鋼纖維混凝土就是在普通混凝土中摻入適量鋼纖維而成的一種新型復(fù)合材料,近年來在國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展。它克服了混凝土抗拉強(qiáng)度低、極限延伸率小、性脆等缺點(diǎn),具有優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗剪、阻裂、耐疲勞、高韌性等性能,已在建筑、路橋、水工等工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。

一、鋼纖維的基本性質(zhì)

1.鋼纖維的類型及特征參數(shù)

       鋼纖維按材質(zhì)分,有普通碳鋼鋼纖維和不銹鋼鋼纖維,其中以普通鋼鋼纖維用量居多;按外形分有長(zhǎng)直形、壓痕形、波浪形、彎鉤形、大頭形、扭曲形;按截面形狀分有圓形、矩形、月牙形及不規(guī)則形;按生產(chǎn)工藝分有切斷型、剪切型、銑削型及熔抽型;按施工用途分有澆筑用鋼纖維和噴射用鋼纖維。

        為滿足鋼纖維的增jx果與施工性能,通常采用鋼纖維長(zhǎng)度為15～60mm,直徑或等效直徑為0.3～1.2mm,長(zhǎng)徑比為30～100,纖維的體積摻量為0.5%～2%。

2.鋼纖維的主要性能

        鋼纖維的主要性能包括抗拉強(qiáng)度與黏結(jié)強(qiáng)度。試驗(yàn)表明,由于普通鋼纖維混凝土主要是因鋼纖維拔出而破壞,并不是因鋼纖維拉斷而破壞,因此鋼纖維的抗拉強(qiáng)度一般能滿足使用要求,而其與混凝土基體界面的黏結(jié)強(qiáng)度是影響鋼纖維混凝土性能的主要因素。黏結(jié)強(qiáng)度除與基體的性能有關(guān)外,就鋼纖維本身而言,與鋼纖維的外形和截面形狀有關(guān)。

二、鋼纖維混凝土的基本性能

        國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼纖維的作用機(jī)理和鋼纖維混凝土的基本性能做了大量的研究,現(xiàn)歸納如下: 
鋼纖維混凝土中亂向分布的短纖維主要作用是阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展和阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)展。在受荷（拉、彎）初期,水泥基料與纖維共同承受外力,當(dāng)混凝土開裂后,橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。因此鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優(yōu)越的物理和力學(xué)性能。 

1.強(qiáng)度和重量比值增大

          這是鋼纖維混凝土具有優(yōu)越經(jīng)濟(jì)性的重要標(biāo)志。

2 .具有較高的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強(qiáng)度 
          在混凝土中摻入適量鋼纖維,其抗拉強(qiáng)度提高25%～50%,抗彎強(qiáng)度提高40%～80%,抗剪強(qiáng)度提高50%～{bfb}。

3.具有{zy1}的抗沖擊性能

        材料抵抗沖擊或震動(dòng)荷載作用的性能,稱為沖擊韌性,在通常的纖維摻量下,沖擊抗壓韌性可提高2～7倍,沖擊抗彎、抗拉等韌性可提高幾倍到幾十倍。

4.收縮性能明顯改善

       在通常的纖維摻量下,鋼纖維混凝土較普通混凝土的收縮值降低7%～9%。

5.抗疲勞性能顯著提高

       鋼纖維混凝土的抗彎和抗壓疲勞性能比普通混凝土都有較大改善。當(dāng)摻有1.5%鋼纖維抗彎疲勞壽命為1×106次時(shí),應(yīng)力比為0.68,而普通混凝土僅為0.51;當(dāng)摻有2%鋼纖維混凝土抗壓疲勞壽命達(dá)2×106次時(shí),應(yīng)力比為0.92,而普通混凝土僅為0.56。

6.耐久性能顯著提高

       鋼纖維混凝土除抗?jié)B性能與普通混凝土相比沒有明顯變化外,由于鋼纖維混凝土抗裂性、整體性好,因而耐凍融性、耐熱性、耐磨性、抗氣蝕性和抗腐蝕性均有顯著提高。摻有1.5%的鋼纖維混凝土經(jīng)150次凍融循環(huán),其抗壓和抗彎強(qiáng)度下降約20%,而其他條件相同的普通混凝土卻下降60%以上,經(jīng)過200次凍融循環(huán),鋼纖維混凝土試件仍保持完好。摻量為1%、強(qiáng)度等級(jí)為CF35的鋼纖維混凝土耐磨損失比普通混凝土降低30%。摻有2%鋼纖維高強(qiáng)混凝土抗氣蝕能力較其他條件相同的高強(qiáng)混凝土提高1.4倍。鋼纖維混凝土在空氣、污水和海水中都呈現(xiàn)良好的耐腐蝕性,暴露在污水和海水中5年后的試件碳化深度小于5mm,只有表層的鋼纖維產(chǎn)生銹斑,內(nèi)部鋼纖維未銹蝕,不像普通鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕后,銹蝕層體積膨脹而將混凝土脹裂。

三、鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)與施工規(guī)程說明

       我國(guó)于1996年出版了《鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法》CECS13:89和《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》CECS38:92,但本規(guī)程只對(duì)鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)不同于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的專門要求作出規(guī)定。在進(jìn)行鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工時(shí),尚應(yīng)與《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》SL/T191-96和《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001配合使用。

