鋼纖維混凝土

1、鋼纖維混凝土分析學(xué)院：土木工程與建筑學(xué)院專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程班級(jí)：碩研2014級(jí)二班姓名：王亮學(xué)號(hào)：郵箱：鋼纖維混凝土分析王亮 混凝土是當(dāng)代應(yīng)用最廣泛、用量最大的建筑材料，混凝土強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的重要依據(jù)，普通混凝土因其抗拉強(qiáng)度低、易開裂、脆性大、變形性能差、自重大等因素，在工程中的應(yīng)用大受限制。采用纖維增強(qiáng)混凝土是混凝土改性的重要途徑之一，鋼纖維混凝土系指將短的、不連續(xù)的鋼纖維均勻亂向分散于混凝土中組成的可澆筑、可噴射成型的一種新型復(fù)合材料，其優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗剪、耐沖擊、耐疲勞、高韌性等性能被廣泛應(yīng)用于建筑、公路、水工等領(lǐng)域。1 鋼纖維混凝土的基本組成鋼纖維混凝土是由水泥、粗骨

2、料、細(xì)骨料、水以及亂向分布的鋼纖維組成的一種多相非均質(zhì)復(fù)合材料，加之以必要的外加劑，按一定的比例配制，經(jīng)凝結(jié)、硬化后形成。為簡便起見，我們簡化為鋼纖維、混凝土基體和外加劑組成的三相復(fù)合材料。2 鋼纖維混凝土的基本力學(xué)性能2.1 抗壓強(qiáng)度鋼纖維對(duì)基體混凝土的增強(qiáng)作用并不顯著。加入鋼纖維后，其抗壓強(qiáng)度隨鋼纖維含量的增加略有提高，但增量不大，一般提高幅度在10%以下。鋼纖維長度的選擇與最大石子粒徑關(guān)系密切，較大的石子粒徑和較短的鋼纖維會(huì)影響鋼纖維在混凝土中的取向與分布，容易造成鋼纖維的局部結(jié)團(tuán)，相當(dāng)于構(gòu)成了薄弱截面，此時(shí)加入鋼纖維反而會(huì)產(chǎn)生不利影響，造成鋼纖維與混凝土界面粘結(jié)性狀變差，其抗壓強(qiáng)度甚至

3、會(huì)比同配比的普通混凝土有所下降。2.2 抗拉強(qiáng)度鋼纖維對(duì)混凝土劈拉強(qiáng)度的增強(qiáng)效果要比對(duì)抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)效果顯著許多。鋼纖維混凝土28 d劈拉強(qiáng)度高于基準(zhǔn)混凝土，并隨著鋼纖維體積摻量的增加而增大。但鋼纖維的加入并不能有效提高混凝土早期劈拉強(qiáng)度。多項(xiàng)試驗(yàn)研究表明，當(dāng)鋼纖維摻量在1%2%體積率的范圍內(nèi)時(shí)，相應(yīng)的混凝土抗拉強(qiáng)度提高40%80%，并且不同等級(jí)的混凝土均呈現(xiàn)類似的規(guī)律。2.3 抗彎強(qiáng)度鋼纖維混凝土的極限抗彎強(qiáng)度比素混凝土高得多，前者的初裂抗彎強(qiáng)度甚至比后者的極限抗彎強(qiáng)度還要高。試件初裂后，受拉區(qū)裂縫寬度隨著荷載的增大而擴(kuò)大，達(dá)到極限強(qiáng)度后，它不像素混凝土那樣突然折斷，而是隨著裂縫寬度的繼續(xù)擴(kuò)

4、大而緩慢卸載。試驗(yàn)表明，影響鋼纖維混凝土極限抗彎強(qiáng)度的主要因素有:1)混凝土基體的強(qiáng)度；2)鋼纖維體積含量百分比(P)；3)鋼纖維長徑比(l/d)；4)鋼纖維與基體間的粘結(jié)應(yīng)力。2.4 抗沖擊性能鋼纖維混凝土有著良好的延性和控制混凝土裂縫的能力，其韌性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相應(yīng)素混凝土的韌性。從鋼纖維混凝土及其相應(yīng)素混凝土泊桑比的實(shí)測資料來看，鋼纖維混凝土的泊桑比要比其相應(yīng)素混凝土大7%左右。隨著鋼纖維含量的增加，鋼纖維混凝土的抗沖擊性能大幅度提高。當(dāng)鋼纖維含量為1.5%時(shí)，其抗沖擊能力提高近7倍。2.5 其他性能韌性是衡量塑性變形性能的重要指標(biāo)，在通常的纖維摻量下，其抗壓韌性可提高2倍7倍，抗彎韌性可提高

