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現(xiàn)代施工工藝中,采用鋼纖維混凝土,其優(yōu)點(diǎn)是:
1、硬度高。
2、抗風(fēng)化能力強(qiáng)。
3、抗沖擊能力強(qiáng)。
鋼纖維混凝土性能主要與鋼纖維的類型、摻量、長(zhǎng)徑比、砂率、粗骨最大粒徑、減水劑、摻合料等因素有關(guān)。為了滿足鋼纖維的高強(qiáng)度性能,一般鋼纖維長(zhǎng)度是15-60mm,直徑或等效直徑為0.3-1.2mm,長(zhǎng)徑比為30-100,纖維體積摻量為0.5-2%。鋼筋混凝土的配合比也是影響性能的因素之一。鋼纖維與混凝土的配合比=素混凝土抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)值×(1+鋼纖維對(duì)著強(qiáng)度系列×鋼纖維體積率×鋼纖維長(zhǎng)徑比),簡(jiǎn)化為fftm=ftm×(1+atm×pf×1f/df)。直接影響了混凝土的整體性和致密性。在施工過程中要嚴(yán)格控制混凝土的攪拌、澆筑和振搗、成型。攪拌需要遵循先后順序,首先把鋼纖維、水泥、粗細(xì)骨料攪拌均勻,然后加入水后再拌勻。澆筑最好在夜間進(jìn)行,避免產(chǎn)生溫度應(yīng)力。鋼纖維成型有粗骨料細(xì)、砂率大、纖維亂的特點(diǎn),所以拆模后要及時(shí)發(fā)現(xiàn)纖維外露或者是漏振,出現(xiàn)這種情況及時(shí)用真空吸水工藝、機(jī)械磨平等工藝對(duì)鋼纖維外露進(jìn)行修整。對(duì)施工過程中澆筑成型的混凝土進(jìn)行檢測(cè),滿足工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的要求。
二、鋼纖維混凝土在道路建設(shè)中的應(yīng)用
鋼纖維混凝土用于路橋的新建工程已經(jīng)是非常普遍的了。它具有減少鋪裝厚度、縱縫不設(shè)或者少設(shè)、減少橫向縮縫、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),完全符合路橋工程的要求。鋼纖維混凝土融合了混凝土和鋼纖維兩大優(yōu)勢(shì),在工程建設(shè)中不管是效率還是質(zhì)量都得到事半功倍的效果。不僅包括路橋的新建,還包括補(bǔ)修工程。公路隨著使用年限的增加,會(huì)出現(xiàn)破碎、斷裂等問題。這時(shí)候如果用普通混凝土澆注會(huì)使路面的整個(gè)地基下沉。而利用厚度為12cmC30型號(hào)的鋼纖維混凝土就能有效避免這個(gè)問題。它不僅能夠保障原有的路基不受到損害,還能控制路面的平整度和坍落度。鋼纖維混凝土在路面施工過程中要提升施工的速度,因?yàn)殇摾w維混凝土凝結(jié)的時(shí)間短,硬化快,一旦超過時(shí)間,混凝土就難以塑性。在澆筑和攤鋪的過程中不能加水,只能噴霧。鋼纖維混凝土的面板尺寸要符合設(shè)計(jì)要求,一般尺寸在6-10m之間,面積不能>9。當(dāng)鋼纖維摻量較大時(shí),取最大值;當(dāng)摻量較小時(shí),取最小值。
1新建全截面鋼筋混凝土應(yīng)用。全截面使用的鋼纖維混凝土和普通混凝土相比會(huì)厚到50%-60%,鋼纖維產(chǎn)量在0.8-1.2%。橫縫的間距在20-50m。
2新建復(fù)合式鋼筋混凝土應(yīng)用。復(fù)合式是路面鋪上2-3層,2層路面是在全路面板厚的上層鋪上鋼纖維混凝土,大概是總厚度的40%-60%。3層路面上下兩層都是鋼纖維混凝土,中間采用普通混凝土。這種鋪設(shè)方法能夠大大加強(qiáng)路面的承載力和使用壽命,三是鋪設(shè)工序復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)。這種鋪設(shè)方式一般在機(jī)械化設(shè)置條件較高的地區(qū)使用。
3碾壓鋼纖維混凝土路面。碾壓鋼纖維混凝土是一種比較新穎的制作方法,是把鋼纖維放在碾壓混凝土中來(lái)減少混凝土的裂縫夠橫抗彎曲骨架,從而提高路面的強(qiáng)度和韌性。
