钢纤维混凝土的性能及其应用实例

３．５ 耐久性能显著提高
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 & 掺有 １． ５％ 的钢纤维混凝土经 １５０ 次冻融循环 #其抗 压和抗弯强度下降 ２０％ # 而其他条件相同的普通混凝土 以上 # 经过 ２００ 次冻融循环 # 钢 纤 维 混 凝 土 却下降 ６０％ 试件仍保持完好 & 掺量为 １％ " 强度等级为 Ｃ３５ 的钢纤维 混凝土耐磨损失比普通混凝土降低 ３０％ & 美国对钢纤维混凝土与普通混凝土力学性能比较 的试验结果见表 １(
３．２ 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 ２4７ 倍 #冲击抗弯 " 抗拉等韧性可提高几倍到几十倍 &
４ 钢纤维混凝土的经济优势
钢纤维混凝土具有显著的经济技术效益 & 具体表现 在(
３．３ 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％ 5９％ &
成为外力的主要承担者 !横跨裂缝的纤维极大地限制了 混凝土裂缝的进一步扩展 " 由此可见 ! 纤维有效地克服 了混凝土抗拉强度低 # 易开裂 # 抗疲劳性能差等固有的 缺陷 " 鉴于纤维混凝土具有素混凝土不具有的优点 ! 纤维 混凝土尤其是钢纤维混凝土在实际工程中日益得到学 术 界 和 工 程 界 的 关 注 " １９０７ 年 原 苏 联 专 家 Ｂ． "．
９２$ 规范采用如下配合比（ 见表 ２） %
表 ２ Ｃ４０ # 坍落度 １４０ｍｍ2１６０ｍｍ $ 钢纤维混凝土 所用原材料及配合比
名称 水泥 砂 石 水 粉煤灰 外加剂 钢纤维
４０ｃｍ $ ) 插点均匀 & 成行列式或交错式前进 &以免过振或
漏振 ) 振棒保持距离侧模 ５$１０ｃｍ & 振棒每点振动时间 约 ２０%３０ｓ & 每次振动完毕后 & 边振边徐徐拔出振动棒 & 不将棒斜拔或横拔 & 也不在停止振动后才把棒拔出 & 以 免造成混凝土有空洞 ) 振捣器在每一位置的振动延续时 间以能使混凝土获得足够的密实度为宜 ) 但时间也不应 太长 & 要适可而止 & 其主要特征是混凝土表面泛出水泥 浆 ’气泡停止上冒和骨料不再沉落 & 此时即可停止振捣 ) 混凝土浇筑初凝后 & 立即进行养护 & 在养护期间 & 用麻袋 覆盖 & 淋水养护 ) 养护期间保持麻袋湿润 & 养护时间不少 于 １４ 天 ) 钢纤维混凝土养生 ２８ 天后 & 表面平整 ’ 光滑 ’ 颜色 正常 ’ 无裂缝 & ! 混凝土试件抗压强度检验报告 " 结果显 示 抗 压 强 度 代 表 值 最 小 值 为 ４７． ６Ｍ Ｐａ & 最 大 值 为
ｆ ｏｒ ｃｅｄ Ｃｏｎｃｒ ｅｔ ｅ） 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"
３９０ ７１４ ９９３ １７０ ６０ ９． ９ ６２． ９ 水胶比 １ 3 １． ８３ 4 ２． ５５ 5 ０． ４４ 6 ０． １５４ 7 ０． ００８ 8 ０． １６１ # 配合比 ０． ３９ $ & 试配强度为 ４８． ２Ｍ Ｐａ & 抗折强度为 ５． ０Ｍ Ｐａ )
表１
物理力学性质指标 极限抗弯拉强度 极限抗压强度 普通混凝土 钢纤维混凝土
Ａ 线长度为 ５４８ 米 #Ｂ 线长度为 ５６８ 米 & 其中东岸高架桥为 ２９． ７＋２９． ７３＋４G２９． ７ｍ六跨一
联预应力混凝土单箱双室直腹板连续箱梁 ’ 按逐孔施工 法施工 # 梁高 １． ５ｍ # 箱顶宽 １５ｍ # 底宽 １０ｍ # 悬臂 ２． ５ｍ ’西 岸高架桥为 ５H２４ｍ五跨一联等高截面普通钢筋混凝土 现 浇 连 续 箱 梁 ’ 梁 高 １． ６ 米 # 箱 梁 顶 宽 １５． ００ I１９． ６ｍ # 悬臂直线侧为 ２． ５ｍ # 加宽侧为 １． ６ｍ & 本工程的施工关键工序 ( 墩柱 " 箱梁 " 帽梁等的施工 质量及外观质量控控制 & 由于箱梁采用预应力混凝土 # 其面板厚度为 １２０J
水泥与混凝土
Baidu Nhomakorabea
广东建材 ２００５ 年第 ６ 期