5、幾十倍到上百倍，彎曲沖擊韌性可提高2倍4倍，板式試件落球(錘)法擊碎試驗(yàn)所測得的沖擊韌性可提高幾倍到幾十倍。3 鋼纖維混凝土配合比3.1 配合比設(shè)計(jì)原則鋼纖維混凝土的配合比設(shè)計(jì)與普通水泥混凝土的配合比設(shè)計(jì)基本相同，應(yīng)在兼顧經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)滿足下列3項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求：3.1.1彎拉強(qiáng)度要求本項(xiàng)目鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求為：28d抗壓強(qiáng)度40Mpa，28d抗折強(qiáng)度5.5 Mpa3.1.2工作性要求短路段距離短，施工工作面小，根據(jù)施工現(xiàn)場要求，坍落度控制為30mm左右。3.1.3耐久性要求a）鋼纖維混凝土滿足耐久性要求最大的水灰比為0.47（高速公路），最小單位水泥用量為360 kg/m3。b）鋼纖維混凝

6、土嚴(yán)禁采用海水、海砂，不得摻加氯鹽及氯鹽類早強(qiáng)劑、防凍劑等外加劑。3.2配合比參數(shù)的確定3.2.1水灰比的確定根據(jù)規(guī)范提供公式與鋼纖維混凝土的設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度5.5MPa，計(jì)算得出水灰比為0.41。3.2.2鋼纖維的摻量本設(shè)計(jì)鋼纖維的設(shè)計(jì)摻量擬為40 kg/m3（體積率約為0.5%）。3.2.3砂率經(jīng)過多次試拌，在滿足強(qiáng)度和和易性的情況下，選擇合理的砂率為44%。3.2.4 用水量根據(jù)規(guī)范要求，初選單位用水量為160kg/m3。1.3.5水泥用量根據(jù)水灰比和初選單位用水量，得出單位水泥用量為380 kg/m3。按照配合比設(shè)計(jì)步驟給出了滿足施工要求的一組配合比如下表：水灰比水kg/m3水泥kg/m3

7、石4.7520kg/m3石2031.5kg/m3砂kg/m3鋼纖維減水劑砂率0.411603804186548420.51444 工程應(yīng)用實(shí)例上海虹橋機(jī)場高架車道鋼纖維混凝土道面的應(yīng)用七十年代以來，美、日等國曾分別將鋼纖維混凝土應(yīng)用于路面、橋面。實(shí)踐表明，它對(duì)于提高路面、橋面的抗裂性和耐久性，減少維修次數(shù)等均產(chǎn)生明顯技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1991年我所與上海隧道公司四處合作，在上海虹橋機(jī)場高架車道道面應(yīng)用鋼纖維混凝土獲得成功。工程概況:上海虹橋機(jī)場高架車道系新國際候機(jī)樓配套工程，是上海市1991年二號(hào)重點(diǎn)工程。全橋總長約490m，呈“門”型。其中正橋部分長約375m，為一現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)

8、構(gòu)，橋底板厚約40cm，臨近候機(jī)樓正橋部分道面總寬21.6m.，兩側(cè)人行道寬分別為1.6m和1.0m。進(jìn)入兩端彎道后橋面總寬為11.5m，路幅寬為7.0m，兩側(cè)人行道寬分別為3.5m和1.0m。該道面鋪裝層原設(shè)計(jì)為9.0cm厚的瀝青混凝土，后經(jīng)虹橋機(jī)場擴(kuò)建工程指揮部研究決定，道面改用10cm厚的鋼纖維混凝土來取代瀝青混凝土，以增強(qiáng)高架車道道面的抗裂性和耐久性，1991年10月21日開始施工至11月15日全部完工。澆筑鋼纖維混凝土道面共6400m，實(shí)際澆筑厚度視底層平整情況為1025cm，其工程量在國內(nèi)同類工程中尚屬最大。5 結(jié)語鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入適量亂向分布的短鋼纖維而形成的一種多相、多組分水泥基體新型復(fù)合材料。它克服