水灰比不能过小， 也不能过大。试验表明，钢纤维混凝土拌合 料的水灰比，通常以0.40～0.50为宜，配制高 强钢纤维混凝土，水灰比可更小。
全掺入法施工，体积率一般不超过2% 。
超短钢纤维：长度在15mm以下
可提高纤维含量，有利于获得高强钢纤维混凝 土。
（2）按钢纤维的加工制造方法分类
熔抽法 ：美国 钢带剪切法 ：我国常用 冷拔钢丝切断法 机床铣削法：日本
一.钢纤维的种类及技术性能
一.钢纤维的种类及技术性能 （3）按外形分
通过合理的表面处理使钢纤维表面粗糙化，如
表面的磷化等。
通过压痕，将钢纤维做成异型等方法增加钢纤
维的凹凸。提高钢纤维与基体间的机械啮合力。
一.钢纤维的种类及技术性能
一.钢纤维的种类及技术性能
（3）抗弯性能 为防止在包装、运输、施工搅拌过程
中折断，钢纤维应满足一定的弯折性能 要求。检测钢纤维弯折性能的通用方法 是，在每批钢纤维产品中随机抽取10根 作为样品，逐根用手工绕直径为3mm的 圆形截面钢棒弯折90°一次，至少应有9 根试样不发生断裂。
三.钢纤维混凝土硬化体的性能 图7 钢纤维混凝土抗拉应力—应变曲线
三.钢纤维混凝土硬化体的性能
② 抗折强度 钢纤维混凝土的抗折强度，主要包括
抗折初裂强度、抗折极限强度及两者的差 值。
影响抗拉强度的因素同样对抗折强度也 有影响，且其影响规律相同，仅强度数值 不一。其中，初裂强度同样是反应钢纤维 混凝土裂前阻裂能力的重要标志。
二.钢纤维混凝土拌合物的性能之和易性
水泥浆用量的影响，实际上是用水量的影 响。当用水量加大时，拌合料变稀，流动性 增大，反之减小。在实际工程中，为增大拌 合料流动性而加大用水量时，必须保持水灰 比不变，即应同时增加水泥用且，否则将会 降低其质量。
在钢纤维混凝土中，水泥浆不仅要包裹骨 料的表面，而且还要有足够的水泥浆包裹钢 纤维的表面，因此水泥浆的用量比普通水泥 混凝土要多，即用水量和水泥用量要适当增 加。试验表明，为使钢纤维混凝土拌合料具 有良好的和易性，保证钢纤维混凝土有足够 的强度，其水泥用量一般应为360～450kg/m3。 配制高强钢纤维混凝土时胶凝材料用量会更 多。
二.为什么研究和使用纤维混凝土?
1.高强度混凝土应该是高抗裂的混凝土，但目 前高强度混凝土普遍存在收缩变形大、抗裂能 力低、脆性大的明显不足。此外，现代混凝土 工程由于多种原因，开裂问题已经显得很突出。 如何有效地解决混凝土的抗裂问题，己成为工 程界十分关注的热点课题。
怎么办？
2.目前国际上基本一致的认识是：纤维混凝土 是提高混凝土抗裂性和韧性的有效方法。