三、鋼纖維混凝土在橋梁施工中的應(yīng)用
鋼纖維混凝土在橋梁的運(yùn)用中也有很重要的性能,一是鋼纖維混凝土的耐久性、抗裂性、抗拉性都能增強(qiáng)橋梁橋面的耐久性、抗裂性、抗拉性,最重要的是能增加整座橋梁本身的受力強(qiáng)度。在上部主梁的設(shè)計(jì)中,運(yùn)用鋼纖維混凝土能夠減輕主梁自重,減少橋梁結(jié)構(gòu)的變形,使橋梁本身變得輕型。不僅能夠減少上部橋梁結(jié)構(gòu)原材料的費(fèi)用,還能減輕橋梁下部的承載力。橋梁墩臺(tái)本身就能利用鋼纖維進(jìn)行加固。橋梁通車時(shí)間長(zhǎng),對(duì)橋面和橋墩都會(huì)產(chǎn)生不同程度的損壞,利用鋼纖維混凝土能夠修補(bǔ)車輛對(duì)橋體造成的裂縫。同時(shí)鋼纖維混凝土的粘結(jié)性讓修補(bǔ)混凝土和原有混凝土充分粘結(jié)在一起加固了橋體。
四、結(jié)語(yǔ)
【關(guān)鍵詞】鋼纖維混凝土拌和澆筑
鋼纖維混凝土(Steel fiber reinforced concrete 簡(jiǎn)稱SFRC)是最近20年發(fā)展起來(lái)的一種復(fù)合型材料,具有良好的性能。應(yīng)用于道路路面工程,可以充分發(fā)揮其彎拉強(qiáng)度高,抗裂,抗疲勞, 耐磨,抗沖擊性能好的特點(diǎn),可取代鋼筋,減薄道面厚度,加大縮縫間距,縮短施工周期,提高工程質(zhì)量,降低工程維修費(fèi)用,延長(zhǎng)工程使用壽命。銑削鋼纖維道面混凝土具有普通混凝土一樣的施工性能,即使鋼纖維在混凝土中摻量達(dá)到120千克/立方米時(shí),也能分布均勻,不結(jié)團(tuán),并能滿足商品混凝土攪拌站組織生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)泵送施工要求。銑銷鋼纖維混凝土具有良好的材料性能,與普通混凝土相比,其抗壓1強(qiáng)度提高5%到20%;彎拉強(qiáng)度提高20%-50%;抗拉強(qiáng)度提高20%到40%;耐磨性能提高約40%。在人工快速試驗(yàn)條件下,銑銷鋼纖維摻量為30千克/立方米時(shí),收縮裂縫的總量是參比試件的40%到50%,在沖擊荷載作用下,銑銷鋼纖維混凝土的抗裂性能是普通混凝土的3到4倍,當(dāng)疲勞次數(shù)為100萬(wàn)次時(shí),其彎拉強(qiáng)度是普通混凝土的1.62到2.5倍。
一、 鋼纖維混凝土的性能及應(yīng)用
鋼纖維混凝土強(qiáng)度主要取決于基體強(qiáng)度(fm),纖維的長(zhǎng)徑比(lf/df),纖維的體積率(ρf),纖維與基體間的粘結(jié)強(qiáng)度(τ),以及纖維在基體中的分布和取向的影響(η),鋼纖維混凝土的強(qiáng)度f(wàn)f,半經(jīng)驗(yàn)半理論公式如下:
ff=F(fm;lfdf•f•ρf•τ•η)
鋼纖維混凝土因其優(yōu)良的力學(xué)性能,可以減薄鋪裝層厚度并相應(yīng)降低標(biāo)高;不設(shè)或少設(shè)縱縫、橫向縮縫提高了路面性能和行車舒適性,延長(zhǎng)路面使用壽命,減少維護(hù)費(fèi)用等諸多優(yōu)點(diǎn)。
鋼纖維混凝土在舊路基上使用,在充分利用其優(yōu)越的性能同時(shí)還能減少鋪裝后厚度,滿足標(biāo)高限制時(shí)使用,提高抗凍、美觀等作用。
二、 工程概況
甬(寧波)-金(金華)高速公路義烏段巖坑尖隧道群的長(zhǎng)隧道內(nèi)路面,原設(shè)計(jì)為水泥砼路面,但考慮到隧道外為瀝青砼路面,汽車在兩種路面上行駛時(shí)因摩擦系數(shù)發(fā)生改變,容易發(fā)生交通事故。最后經(jīng)過專家論證,采用20cm鋼纖維混凝土加4cm瀝青砼的復(fù)合路面,以保證路面的強(qiáng)度、舒適和安全等要求。