四、鋼纖維混凝土在水利水電工程中的應(yīng)用

1.支護(hù)工程 
        鋼纖維混凝土由于抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度高,能承受較大的圍巖和土體的變形作用而保持良好的整體性,因此可用于隧洞支護(hù)、山體護(hù)坡等工程。如浙江省開化縣齊溪水電站有壓隧洞在兩個(gè)工程段內(nèi)采用噴射鋼纖維混凝土襯砌,使圍巖能在較大程度上發(fā)揮作用,減少了襯砌厚度,由原來的鋼筋混凝土襯砌厚度500mm減至鋼纖維混凝土噴襯厚度60mm,省去了鋼筋加工和綁扎工程量,同時(shí)不需立模和回填灌漿,造價(jià)由每延米1175元減至398元,施工工作量減少3/4。工程至今正常運(yùn)行。

2.儲(chǔ)水、防滲、輸水管道工程

        鋼纖維混凝土由于抗裂性能好、收縮率低,因而防水、防滲性能較好,可用于低壓輸水管、蓄水池、地下室防滲等工程。而在儲(chǔ)水和防滲結(jié)構(gòu)中鋼纖維混凝土可作防水層,有時(shí)也可兼作結(jié)構(gòu)層代替鋼筋混凝土。如浙江省余姚嶺水庫(kù)混凝土壩面多次出現(xiàn)裂縫、下游面局部出現(xiàn)滲水,在混凝土面層采用噴射鋼纖維混凝土,厚度50mm,達(dá)到了防滲效果,與高頻振蕩鋼絲網(wǎng)水泥砂漿防滲面板相比,具有工藝簡(jiǎn)單、施工方便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

3.高速水流沖刷磨損部位

       鋼纖維混凝土具有較高的抗沖磨、抗氣蝕能力,因此可用于溢洪道、消力池、閘底板等承受高速水流作用的部位。如:大渡河支流南椏河石棉二級(jí)電站,該電站是引水式徑流電站,1965年建成發(fā)電。當(dāng)年汛期后,沖砂閘底板和護(hù)坦被沖成深槽,最深處達(dá)0.7m,埋設(shè)的28mm鋼筋全部磨斷,1968年和1969年先后兩次用輝綠巖鑄石板、環(huán)氧混凝土、呋喃混凝土進(jìn)行修補(bǔ)加固對(duì)比試驗(yàn),除環(huán)氧混凝土在一個(gè)汛期內(nèi)磨損10～50mm外（后來也被沖毀了）,其余材料不到一個(gè)汛期全部被砸碎沖掉。1977年在毀壞處采用硅錳渣鑄石板、改性環(huán)氧砂漿、膠乳水泥砂漿、MC尼龍板、高強(qiáng)混凝土、鋼纖維混凝土等材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)試驗(yàn),結(jié)果表明鋼纖維混凝土是較好的抗沖耐磨材料。

4.處于腐蝕環(huán)境中的構(gòu)件

       鋼纖維混凝土具有良好的耐腐蝕性能,可用于海水等腐蝕環(huán)境中的閘門、輸水管道等構(gòu)件的防蝕層或結(jié)構(gòu)層。

5.動(dòng)力荷載作用部位和抗震結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)

        由于鋼纖維混凝土具有較高的抗拉強(qiáng)度、斷裂韌性和抗疲勞等性能,因此,可用于承受動(dòng)力荷載的機(jī)墩、抗震結(jié)構(gòu)的框架節(jié)點(diǎn)等部位。

6.復(fù)雜應(yīng)力部位

       鋼纖維混凝土中的鋼纖維一般呈三維亂向分布,沿每個(gè)方向都有增強(qiáng)和增韌作用。鋼纖維對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜應(yīng)力區(qū)增強(qiáng)是非常有利的,而且容易澆筑成型,比鋼筋更能適應(yīng)各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式。此外,鋼纖維限制混凝土裂縫的作用也是鋼筋不能相比的。因此,可用于大壩內(nèi)廊道、泄水孔等孔口復(fù)雜應(yīng)力區(qū)和牛腿等受彎構(gòu)件的抗剪以及板的抗沖切部位等。

7.部分應(yīng)用鋼纖維混凝土的水利水電工程

      浙江省淳安縣河村水庫(kù)泄洪洞支護(hù),浙江省文成縣百丈際水電站引水隧洞、葛洲壩二江泄水閘、三門峽泄水排砂底孔、貴州烏江渡水電站、江西大港水電站的工程修補(bǔ),湖南省永川市向阻壩渡槽局部槽身加強(qiáng),浙江省玉環(huán)縣四海閘閘槽二期,三峽臨時(shí)船閘閘槽二期,杭州市德勝壩閘門門體等。鋼纖維混凝土在以上工程應(yīng)用均取得良好效果。

五、結(jié) 語

        ①鋼纖維混凝土的優(yōu)越性能及在水利水電工程中成功的應(yīng)用表明:鋼纖維混凝土不但可以解決鋼筋混凝土難以解決的裂縫、耐久性等問題,而且用于輸水隧洞等工程可以大幅度降低造價(jià)。因此,鋼纖維混凝土在水利水電工程中具有廣闊應(yīng)用前景。 
        ②目前鋼纖維混凝土在應(yīng)用中主要的問題是鋼纖維生產(chǎn)成本較高,造成鋼纖維混凝土初始造價(jià)較高。為了使鋼纖維混凝土得到廣泛應(yīng)用,一方面,應(yīng)努力降低鋼纖維生產(chǎn)成本從而降低鋼纖維混凝土的造價(jià);另一方面,在應(yīng)用時(shí),不應(yīng)只計(jì)一次性投資,而應(yīng)考慮鋼纖維混凝土的優(yōu)越使用性能、較低的維修費(fèi)和使用壽命延長(zhǎng)等綜合經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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