钢纤维混凝土的性能及其应用实例
李国明 & 广州市五羊 $ 欣陆水泥制品有限公司 ’
摘 要 ( 钢纤维混凝土是一种新型的复合建筑材料 ! 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 ! 而且工程中钢纤维混凝土的配比与施工都比普通混凝土复杂 ! 本文介绍了 钢纤维混凝土的性能特点及在广佛出口放射线工程上的应用情况 ! 有关数据仅供参考 " 关键词 ( 钢纤维混凝土
３ 时 # 也能分布均匀 # 不结团 # 并能满足商品混凝土 Ｋ ｇ／ ｍ
３．４ 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 & 当掺有 １． ５％ 钢纤维抗弯疲劳寿命为
１ 6１０６ 时 # 应力比为 ０． ６８# 而普通混凝土仅为 ０． ５１’ 当 钢纤维混凝土抗压疲劳寿命达 ２7１０６ 时 # 应力 掺有 ２％ 比为 ０． ９２# 而普通混凝土仅为 ０． ５６&
搅拌站组织生产和现场泵送施工要求 &
５ 钢纤维混凝土应用实例
广州市内环路广佛出口放射线全程约 ５． ５ｋｍ # 整条 线路东自中山八路尾沿着广三铁路两侧设 Ａ "Ｂ 主线高 架桥， 途径珠江大桥东桥 $ 公铁两用桥 % # 向西南延伸至 芳村 & 广佛出口放射线分四个标段 # Ａ ６． １＋ 合同段主要 里程为 Ａ ０＋０００EＡ ０＋５４８． ２３ 和 Ｂ０＋０００FＢ０＋５６８． ９６ 段 #
２ 纤维混凝土的发展
纤维混凝土 （ Ｆｉ ｂｅｒ Ｒｅｉ ｎｆ ｏｒ ｃｅｄ Ｃｏｎｃｒ ｅｔ ｅ ! 简称
ｃｒ ｅｔ ｅ 简称 ＳＦＲＣ） 是在普通混凝土中掺入少量低碳钢 #
不锈钢和玻璃钢的纤维后形成的一种比较均匀而多向 配筋的混凝土 !是一种新型复合材料 " 钢纤维的掺入量按体积一般为 ｌ ％ #２％ ! 而按重量 计每立方米混凝土中掺 ６０$１００Ｋ ｇ 左右钢纤维 ! 钢纤维 的长度宜为 ２５%６０ｍ ｍ ｍ ! 直径为 ０． ２５&１． ２５ｍ ! 长度与直 径的最佳比值为 ５０’７００" 钢纤维混凝土中乱向分布的 钢纤维主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阴 滞宏观裂缝的发生和发展 " 在受荷 & 拉 # 弯 ’ 初期 ! 水泥 基料与纤维共同承受外力 ! 当混凝土开裂后 ! 横跨裂缝 的纤维成为外力的主要承受者 " 因此钢纤维混凝土与普 通混凝土相比具有一系列优越的物理和力学性能 " 具体 表现在 (
? 可取代或部分取代钢 筋 或 者 降 低 钢 筋 直 径 １ @ ２ｍ ｍ ’ A 在同等强度下可减少混凝土量 ２０％ B３０％ # 减薄
面层厚度 ’ 以上 # 提 高 工 程 质 量 # 降 低 工 C 缩短施工周期 ２５％ 程维修费用， 延长工程使用寿命 ’ D 钢纤维混凝土具有普通混凝土一样的施工性能 # 与普通的混凝土同样搅拌施工 # 不需要增添设备 # 不增 加 施 工 成 本 & 即 使 钢 纤 维 在 混 凝 土 中 掺 量 达 到 １２０
５"２６Ｍ Ｐａ ３５$５６Ｍ Ｐａ 抗剪强度 ４． ２Ｍ Ｐａ ４ ４ 弹性模量 ２%１０４&３． ５’１０４ Ｍ Ｐａ １． ５(１０ )３． ５*１０ Ｍ Ｐａ 热膨胀系数 ９． ９+１０． ８ｍ ／ｍ ｋ １０． ４,１１． １ ｍ ／ｍ ｋ ! ! 抗冲击力 ４８０Ｎ ｍ １３８０ Ｎ ｍ ! ! 抗磨指数 １ ２ 抗疲劳限值 ０． ５-０． ５５ ０． ８０.０． ９５ 抗裂指标比 １ ７ 韧性 １ １０/２０ 耐冻融破坏指标数 １ １． ９
２!５． ５Ｍ Ｐａ ２１#３５Ｍ Ｐａ ２． ５Ｍ Ｐａ
１８０ｍ ｍ # 为了保证结构承载力 # 设计决定在箱梁面板 " 箱 梁底腹板等部位用强度较高的 Ｃ４０ 钢纤维混凝土浇筑 # 体积率为 １． ５％ & 本工程所需混凝土采用商品混凝土 # 我
# !" #
水泥与混凝土
司结合 ! 公路工程水泥混凝土试验规程 "# Ｊ ＴＪ ０５３－ ９４ $ 和 ! 钢纤维 混 凝 土 结 构 设 计 与 施 工 规 程 "# ＣＥＣＳ３８ !