1、 配合比確定:由于本工程為高速公路,交通比較繁重,要求混凝土具有較高的抗彎拉抗折、抗疲勞強(qiáng)度。經(jīng)專家、設(shè)計(jì)等多方?jīng)Q定采用抗壓強(qiáng)度40Mpa,抗折強(qiáng)度為7Mpa,20cm厚的鋼纖維混凝土路面,實(shí)際施工配合比確定為:水泥∶水∶砂子∶石子∶鋼纖維=1∶0.48∶2.5∶2.05∶0.219。
2、 材料選用:鋼纖維混凝土用水泥為525號(hào)普通硅酸鹽水泥。石子粒徑5~15mm,含泥量
三、 下承層準(zhǔn)備
將找平層上的雜物清理干凈,對(duì)過高的部分進(jìn)行鑿除,然后對(duì)路面進(jìn)行清洗,并進(jìn)行測(cè)量放樣、立模。
四、 混合料拌和及運(yùn)輸
鋼纖維砼拌和料中,由于摻入一定量的鋼纖維,構(gòu)成為水、分散粘體和短線體的材料體系,其性能與普通混凝土有較大變化。為使鋼纖維在混凝土中分散均勻,采用二次投料三次攪拌法。先將石子和鋼纖維干拌1min,加入砂子、水泥再干拌1min,最后注水?dāng)嚢琛?倲嚢钑r(shí)間不超過6min,超攪拌會(huì)形成濕纖維團(tuán)。每次攪拌量應(yīng)在攪拌機(jī)公稱容量的1/3以下為宜。
混凝土運(yùn)輸采用自卸運(yùn)輸車,運(yùn)至施工地點(diǎn)進(jìn)行澆筑時(shí)的卸料高度不應(yīng)超過1.5m,以防混凝土離析。
五、 鋼纖維混凝土澆筑
模板采用12號(hào)角鋼支設(shè),并應(yīng)支設(shè)穩(wěn)固,接頭緊密平順,不得有離縫、錯(cuò)茬、不平等現(xiàn)象。模板面應(yīng)涂隔離劑,模板與基層在澆筑前應(yīng)灑水濕潤(rùn)。
鋼纖維混凝土采用人工攤鋪。攤鋪后用平板振動(dòng)器振搗,振搗的持續(xù)時(shí)間應(yīng)以混凝土停止下沉,不再冒氣泡并泛出水泥漿為準(zhǔn),且不宜過振。振搗時(shí)輔以人工找平,并隨時(shí)檢查模板,如有下沉、變形或松動(dòng),應(yīng)及時(shí)糾正。
混凝土整平采用振動(dòng)梁振搗拖平,再用鐵滾筒進(jìn)一步整平,不得有鋼纖維外露現(xiàn)象,做面分兩次進(jìn)行,先找平抹平,待混凝土表面無(wú)泌水時(shí),再做第2次抹平,抹平后沿模坡方向拉毛,拉毛深度1~2mm。
鋼纖維混凝土路面設(shè)有多種接縫。脹縫與路中心線垂直,縫壁必須垂直,縫隙寬度必須一致,縫中不得連漿,縫隙內(nèi)應(yīng)澆灌填縫料,并設(shè)置傳力桿和拉桿。當(dāng)混凝土達(dá)到強(qiáng)度25%~30%時(shí),采用切縫機(jī)進(jìn)行縮縫切割,切縫深3cm,縮縫每16m設(shè)置一道。
施工縫位置宜與脹縫或縮縫設(shè)計(jì)位置吻合,施工縫應(yīng)與路中心線垂直,并設(shè)置傳力桿。
對(duì)已澆混凝土板的縱縫縫壁涂刷瀝青,澆筑鄰板與其形成平頭縫,縱縫不設(shè)傳力桿。對(duì)脹縫、縮縫均采用10號(hào)石油瀝青,灌式填縫。
混凝土做面完畢后,應(yīng)及時(shí)采用濕法養(yǎng)護(hù);終凝后覆蓋草袋,每天均勻?yàn)⑺?,保持潮濕狀態(tài),養(yǎng)護(hù)14~21d。
【關(guān)鍵詞】鋼纖維混凝土性能試驗(yàn)對(duì)比 前景
1概述
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和公路交通事業(yè)的飛速發(fā)展,城市道路和國(guó)道干線公路上的車輛荷載及密度越來(lái)越大,行駛速度越來(lái)越快,以及人民日益提高的物質(zhì)和文化需要,人民對(duì)汽車行駛的舒適度越來(lái)越高,傳統(tǒng)的普通水泥混凝土路面越來(lái)越難以滿足人民群眾的需要。如用普通水泥混凝土修復(fù)路面雖有強(qiáng)度高,板塊性好,有一定的抗磨性及承受氣象作用的耐久性好等特點(diǎn),但它的最大缺陷是脆性大、易開裂、抗溫性差,路面板塊容易受彎折而產(chǎn)生斷裂,所以就要求路面面板應(yīng)有足夠的抗彎、抗拉強(qiáng)度和厚度。