钢纤维混凝土性能与应用前景

胡凤华

（哈尔滨金山实业集团有限公司，黑龙江 哈尔滨 150320）

1 钢纤维的基本性质

1.1 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%。

1.2 钢纤维的主要性能

在钢纤维的主要性能中就包括了抗拉强度和粘结度，通过相关的试验表明，普通的混凝土之所以抗拉强度受到影响，不是因为钢纤维的强度不够，而是因为钢纤维被从混凝土中拔出而导致强度受损。所以说影响混凝土强度的原因是因为钢纤维的粘结度所致，这就需要钢纤维和混凝土能够有力的结合，在混凝土基体的界面上有力的粘结才能够保证二者的有机结合。粘结性强度的大小除了和基体的性能有关外，还和钢纤维自身的形状和截面有关。

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:

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。

2.1 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。

2.2 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%。

2.3 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。

2.4 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%。

2.5 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。

2.6 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。

3 钢纤维混凝土在水利水电工程中的应用

3.1 支护工程

在一般的隧洞或者山体工程中，支护建筑物需要具有较强的承受能力，而钢纤维混凝土在抗拉、抗弯和抗剪方面都具有极大的强度指标，在工程中，可以有很强的承载性。在实际的工程施工中，应用钢纤维混凝土可以减少施工量，钢纤维混凝土的用量可以降至九分之一左右，不仅减少了工程量，降低了施工成本，同时还缩短了工期，保证了工程的质量，在隧洞支护和山体支护中应用的比较广泛。

3.2 储水、防渗、输水管道工程

在储水、防渗和输水管道工程中，最主要的就是需要混凝土具有较强的抗渗性，不易开裂，并且收缩性能好，有利于对水的截流。而钢纤维混凝土都具有这些方面的特性，具有较高的抗渗性，不易开裂，所以在这些工程中得到了广泛的应用并取得了良好的效果。

3.3 高速水流冲刷磨损部位

在水利工程中，由于大部分的水工建筑物都是深埋水下的，那么在长期的使用过程中，水下建筑物就容易受到流水的冲刷和侵蚀，长此以往就会造成建筑物的损害而影响到使用质量。钢纤维混凝土具有较强的抗冲磨能力，所以可以应用在这些水工建筑物中，对工程的质量有所保证。

3.4 处于腐蚀环境中的构件

在有些水利工程需要建在海水中，那么海水对于相应的构件具有一定的腐蚀性，从而造成结构的损害，影响到建筑物的性能。而钢纤维混凝土具有很好的抗腐蚀性，所以将其应用到海水的构件中会发挥重要的作用。

3.5 动力荷载作用部位和抗震结构节点

由于钢纤维混凝土具有较高的抗拉强度、断裂韧性和抗疲劳等性能,因此,可用于承受动力荷载的机墩、抗震结构的框架节点等部位。

3.6 复杂应力部位

由于钢纤维的结构组成形式是呈三维乱向分布的，所以说在每个方位上都具有一定的韧性，可以承受来自各个方位的作用力。在工程中，钢纤维还比较容易浇注成型，一般可以替代钢筋而应用在工程中。由于其个方位上都具有承受力，所以一般在应力比较复杂的部位应用比较适合。

结语

经过改良后的钢纤维混凝土具有较高的性能，较普通混凝土的性能有了很大程度的提升，目前已经在我国的众多工程中得到了广泛的应用并取得了良好的效果。不仅在性能方面有所提升从而保证了工程的质量，同时在造价方面也降低了成本，对于工程后期的养护维修提供了方便。但是由于钢纤维混凝土在初始阶段的造价相对来讲要高一些，所以说对于有些工程来讲会因为初期成本较高而没有使用，其应该充分的考虑到应用钢纤维混凝土而带来的后期保障，应该看到更为长远的利益。随着科学技术的不断发展，对于钢纤维混凝土还会有更深入的研究，会在性能上更加优良，在成本上有所降低。

[1]赵国藩,彭少民,黄承逵等.钢纤维混凝土结构[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

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[4]小林一辅着,蒋之峰译.钢纤维混凝土[J].冶金部建筑研究总院情报室.1984.