高性能钢纤维混凝土的应用及质量控制方案★

赵 转 师 伟 陈东佐

(1.运城职业技术学院，山西 运城 044000； 2.宇润房地产有限公司，山西 运城 044000)

高性能钢纤维混凝土的应用及质量控制方案★

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(1.运城职业技术学院，山西 运城 044000； 2.宇润房地产有限公司，山西 运城 044000)

介绍了高性能混凝土的应用背景和技术路线，对高性能钢纤维混凝土的优越性及强度计算方法进行了论述，讨论了高性能混凝土施工质量的控制方案，为进一步推广应用该材料提供了技术支撑。

高性能混凝土，钢纤维，强度，特点

0 引言

我国《民用建筑设计通则》规定普通房屋建筑的耐久年限为50年～100年。但是在现实生活中，相当大一部分建筑的实际寿命距设计通则的要求还有很大的距离。在2010年第六届国际绿色建筑与建筑节能大会上，中华人民共和国住房和城乡建设部的某位负责人说：“我国是每年新建建筑量最大的国家，却只能持续25-30年。”

反观英国，建筑的平均寿命达132年，美国达74年。这样看来我国在保证建筑工程质量的前提下，必须提高建筑的耐久年限。从20世纪以来，房屋建筑、桥梁、水利、公路等工程已把混凝土作为结构的首选材料，这样一来要提高混凝土建筑结构的耐久年限，就必须想方设法提高混凝土的耐久年限，从这种情况来看，普通混凝土远无法满足要求。

另一方面，从可持续发展的观点看，混凝土属于人造石，本身并不污染环境，但是由于每年的使用量巨大，导致其原材料——砂、石的过度开采，造成资源的严重破坏，还有房子使用年限远低于设计年限，过早拆除的混凝土垃圾也会对环境造成严重的影响。

因此研究和推广以耐久性为首要设计指标这种全新概念的混凝土已迫在眉睫。

1 高性能混凝土概述

1.1 高性能混凝土的定义

早在1950年5月NIST和ACI首次提出高性能混凝土(High Performance Concrete)的概念。但是到目前为止，各国对高性能混凝土提出的要求和涵义完全不同。但是综合各国对高性能混凝土的要求，一般认为，高性能混凝土是一类兼具高耐久性、较高的强度和耐火性、干缩性低、徐变低、体积安定性良好、施工性良好(具有良好的流动性、粘聚性、密实性)的特殊混凝土。

1.2 高性能混凝土的技术路线

高性能混凝土是在高强混凝土的基础上加入超细矿物活性掺合料，严格控制水胶比和水泥用量，用现代的技术和设备配置出的混凝土拌合物。在加入矿物活性掺合料的基础上再加入钢纤维，能够更有效的控制混凝土结构中的裂缝，同时还可以提高混凝土的抗拉强度和韧性。也就是说，高性能混凝土是在普通混凝土原材料的基础上，进行一定的改进、优化以及创新，全面提高混凝土的性能，以此满足生产和施工的需要。

2 高性能钢纤维混凝土的特点及在工程中的应用

高性能高强钢纤维混凝土(Fiber Reinforced High-strength Concrete)是把钢纤维与高强混凝土的有机结合，充分发挥两种材料各自的特点，是一种较为理想的高性能混凝土。其性能主要取决于钢纤维的体积率和界面的粘结性能。

2.1 高性能钢纤维混凝土的优越性

已有研究表明，高强钢纤维混凝土劈裂拉伸强度随着纤维体积率的增大而增大。然而对于普通混凝土，当钢纤维体积率相同时，钢纤维的增加并不能使混凝土的抗拉强度明显增大，这是因为普通纤维混凝土的界面粘结性能过早失效，不能很好的发挥出钢纤维的增强作用。因此，必须在钢纤维混凝土的结构应用时充分考虑基体素混凝土材料的性质，而高性能高强钢纤维混凝土能够充分发挥钢纤维与高强混凝土两种材料各自的特点，在工程中具有广泛的应用前景。一般来说，高性能钢纤维混凝土具有如下优越特性：

1)相对于普通混凝土来说，高性能钢纤维混凝土的抗裂、抗弯、抗冻、耐磨性大幅度的提高，因此可节省钢筋和混凝土的用量。

2)钢纤维的存在增大了混凝土的抗裂性能和抗冲击韧性，这是在高层建筑中使用的关键点。

3)钢纤维的存在还能延长混凝土的寿命，大大提高结构的耐久年限，减少维修费用及过早拆除的建筑垃圾。

2.2 钢纤维混凝土强度的计算方法

1)压缩强度。与普通混凝土相比，钢纤维混凝土的强度大大的提高了，钢纤维混凝土压缩强度的计算公式为：

(1)

其中，Fmax为钢纤维混凝土构件所受到的最大荷载值；A为钢纤维混凝土构件的横截面面积。

2)劈裂拉伸强度。钢纤维混凝土结构中抗剪、抗裂、抗扭等问题的研究都与混凝土的抗拉强度有很大的关系，因此研究和计算钢纤维混凝土的抗拉强度就很有必要，但是直接测定钢纤维混凝土的抗拉强度，由于对中很困难，所有我们一般采取劈裂拉伸的方法来间接测定钢纤维混凝土的抗拉强度。