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(fù)合材料。這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成,顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能,具有較好的延性。用鋼纖維混凝土修筑路面、橋面,就是意將鋼纖維均勻地分散于基體混凝土中(與混凝土一起攪拌),并通過分散的鋼纖維,減小因荷載在基體混凝土引起的細(xì)裂縫端部的應(yīng)力集中,從而控制混凝土裂縫的擴(kuò)展,提高整個(gè)復(fù)合材料的抗裂性。同時(shí)由于混凝土與鋼纖維接觸界面之間有很大的界面粘結(jié)力,因而可將外力傳到抗拉強(qiáng)度大、延伸率高的纖維上面,使鋼纖維混凝土作為一個(gè)均勻的整體抵抗外力的作用,顯著提高了混凝土原有的抗拉、抗彎強(qiáng)度和斷裂延伸率。特別是提高了混凝土的韌性和抗沖擊性。實(shí)踐證明,采用鋼纖維混凝土這一新型高強(qiáng)復(fù)合材料,既可提高路面的抗裂性、抗彎曲、耐沖擊和耐疲勞性,而且可改善路面的使用性能,延長(zhǎng)使用壽命從而減少老路開挖,對(duì)節(jié)省工程造價(jià)等具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2鋼纖維混凝土優(yōu)點(diǎn)分析
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(fù)合材料。這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成,顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能,具有較好的延性。強(qiáng)度和重量的比值增大,這是纖維混凝土具有優(yōu)越經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo),也是它具有廣闊應(yīng)用前的重要保證??估瓘?qiáng)度和主要由主拉應(yīng)力控制的抗剪、抗彎強(qiáng)度明顯提高。變形性能明顯改善。由于鋼纖維對(duì)混凝土的阻裂作用,鋼纖維混凝土比素混凝土具有更好的軟化后性能和抗疲勞性能。
3鋼纖維混凝土的性能
普通鋼纖維混凝土的纖維體積率在1%~2%之間,較之普通混凝土,抗拉強(qiáng)度提高40%~80%,抗彎強(qiáng)度提高60%~120%,抗剪強(qiáng)度提高50%~100%,抗壓強(qiáng)度提高幅度較小,一般在0~25%之間,但抗壓韌性卻大幅度提高。
鋼纖維混凝土的性能(鋼纖維摻入率為2%)
序號(hào) 物理力學(xué)性能 與普通混凝土比較 序號(hào) 物理力學(xué)性能 與普通混凝土比較
1 抗壓強(qiáng)度 1.0~1.3倍 7 耐破損性能 有所改善
2 抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度 1.5~1.8倍 8 延伸率 約2.0倍
3 早期抗裂強(qiáng)度 1.5~2.0倍 9 韌性 40~200倍
4 抗剪強(qiáng)度 1.5~2.0倍 10 耐熱性能 顯著改善
5 疲勞強(qiáng)度 有所改善 11 對(duì)凍融作用的抵抗能力 顯著改善
6 耐沖擊性能 5~10倍 12 耐久性 密實(shí)性高,表面裂縫寬度不大于0.08m。
4同等條件下鋼纖維混凝土與普通混凝土試驗(yàn)對(duì)比分析
普通素混凝土試件抗壓試驗(yàn)破壞形態(tài) 鋼纖維混凝土試件抗壓試驗(yàn)破壞形態(tài)
普通素混凝土試件抗劈裂試驗(yàn)破壞形態(tài) 鋼纖維混凝土試件抗劈裂試驗(yàn)破壞形態(tài)
