钢纤维混凝土性能与应用前景(1)

摘要：钢纤维混凝土具有较高的抗拉强度和断裂韧性、抗疲劳等性能,容易浇筑成型,适用于水利水电工程中的复杂应力部位。

关键词：钢纤维 混凝土 性能 应用

钢纤维混凝土就是在普通混凝土中掺入适量钢纤维而成的一种新型复合材料,近年来在国内外得到迅速发展。它克服了混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、性脆等缺点,具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能,已在建筑、路桥、水工等工程领域得到应用。

一、钢纤维的基本性质

1.钢纤维的类型及特征参数

钢纤维按材质分,有普通碳钢钢纤维和不锈钢钢纤维,其中以普通钢钢纤维用量居多;按外形分有长直形、压痕形、波浪形、弯钩形、大头形、扭曲形;按截面形状分有圆形、矩形、月牙形及不规则形;按生产工艺分有切断型、剪切型、铣削型及熔抽型;按施工用途分有浇筑用钢纤维和喷射用钢纤维。
为满足钢纤维的增强效果与施工性能,通常采用钢纤维长度为15～60mm,直径或等效直径为0.3～1.2mm,长径比为30～100,纤维的体积掺量为0.5%～2%。

2.钢纤维的主要性能

钢纤维的主要性能包括抗拉强度与黏结强度。试验表明,由于普通钢纤维混凝土主要是因钢纤维拔出而破坏,并不是因钢纤维拉断而破坏,因此钢纤维的抗拉强度一般能满足使用要求,而其与混凝土基体界面的黏结强度是影响钢纤维混凝土性能的主要因素。黏结强度除与基体的性能有关外,就钢纤维本身而言,与钢纤维的外形和截面形状有关。

二、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:
钢纤维混凝土中乱向分布的短纤维主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻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。
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%～**。

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。当掺有1.5%钢纤维抗弯疲劳寿命为1×106次时,应力比为0.68,而普通混凝土仅为0.51;当掺有2%钢纤维混凝土抗压疲劳寿命达2×106次时,应力比为0.92,而普通混凝土仅为0.56。

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。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约20%,而其他条件相同的普通混凝土却下降60%以上,经过200次冻融循环,钢纤维混凝土试件仍保持完好。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。

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