按照CECS 13∶89钢纤维混凝土的试验方法中规定，钢纤维混凝土的劈裂拉伸强度的计算公式如下：

(2)

其中，Fmax为钢纤维混凝土构件所受到的最大荷载值；A为钢纤维混凝土构件的横截面面积。

3)剪切强度。随着新型工程结构的出现，钢纤维混凝土的抗剪性能已引起人们的重视，甚至某些国家已将混凝土的抗剪强度作为基本的力学性能指标。

按照CECS 13∶89钢纤维混凝土试验方法中规定，钢纤维混凝土的抗剪强度的计算公式如下：

(3)

其中，Fmax为钢纤维混凝土构件所受到的最大荷载值；b为钢纤维混凝土试件的平均宽度；h为钢纤维混凝土试件的平均高度。

2.3 工程应用实例

山西省运城市某新建写字楼的底层柱子、屋面板、梁柱节点、转换梁、筏形基础等部位，均使用了钢纤维混凝土，钢纤维混凝土用在高层结构中能够减少底层柱子的横截面面积，这样一来就可以避免短柱的出现，钢纤维混凝土在屋面板、筏形基础、梁柱节点处的应用，明显减少了水泥和水的使用量，使水化热也相应的减小，增大了混凝土的和易性，减少混凝土的徐变，提高结构的抗渗性，增强结构抗拉强度。钢纤维混凝土在这些特殊部位的使用，不仅发挥出自身的优点，而且还保证了整体结构的经济性。

3 施工质量的控制方案

为保证高性能钢纤维混凝土的施工质量，施工过程中应该严格遵守如下施工流程及要求：

1)搅拌。高性能混凝土通常在大型搅拌站集中拌制。必须严格按照施工配合比用电子计量系统进行称量，电子计量系统自动化程度已很高，能够很好的执行混凝土配比，每盘混凝土的偏差：胶凝材料为1%，骨料为2%，拌合用水为1%，外加剂为1%。搅拌的时间不宜低于2 min，也不宜高于3 min。这样拌制出的混凝土比较均匀，耐久性较好。

2)运输。采取相应的措施保证混凝土在运输过程中的均匀性。

3)浇筑。浇筑前，应认真检查混凝土配料单，核对配合比，检查混凝土的运输时间，测定混凝土的坍落度，结果准确无误时再进行浇筑。首先混凝土的入模温度为5 ℃～30 ℃，在浇筑时，为了防止发生离析现象，混凝土的自由倾落高度不得大于2 m，在竖向结构中自由高度不宜大于3 m，否则应采取串桶、振动溜管使混凝土下落。浇筑混凝土应采取分层和连续浇筑方式进行。

4)混凝土在运输、浇筑的过程中严禁加水。

5)新浇筑混凝土和邻近已浇筑混凝土的温差不应大于15 ℃。

6)振捣。混凝土在振捣时可采用的振捣设备有内部振捣器、外部振捣器、表面振动器和振动台等振捣设备。采用内部振动器，振动棒振捣混凝土应按分层浇筑的厚度进行振捣，振动前段应插入前一层混凝土，插入的深度不应小于50 mm，采取快插慢拔均匀振捣，当混凝土表面无明显塌陷、有水泥浆出现、不再冒气泡时，可结束该部位的振捣。

7)养护。混凝土在养护过程中应注意保温、保湿。养护时间一般不得少于14 d。

8)质量检测。混凝土在施工过程中，应注意检查混凝土拌合物的坍落度、水灰比、泌水率、入模温度；标注养护试件的抗压强度、相同条件下养护试件的抗压强度、电通量、抗渗性。

4 结语

探讨了钢纤维混凝土在实际工程中的应用，主要从钢纤维混凝土的特点、施工质量控制等方面进行了阐述。通过掺入钢纤维和高效减水剂的途径来配置的高性能混凝土，不仅改善了混凝土的性能，而且还大大降低了生产成本，据统计，高性能混凝土与其相同强度的高强混凝土相比，每平方米可节约32元～58.8元。按这个数据来算，如果运城按每年10万m2，高性能混凝土每年可节约320万元～588万元，这是一个相当庞大的数字，因此高性能混凝土的经济性以及良好的性能使其在不少工程中得以推广应用。

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[5] 冯乃谦.高强混凝土技术的发展和现状[J].混凝土与水泥制品，1992(9)：99-100.

On application of high-performance steel fiber concrete and its quality control scheme★

Zhao Zhuan1Shi Wei2Chen Dongzuo1

(1.YunchengVocationalCollege,Yuncheng044000,China; 2.YurunReal-EstateCo.,Ltd,Yuncheng044000,China)

The paper introduces the application background and technical routine for the high-performance concrete, indicates the advantages of the high-performance steel fiber concrete and its strength calculation methods, and discusses the controlling scheme for the construction quality of the high-performance concrete, so as to provide some technical support for the material.

high-performance concrete, steel fiber, strength, feature

2015-02-05★：山西省高等学校创新人才支持计划资助

赵 转(1984- )，女，硕士，助教； 师 伟(1987- )，男，工程师； 陈东佐(1949- )，男，硕士，教授

1009-6825(2015)11-0105-02

TU528.572

A