從抗壓試件中可以看出:素混凝土試件側(cè)面部分混凝土脫落,整體行差;加入鋼纖維的混凝土試件只有少許表層混凝土剝離,豎直方向出現(xiàn)少量裂縫,整體性較好。從劈裂試驗(yàn)中可以看出:素混凝土試件沿劈裂方向整體斷開,斷口較為平整,呈明顯脆性破壞形態(tài);加入鋼纖維的混凝土沿劈裂面有一條明顯的裂縫(整體并為斷開),整體完成性很好。經(jīng)試驗(yàn)得出加入了鋼纖維的混凝土比同標(biāo)號(hào)素混凝土抗壓強(qiáng)度提高了45.2%,劈裂強(qiáng)度提高了62%。
5應(yīng)用實(shí)例
5.1上海逸仙路高架收費(fèi)站廣場(chǎng):原設(shè)計(jì)為普通鋼筋混凝土,路面厚度為26 cm。后變更為鋼纖維混凝土,道面厚度16cm,鋼纖維摻量為45kg/m3。采用銑削型鋼纖維后,混凝土道面厚度減薄,且大大提高了抗沖擊性能和耐磨性能。
5.2上海浦東東方路:全長(zhǎng)4km ,路面采用銑削型鋼纖維增強(qiáng)混凝土,設(shè)計(jì)厚度16cm 。鋼纖維摻量為45kg/m3。該路通車至今已有13年,未出現(xiàn)斷板現(xiàn)象。經(jīng)計(jì)算,摻加鋼纖維后,混凝土路面厚度可比普通混凝土減薄三分之一,路面的耐疲勞性能成倍增加。
5.3南寧市外環(huán)高速公路(南壇高速公路):地處東南濕熱區(qū),日照時(shí)間長(zhǎng),雨量充沛,交通荷載及運(yùn)輸量大,特別是橋面混凝土,由于橋梁采用預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu),為了減輕橋面荷載,增強(qiáng)梁板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)提出使用鋼纖維混凝土對(duì)橋面進(jìn)行鋪裝。比普通混凝土路面厚度減薄40%~50%;橫向縮縫大大減少(鋼纖維混凝土路面韌性好,抗裂性能和抗拉性能好,抵抗溫度變化引起的變形能力強(qiáng),結(jié)構(gòu)性能好,故通??s縫按20~30m間距設(shè)置,最大間距可達(dá)50m以上,比普通混凝土路面長(zhǎng)5~6倍,甚至10倍。不僅可以節(jié)省縮縫處的維修費(fèi)用,而且可以大大減輕車輛通過縮縫時(shí)的震動(dòng))縱縫不設(shè)或少設(shè),延長(zhǎng)了路面的使用壽命,對(duì)節(jié)省工程造價(jià)等具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
5.4德克薩斯州胡德堡坦克停車場(chǎng)罩面工程、丹佛國(guó)際機(jī)場(chǎng)工程:前者使用鋼纖維混凝土作為罩面材料(施工面積2572平方米),使原來(lái)設(shè)計(jì)壽命的3-4年提高到了25年。后者使用了摻粉煤灰的鋼纖維混凝土,較少了機(jī)場(chǎng)鋪面厚度,大大降低了工程投資,同樣延長(zhǎng)了建筑物得使用壽命。在拉斯維加斯機(jī)場(chǎng)跑道中也采用了鋼纖維混凝土,同樣取得了成功,發(fā)揮了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效率。
在橋梁結(jié)構(gòu)中成功采用鋼纖維混凝土的有烏江橋、長(zhǎng)江三峽黃柏河橋等,由鐵道部研究院和太原軌枕廠、都勻橋梁廠研制的J22、S22預(yù)應(yīng)力鋼纖維軌枕已經(jīng)開始在鐵路系統(tǒng)廣泛實(shí)施,具有很到的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。此外在隧道、礦山巷道加固、橋梁裂縫處理、高層建筑鋼纖維混凝土樁、飛機(jī)庫(kù)的防護(hù)門、市政排水工程中的井蓋、雨水篦子等廣泛應(yīng)用,在各領(lǐng)域發(fā)展很有成效。
6目前形勢(shì)
