建筑工程钢纤维混凝土施工技术的应用

2016-03-16王志勇杨新爱

环球市场 2016年8期

关键词：钢纤维抗剪荷载

1.王志勇 2.杨新爱

1、410703197408172531 2、410782197102153579

建筑工程钢纤维混凝土施工技术的应用

1.王志勇 2.杨新爱

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在当今建设领域，钢纤维混凝土凭借其显著的优点，在大跨度桥梁、高层建筑、隧道等工程中广泛应用，由此带来的巨大技术经济优势和突出的社会效益，已经成为现代混凝土的一个重要发展方向。为此，本文主要对建筑工程钢纤维混凝土的特性及优点、施工技术应用进行了分析与探究。

建筑工程；钢纤维混凝土

新市场经济体制下，建筑行业的发展将对国民经济的增长造成极大的影响，这也是国家重视建筑建设的直接原因。建筑工程施工中材料与技术是其确保质量的主要因素，为此，施工单位必须重视施工材料的选用与技术水平的提升。钢纤维混凝土作为新型复合建筑材料，目前已经在桥梁道路工程、建筑工程等多个领域得到了广泛地应用与推广。相比普通混凝土，钢纤维混凝土具有良好的抗拉、抗剪、抗裂及耐冲击性能，其性能增强机理已经得到了符合力学理论和纤维间距理论的证实。

一、钢纤维混凝土的特性及优点

钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入适量乱向分布的短钢纤维而形成的一种多相、多组分水泥基体新型复合材料。它克服了混凝土的多项弱点，改善了混凝土的物理、力学性能，已在建筑、路桥、水工、海洋等工程领域得到应用。钢纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复合材料，由于优异的力学性能、化学稳定性、轻质高强、施工方便快捷、省力节时、施工工序简单、施工质量易于保证，而且进度快、工期短、补强后不改变结构外形，不显露补强痕迹，以及工程造价低等优点而被广泛地应用在建筑施工中。

1、力学强度。根据各国钢纤维混凝土资料分析，钢纤维对提高混凝土的抗压强度不显著，统计资料表明，钢纤维混凝土抗压强度仅提高了10%左右，但其受压韧性却大幅度提高。这是由于钢纤维的存在，增大了混凝土的压缩变形，提高了破坏时的韧性；试验表明，钢纤维混凝土的劈拉强度、抗剪强度、抗弯强度等均比普通混凝土有大幅度的提高。

2、钢纤维混凝土的韧性及抗裂性能。韧性是在材料受力破坏前吸收能量的性质。抗裂性是指钢纤维在脆性混凝土基体中减少裂缝和阻止裂缝开展的性质。混凝土中掺入钢纤维后，可减少塑性收缩和徐变，并且荷载作用时，随着荷载继续增加，超过混凝土所能承受的压力时，应力通过混凝土与钢纤维的粘结力传递给钢纤维，混凝土受到钢纤维的约束作用限制了新裂缝的发生，推迟了裂缝的扩展，因此钢纤维混凝土具有较好的韧性和抗裂性。

3、钢纤维混凝土的抗冲击性能。在动荷载作用下，钢纤维混凝土出现裂缝后，钢纤维会阻碍裂纹的扩展，一旦外部的钢纤维作用失效，钢纤维从混凝土中拔出，或达到屈服强度被拉断，新裂纹处的钢纤维又会承担阻碍裂纹扩展的工作，钢纤维被拔出或拉断都需要消耗大量的能量，体现了钢纤维混凝土的抗冲击能力。

4、钢纤维混凝土的耐磨性和耐久性。混凝土中添加钢纤维，还可以提高混凝土的耐磨性能。研究学者利用标号为 C35 普通混凝土和 CF35 的钢纤维混凝土制作成 5cm×5cm×5cm 立方体试件进行磨损试验，试验结果表明，钢纤维混凝土比普通混凝土的磨损损失降低了30%；钢纤维混凝土的耐腐蚀性、抗冻性均比普通的混凝土要好。

二、钢纤维混凝土施工技术在高层建筑中的应用

钢纤维混凝土是指掺加短钢纤维或合成纤维作为增强材料的混凝土，钢纤维的掺入能显著提高混凝土的抗拉强度、抗弯强度、抗疲劳特性及耐久性；合成纤维的掺入可提高混凝土的韧性，特别是可以阻断混凝土内部毛细管通道，因而减少混凝土暴露面的水分蒸发，大大减少混凝土塑性裂缝和干缩裂缝。

钢纤维混凝土采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，合成纤维混凝土优先采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥；钢纤维混凝土不得使用海砂，粗骨料最大粒径不宜大于钢纤维长度的2/3；喷射钢纤维混凝土的骨料最大粒径不宜大于10mm；纤维的长度、长径比、表面性状、截面性能和力学性能等应符合国家有关标准的规定，并根据工程特点和制备混凝土的性能选择不同的纤维。这种技术生产的混凝土适用于对抗裂、抗渗、抗冲击和耐磨有较高要求的工程。

1、高层建筑梁柱节点中应用钢纤维混凝土。钢纤维混凝土的梁柱节点框架比普通混凝土框架在延展性上提高57%，荷载次数提高15%，在因此在高层建筑梁柱节点上采用钢纤维混凝土既可以有效提高节点的抗震性能，提高了扁梁柱节点的强度和刚度以及初裂和极限承载力，改善节点的延性，又缓解了以往节点钢筋密度过大、施工困难等一系列技术难题。

2、联肢墙连梁中应用钢纤维混凝土。高层建筑中，剪力墙和框架结构组成了一个核心筒结构，其中联肢墙洞口的连梁不仅可以调节并且可以保证联肢墙的侧向刚度，有效的耗散地震能量，减少地震波对建筑物的损坏。因此，高层建筑设计中，设计师需要解决联肢墙连梁的延性问题。国内学者通过大量试验研究表明，如果在短梁混凝土中添加约1%的钢纤维，就能够改善混凝土的粘结能力，增强短梁的抗剪切效果，一旦出现动荷载或者荷载方向改变时，不容易出现剪切破坏，增强了短梁的抗震能力。

在高层建筑框架短梁混凝土中加入1%左右的钢纤维，能够极大的改善混凝土的粘结条件，提升短梁的抗剪能力，使原本极易发生剪切脆性破坏的短梁，在遭遇外力时改变为发生弯曲破坏，从而极大的提高了短梁抗震能力，也相应提高了高层建筑的稳定性。

3、高强混凝土柱中应用钢纤维混凝土。在高层建筑结构设计中，为了达到减少混凝土柱截面的面积，往往在结构柱底部使用高强度的混凝土，但是高强混凝土有个致命的缺点——脆性大，延展性差，不能发挥框架结构的抗震优势。人们往往希望在柱底部抗压强度很高的情况下，还能够提高构件的抗震能力，研究学者采取了很多方法，如在混凝土柱底部设置套箍，增强柱的抗剪能力；而在高强混凝土中添加适量的短钢纤维，利用短纤维的粘结力，增强混凝土的抗剪效果，减少混凝土内部微裂纹的形成，可见，在高强混凝土中添加适量的钢纤维，能够极大的提高混凝土的延性和抗震性。