钢纤维混凝土发展及现状

摘要：纤维混凝土是一种是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合建筑材料。其物理和力学性能优于普通混凝土，在建筑工程界具有很大的实用价值，鉴于其结构形式不同将其大致分为四类，而本文重要简述四种中的一种——钢纤维混凝土的研究现状和发展动态。

关键词：钢纤维钢纤维混凝土

１前言

随着1824年波特兰水泥的诞生，在1830年前后出现了混凝土，作为当时的一种新型建筑材料，就广泛地应用于土木和水利工程。尤其是在19世纪中叶以后，伴随着钢铁的发展，人们把钢筋和混凝土结合起来，诞生了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料，大大提高了结构的抗裂性能、刚度、承载能力和耐久性，从而使建筑业经历了一场革命。尽管混凝土的固有优点是高抗压强度，然而它也有固有弱点——如构件的自重大、易于塑性干缩开裂、抗疲劳能力低、韧性差、抗拉强度低(一般仅为抗压强度的7%－14%)、易产生裂纹、抗冲击碎裂性差等，限制了在工程中的使用范围。这些弱点随着混凝土强度的提高显得尤为突出。因此，长期以来许多专家和学者不断探索改善混凝土性能(主要是提高抗拉性能，增强耐久性)的各种方法和途径，于是，提出了一种以传统素混凝土为基体的新型复合材料——纤维混凝土。

2 纤维混凝土的发展和现状

纤维混凝土(Fiber Reinforced Concrete，简称FRC)，是纤维增强混凝土的简称，通常是以水泥净浆、砂浆或者混凝土为基体，以金属纤维、无机纤维或有机纤维增强材料组成的一种新型建筑材料，钢纤维混凝土就是其中一种。纤维在混凝土中限制混凝土早期裂缝的产生及在外力作用下裂缝的进一步扩展。在纤维混凝土受力初期，纤维与混凝土共同受力，此时混凝土是外力的主要承担者，随着外力的不断增加或者外力持续一定时间，当裂缝扩展到一定程度之后，混凝土退出工作，纤维成为外力的主要承担者，横跨裂缝的纤维极大的限制了混凝土裂缝的进一步扩展。由此可见，与普通混凝土相比，纤维混凝土具有较高的抗拉、抗弯拉、抗冲击、抗阻裂、抗爆和韧性、延性等性能，同时抗渗、防水、抗冻、护筋性等方面也很强。到目前，随着钢纤维混凝土的推广应用，因纤维在混凝土中的分布情况不同，主要有四类：钢纤维混凝土、混杂纤维混凝土、层布式钢纤维混凝土和层布式混杂纤维混凝土。

3、钢纤维混凝土的基本性能

国内外对钢纤维的作用机理和钢纤维混凝土的基本性能做了大量的研究,现归纳如下:

1.强度和重量比值增大。这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。

2.具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度。在混凝土中掺入适量钢纤维,其抗拉强度提高25%～50%,抗弯强度提高40%～80%,抗剪强度提高50%～100%。

3.具有卓越的抗冲击性能。材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能,称为冲击韧性,在通常的纤维掺量下,冲击抗压韧性可提高2～7倍,冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。

4.收缩性能明显改善。在通常的纤维掺量下,钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%～9%。

5.抗疲劳性能显著提高。钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。

6.耐久性能显著提高。钢纤维混凝土除抗渗性能与普通混凝土相比没有明显变化外,由于钢纤维混凝土抗裂性、整体性好,因而耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。例如，掺量为1%、强度等级为CF35的钢纤维混凝土耐磨损失比普通混凝土降低30%。掺有2%钢纤维高强混凝土抗气蚀能力较其他条件相同的高强混凝土提高1.4倍。钢纤维混凝土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性,暴露在污水和海水中5年后的试件

碳化深度小于5mm,只有表层的钢纤维产生锈斑,内部钢纤维未锈蚀,不像普通钢筋混凝土中钢筋锈蚀后,锈蚀层体积膨胀而将混凝土胀裂。

4、钢纤维混凝土的应用

（一）水利工程。钢纤维混凝土在水利工程中的应用比较广泛，主要将其用于受高速水流作用以及受力比较复杂的部位，如溢洪道、泄水孔、大坝防渗面板及护坡等。这些部位对混凝土材料自身的抗拉强度、抗剪强度以及抗裂性能的要求都比较高，也正发挥了钢纤维混凝土的自身优势。

（二）建筑工程。钢纤维混凝土在建筑工程中的影响越来越广泛，一般应用于房屋建筑工程、预制桩工程、框架节点、屋面防水工程、地下防水工程等工程领域中。例如，抗震框架节点中使用钢纤维混凝土，能代替箍筋满足节点对强度、延性、耗能等方面的要求，而且还能提供类似于箍筋约束混凝土的作用，并解决节点区钢筋挤压使混凝土难于浇注的施工问题。（三）道路和桥梁工程。钢纤维混凝在道路和桥梁工程方面，主要广泛应用于路面、桥梁、机场跑道等工程中，包括新建及修补工程。钢纤维混凝土较普通混凝土有较好的韧性，抗冲击、抗疲劳性。它可使面层厚度减少，伸缩缝间距加长，使用性能提高，维修费用减低，寿命延长。

（四）铁路工程。在铁路工程方面，钢纤维混凝土主要用于预应力钢纤维混凝土铁路轨枕、双块式铁路轨枕及抢修铁路桥面防水保护层中。铁路工程承受较大的荷载、较高的速度和数万次的振动，所以要求混凝土必须具有较高的强度、较高的抗冲击性及较大的塑性。这正好利用了钢纤维混凝土的抗冲击性及较好的塑性。

（五）港口及海洋工程。钢纤维混凝土在海洋工程中的使用主要是钢纤维混凝土的腐蚀问题，所以有待进一步研究，但在日本使用经验是令人鼓舞的。如日本钢铁俱乐部采用钢纤维混凝土作钢管桩防腐层，在海水中浸泡10年，钢纤维混凝土防腐完好，钢管表面无锈蚀，仍有金属光泽。

除了上述领域外，还有很多钢纤维混凝土的应用的实例，如承受重级工作制造工业厂房和仓库地面、薄壁蓄水结构、预制板、离心管、污水井、游泳池、耐火混凝土和耐火材料、抗爆结构、各类建筑物和构筑物的修补、补强加固、抗震加固等。

5、结束语

①钢纤维混凝土具有普通混凝土不具有的优点，且具有良好的经济效益，其在民用建筑楼地面、公路路面、预制构件水利工程、港口码头、机场跑道和停机坪、桥梁隧道以及各种构筑物等方面的应用前景将是十分广阔的前景。

②目前钢纤维混凝土在应用中主要的问题是钢纤维生产成本较高,造成钢纤维混凝土初始造价较高。为了使钢纤维混凝土得到广泛应用,一方面,应努力降低钢纤维生产成本从而降低钢纤维混凝土的造价;另一方面,在应用时,不应只计一次性投资,而应考虑钢纤维混凝土的优越使用性能、较低的维修费和使用寿命延长等综合经济效益。