混凝土骨料即建筑用砂石的質(zhì)量約占混凝土質(zhì)量的七成多,作為混凝土骨架材料,我國(guó)“開采和消耗自然資源的最大的產(chǎn)品,產(chǎn)用量居世界第一” 建材工業(yè)又是對(duì)天然資源和能源資源消耗對(duì)大氣污染最為嚴(yán)重的行業(yè)之一,是對(duì)不可再生資源依存度非常高的行業(yè)。大部分建筑材料的原料來(lái)自不可再生的天然礦物原料,部分來(lái)自工業(yè)固體廢棄物。據(jù)估計(jì),我國(guó)每年為生產(chǎn)建筑材料要消耗各種礦產(chǎn)資源70多億t,其中大部分是不可再生礦石、化石類資源,全國(guó)人均年消耗量達(dá)5.3t。鋼材和水泥是建筑業(yè)消耗最多的兩種建筑材料,消耗量分別占全國(guó)總消耗量的50%和70%。
7廣闊的前景
隨著國(guó)家節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的政策逐步落實(shí),混凝土行業(yè)面臨砂石料的嚴(yán)重緊缺,鋼纖維混凝土的出現(xiàn),極大程度上減少了單位砂石骨料的用量。天然砂石資源已經(jīng)不容我們無(wú)節(jié)制地開采下去了,尋找天然骨料的替代骨料將是節(jié)約天然砂石資源的有效途徑同時(shí)加上人造骨料、再生骨料在混凝土中的工程應(yīng)用技術(shù),鋼纖維混凝土憑借其各方的優(yōu)勢(shì)必然在現(xiàn)代城市建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
8結(jié)語(yǔ)
我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展面臨著能源和資源短缺的危機(jī),所以社會(huì)各行業(yè)必須始終堅(jiān)持節(jié)約型的發(fā)展道路,共建節(jié)約型社會(huì)。建筑業(yè)作為能源和資源的消耗大戶,更需要大力發(fā)展節(jié)約型建筑業(yè),其中建筑節(jié)材、新技術(shù)的應(yīng)用是其核心內(nèi)容之一。我國(guó)建筑業(yè)耗材現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外建筑節(jié)材實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們,我國(guó)建筑節(jié)材潛力巨大,技術(shù)可行,經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,前景十分廣闊。
1、《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊(cè)》(JTG F30-2003), 人民交通出版社,2007-11-01
2、傅智等《水泥混凝土路面施工技術(shù)》,同濟(jì)大學(xué)出版社, 2004-3-1
3、中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn),《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》,中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1992。
4、中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn),《鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法》,中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1989。
Abstract: The paper introduces the impact of steel fiber on concrete's mechanism strengthening and further discusses its impact on mechanical property and durability of concrete. At last, the author describes his expectation on the development of steel fiber reinforced concrete.