0８０％ $ Ｃ５０ 以上混凝土提高幅度显著 % # 抗拉强度提高 ５０％ 1１００％ 2８０％ #抗弯强度提高 ５０％ # 抗剪强度提高 ５０％ 3１００％ &
:抗裂和抗疲劳性能优异 ’ ; 能明显改善变形性能 ’< 韧性好 ’=抗磨与耐冻融有改观 ’> 强度和重量比增大 #
施工简便 # 材料性价比高 # 具有优越的应用前景和经济 性&
" !! "
广东建材 ２００５ 年第 ６ 期
水泥与混凝土
由此可以看出 ( 与素混凝土相比 # 钢纤维混凝土具 有更优越的物理和力学性能 (8 较高的弹性模量和较高 的抗拉 " 抗压 " 抗弯拉 "抗剪强度 ’9 卓越的抗冲击性能 ’
３．１ 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 # 其抗压强度提高 １０％
２０ 世纪 ４０ 年代 ! 美 # 英 # 法 # 德 # 日等国先后做了许多关
于用钢纤维来提高混凝土耐磨性和抗裂性 # 钢纤维混凝 土制造工艺 #改进钢纤维形状以提高纤维与混凝土基体 的粘结强度等方面的研究 "
３ 钢纤维混凝土的性能特点
钢 纤 维 混 凝 土 （ Ｓｔ ｅｅｌ Ｆｉ ｂｅｒ Ｒｅｉ ｎｆ ｏｒ ｃｅｄ Ｃｏｎ－
广东建材 ２００５ 年第 ６ 期
现水泡汽孔等现象 ) 为确保清水混凝土外观效果 & 所用 混凝土严禁在施工现场加减水剂 ) 浇筑混凝土时采用插 入式振动棒振捣 ) 振动棒垂直插入 &快入慢出 &插入混凝 土中的深度不得超过振动棒的工作部分 & 其移动间距不 应 大 于 振 动 棒 作 用 半 径 的 １． ５ 倍 # 作 用 半 径 ３０ #
力学性能 试配 浇筑
１ 前言
随着 １８２４ 年波特兰水泥的诞生 ! 在 １８３０ 年前后出 现了 （ 普通 ） 混凝土 （ Ｐｌ ａｉ ｎ Ｃｏｎｃｒ ｅｔ ｅ ! 简称 ＰＣ） ! 作为当 时的一种新型建筑材料 ! 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 （ Ｒｅｉ ｎ－
Ｈ ｅｋｐｏｃａＢ 开始用金属纤维增强混凝土 %１９１０ 年 ! 美国 Ｈ ． Ｆ． Ｐｏｒ ｔ ｅｒ 发 表 了 有 关 短 纤 维 增 强 混 凝 土 的 研 究 报
告 !建议把短钢纤维均匀地分散在混凝土中用以强化基 体材料 %１９１１ 年 ! 美国 Ｇ ｒ ａｈａｍ曾把钢纤维掺入普通混 凝土中得到了可以提高混凝土强度和稳定性的结果 % 到
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水泥基复合材料 " 它是将短而细 的 !具有高抗拉强度 # 高极限延伸率 # 高抗碱性等良好性 能的纤维均匀地分散在混凝土基体中形成的一种新型 建筑材料 " 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