關(guān)鍵詞:鋼纖維混凝土;增強(qiáng)機(jī)理;力學(xué)性能;耐久性
Key words: steel fiber reinforced concrete;mechanism strengthening;mechanical property;durability
中圖分類號(hào):TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)21-0143-01
1鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)機(jī)理
鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)機(jī)理,一種是運(yùn)用復(fù)合力學(xué)理論。最先將復(fù)合力學(xué)理論用于鋼纖維混凝土的有:英國(guó)的R?N?Swamy,P?S?Mangat等。該理論將鋼纖維混凝土簡(jiǎn)化為鋼纖維和混凝土兩相復(fù)合材料,復(fù)合材料的性能為各相性能的加和值。復(fù)合力學(xué)理論僅適用于鋼纖維混凝土初裂前的情況,一旦基體開裂,該理論就不能適用了。
另一種是建立在斷裂力學(xué)基礎(chǔ)上的纖維間距理論。纖維間距理論的主要代表有:J?P?Romualdi,J?B?Batson和J?A?Mandel。該理論建立在線彈性斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)上,認(rèn)為混凝土內(nèi)部有尺度不同的微裂緩、空隙和缺陷,在施加外力時(shí),孔、縫部位產(chǎn)生大的應(yīng)力集中,引起裂縫的擴(kuò)展,最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。而在脆性基體中摻人鋼纖維后,有效地提高了復(fù)合材料受力前后阻止裂縫引發(fā)與擴(kuò)展的能力,達(dá)到纖維對(duì)混凝土增強(qiáng)與增韌的目的。
2鋼纖維對(duì)混凝土的物理力學(xué)性能的影響
2.1 鋼纖維混凝土抗壓性能一般情況下,鋼纖維對(duì)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度不明顯,在鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)的保守設(shè)計(jì)中,鋼纖維對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的改善作用可以忽略。
2.2 鋼纖維混凝土抗拉性能鋼纖維混凝土試件的劈裂抗拉強(qiáng)度隨鋼纖維體積率的增加而增加。
2.3 鋼纖維混凝土抗彎性能鋼纖維增強(qiáng)混凝土的抗彎性能主要包括初裂彎拉強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度、彎曲韌性和彎拉彈性模量等,其中初裂彎拉強(qiáng)度是反映鋼纖維增強(qiáng)混凝土初裂前阻裂能力的指標(biāo),彎拉強(qiáng)度是路面、道面等工程設(shè)計(jì)與工程質(zhì)量檢驗(yàn)和驗(yàn)收的主要指標(biāo)。通過對(duì)鋼纖維增強(qiáng)混凝土在彎曲荷載作用下的初裂彎拉強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度、彎曲韌性及彎拉彈性模量等抗彎性能的實(shí)驗(yàn),并與普通混凝土相比較表明:鋼纖維增強(qiáng)混凝土抗彎性能比普通混凝土有顯著的提高和改善。
2.4 鋼纖維混凝土抗剪性能混凝土的抗剪性能以抗剪強(qiáng)度為衡量指標(biāo)。影響鋼纖維混凝土抗剪強(qiáng)度的主要因素有混凝土基體、鋼纖維的品種、體積率、長(zhǎng)徑比及界面黏結(jié)狀況等。
2.5 鋼纖維混凝土抗沖擊性能鋼纖維增強(qiáng)混凝土的沖擊試驗(yàn),目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一的方法,常用的有受壓沖擊法和受彎沖擊法兩種,受彎沖擊法比較能反映鋼纖維增強(qiáng)混凝土的特性??傊?在沖擊荷載作用下,普通混凝土一旦裂縫出現(xiàn),隨即引起崩塌,其初裂和破壞時(shí)的沖擊次數(shù)(沖擊耗能)相近。鋼纖維增強(qiáng)混凝土則隨體積率的增大,不僅初裂次數(shù)增多,沖擊耗能增大,初裂強(qiáng)度提高,而且破壞時(shí)呈多點(diǎn)開裂,且裂而不斷。初裂與破壞沖擊次數(shù)(沖擊耗能)隨鋼纖維的體積率、長(zhǎng)徑比及基體強(qiáng)度等級(jí)的增大而提高。
2.6 鋼纖維混凝土彎曲疲勞性能當(dāng)混凝土中摻入適量的鋼纖維時(shí),鋼纖維將明顯的提高抗疲勞性能。鋼纖維混凝土疲勞方程與素混凝土疲勞方程的最大不同點(diǎn)是包含了鋼纖維體積率、鋼纖維長(zhǎng)徑比,即在混凝土基材中摻入不同體積率和長(zhǎng)徑比的鋼纖維。因此,鋼纖維混凝土的疲勞性能不僅受混凝土基材疲勞特性的影響,而且與鋼纖維的體積率、長(zhǎng)徑比有很大關(guān)系。其中長(zhǎng)徑比是影響疲勞壽命的重要因素。我國(guó)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中,沒有鋼纖維混凝土疲勞應(yīng)力系數(shù)的規(guī)定,只是簡(jiǎn)單套用較早的普通混凝土路面的疲勞方程,加上鋼纖維的體積率和長(zhǎng)徑比對(duì)疲勞性能的影響。
3鋼纖維對(duì)混凝土耐久性的影響
3.1 鋼纖維混凝土的抗凍性根據(jù)趙國(guó)藩等著的《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)》,鋼纖維體積率對(duì)混凝土的抗凍性影響十分明顯,其影響程度與混凝土基體強(qiáng)度等級(jí)或W/C大小有關(guān)。通過大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:鋼纖維對(duì)高W/C的混凝土比對(duì)低W/C的混凝土有更好的抗凍效果。因?yàn)閃/C越大,抗凍能力越低,鋼纖維對(duì)提高這類混凝土的抗凍效果就越突出。
3.2 鋼纖維混凝土的抗?jié)B性由大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:鋼纖維的摻入對(duì)于混凝土的抗?jié)B性有很大的改善?;炷恋目?jié)B性與其內(nèi)部的微裂縫有很大的關(guān)系。摻入鋼纖維后,由于纖維與混凝土之間的粘結(jié)作用,纖維降低了原生裂縫的發(fā)生;纖維的存在使得裂縫不能直通,阻礙了次生裂縫的發(fā)展。當(dāng)裂縫得不到發(fā)展而停留在微裂縫的階段,即可有效地阻止水的滲透,從而提高了混凝土的抗?jié)B性 。
3.3 鋼纖維混凝土的耐磨性研究指明,在混凝土中摻入鋼纖維,其耐磨能力高于混凝土基體的耐磨能力。采用鋼纖維混凝土強(qiáng)度等級(jí)為CF35,中砂,碎卵石,鋼纖維摻量為1%,制成50mm×50mm×50mm的鋼纖維增強(qiáng)混凝土試件與同類配合比的普通混凝土試件,同時(shí)在國(guó)產(chǎn)耐磨機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每轉(zhuǎn)動(dòng)10min,取三次磨耗損失質(zhì)量的平均值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鋼纖維增強(qiáng)混凝土的磨耗損失比普通混凝土的磨耗損失降低了30%左右,因此,鋼纖維增強(qiáng)混凝土更適用于有耐磨要求的橋面、路面、溢洪槽以及工業(yè)廠房地面等。
3.4 鋼纖維混凝土的抗腐蝕性鋼纖維混凝土一般采用低水灰比、低滲透性配合比,混凝土質(zhì)量一般較高,鋼纖維又能阻礙和約束裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。所以,腐蝕介質(zhì)很難侵入鋼纖維混凝土內(nèi)部,一般認(rèn)為鋼纖維混凝土具有良好的抗銹蝕性。鋼纖維混凝土的工程應(yīng)用有三十多年的歷史,至今未見因鋼纖維銹蝕而造成嚴(yán)重劣化或工程失效的報(bào)道。
4鋼纖維混凝土的發(fā)展
與普通的混凝土相比,鋼纖維造價(jià)較高,若能開發(fā)出更好的鋼纖維制造工藝,用較少的鋼纖維量達(dá)到更好的性能,必能降低成本,進(jìn)一步推廣鋼纖維混凝土的應(yīng)用。同時(shí),鋼纖維混凝土的增強(qiáng)機(jī)理并不完善,纖維間距理論忽略了纖維自身的耦合作用,復(fù)合材料理論忽略了纖維復(fù)合帶來(lái)的耦合效應(yīng),都有應(yīng)用局限性,需待進(jìn)一步的探討和研究。理論研究的不斷深入,也必將使鋼纖維混凝土有著更為廣闊的工程應(yīng)用前景,促進(jìn)我國(guó)鋼纖維混凝土的研究再上一個(gè)新的臺(tái)階。
參考文獻(xiàn):
[1]趙國(guó)藩,黃承逵.纖維混凝土的研究與應(yīng)用[M].大連:大連理工大學(xué)出版社,1992.