技術報告——鋼纖維混凝土

1、華北水利水電大學：趙順波華北水利水電大學：趙順波提綱：提綱：1.1.現行現行規(guī)范規(guī)范2.2.鋼纖維混凝土的特性鋼纖維混凝土的特性3.3.鋼纖維鋼纖維4.4.鋼纖維鋼纖維混凝土的配制混凝土的配制5.5.鋼纖維混凝土結構設計方法鋼纖維混凝土結構設計方法6 6. .鋼纖維混凝土的工程應用鋼纖維混凝土的工程應用鋼纖維鋼纖維混凝土混凝土（ steel fiber reinforced concreteSFRC）：）：在在水泥基混凝土中均勻水泥基混凝土中均勻摻入亂向分布的短鋼纖維形成的復合材料摻入亂向分布的短鋼纖維形成的復合材料。l鋼纖維混凝土鋼纖維混凝土JG/T3064-1999JG/T3064-199

2、9l纖維混凝土試驗方法標準纖維混凝土試驗方法標準CECS13:2009CECS13:2009l纖維混凝土結構技術纖維混凝土結構技術規(guī)程規(guī)程CECS38:2004CECS38:2004l纖維混凝土應用技術規(guī)程纖維混凝土應用技術規(guī)程JGJ/T221-2010JGJ/T221-2010增強、增韌、阻裂；鋼纖維做為微筋材增強、增韌、阻裂；鋼纖維做為微筋材防止和減少早期收縮裂縫，同時提高抗裂性和降低荷載裂縫寬度防止和減少早期收縮裂縫，同時提高抗裂性和降低荷載裂縫寬度 影響纖維增強效果的因素有：影響纖維增強效果的因素有： 基體強度基體強度 纖維體積率纖維體積率 纖維長徑比纖維長徑比 纖維與基體的粘結強度：

3、纖維形狀、基體強度纖維與基體的粘結強度：纖維形狀、基體強度 纖維排列方向：與應力方向的角度纖維排列方向：與應力方向的角度 纖維分布的均勻性：骨料粒徑影響、拌合均勻性纖維分布的均勻性：骨料粒徑影響、拌合均勻性纖維分布均勻性的影響很大，確?；炷涟韬衔锏木鶆蛐院褪┕ば阅?，防止纖維結團和分布不均十分重要。0.61.01.52.00.50.70.8分散系數鋼纖維體積率（%）彎拉強度（Mpa）分散系數0.60 0.65 0.70 0.75 0.807.08.09.010.011.0彎曲韌性彎曲韌性255075201000暴露時間 （h）406080100120140普通混凝土鋼纖維混凝土47h破壞138

4、h破壞水流速度：37m/s1050200400600重量損失率（%）15凍融循環(huán)（8次/日）8001000120014002025普通混凝土加氣混凝土（含氣量5.0-5.8%）W/C=0.5%0tt1%2tt1%t2%b）按材質）按材質：碳鋼型、低合金鋼型和不銹鋼型。碳鋼型、低合金鋼型和不銹鋼型。c）按形狀）按形狀：平直形和異形。異形鋼纖維可分為壓痕形、平直形和異形。異形鋼纖維可分為壓痕形、波形、端鉤形、大頭形和不規(guī)則麻面形等。波形、端鉤形、大頭形和不規(guī)則麻面形等。d）按抗拉強度）按抗拉強度：400級（抗拉強度不小于級（抗拉強度不小于400MPa，小于，小于700MPa）、）、700級（抗拉強

5、度不小于級（抗拉強度不小于700MPa，小于，小于1000MPa）、）、1000級（抗拉強度不小于級（抗拉強度不小于1000MPa，小于，小于1300MPa）、）、1300級（抗拉強度不小于級（抗拉強度不小于1300MPa，小于，小于1700MPa）、）、1700級（抗拉強度不小于級（抗拉強度不小于1700MPa）。）。a）鋼纖維的長度或標稱長度宜為）鋼纖維的長度或標稱長度宜為2060mm， 鋼纖維的直徑或等效直徑宜為鋼纖維的直徑或等效直徑宜為0.31.2mm， 鋼纖維的長徑比宜為鋼纖維的長徑比宜為30100。b）在高速鐵路、工業(yè)地坪等工程領域，也可采）在高速鐵路、工業(yè)地坪等工程領域，也可采用

6、標稱長度在用標稱長度在10mm15mm或或100mm120mm的鋼的鋼纖維或其他規(guī)格型號產品，但應根據工程對鋼纖維纖維或其他規(guī)格型號產品，但應根據工程對鋼纖維混凝土性能的要求，通過必要的試驗確定其配合比混凝土性能的要求，通過必要的試驗確定其配合比和施工工藝。和施工工藝。工程類別工程類別長度（長度（mm） 直徑（等效直徑）（直徑（等效直徑）（mm） 長徑比長徑比一般澆筑鋼纖維混凝土一般澆筑鋼纖維混凝土20600.30.93080鋼纖維噴射混凝土鋼纖維噴射混凝土20350.30.83080鋼纖維混凝土抗震框架節(jié)點鋼纖維混凝土抗震框架節(jié)點 35600.30.95080鋼纖維混凝土鐵路軌枕鋼纖維混凝土

7、鐵路軌枕30350.30.65070超高強鋼纖維混凝土超高強鋼纖維混凝土10-150.15-0.265-100路面、橋面路面、橋面30-600.3-0.950-100工業(yè)地坪工業(yè)地坪30-600.6-1.250-100鋼纖維混凝土應采用連續(xù)級配粗骨料，其最大粒徑不宜大于鋼纖維混凝土應采用連續(xù)級配粗骨料，其最大粒徑不宜大于26.5mm和鋼纖維長度的和鋼纖維長度的3/4。 l鋼纖維體積率應根據設計要求確定，且不應小于0.35%。使用高強度（700級）異形鋼纖維時，鋼纖維體積率一般不應小于0.25%，應用于工業(yè)地坪時，鋼纖維體積率不應低于0.20%。l按假定質量密度法確定鋼纖維混凝土配合比材料用量時

8、，可按下列公式計算：cpfg0s0woco1mmmmm%1000f0g0s0ssmmmmffo7800ml攪拌時，可采用將鋼纖維和粗細骨料、水泥先干拌，而后加水濕拌的方法或采用在混合料拌合過程中加入鋼纖維拌合的方法。 當鋼纖維體積率較高或混凝土強度等級在C50以上時，可適當延長 攪拌時間。)1 (fttkftkffffffdl/(1)ftmtmmfffa l=+鋼纖維對混凝土抗拉強度、彎拉強度的影響系數鋼纖維對混凝土抗拉強度、彎拉強度的影響系數鋼纖維品種鋼纖維品種纖維外形纖維外形基體強度等級基體強度等級atatm鋼絲切斷型鋼絲切斷型端鉤形端鉤形C20C450.761.13C50C801.031

9、.25鋼板剪切型鋼板剪切型平直形平直形C20C450.420.68C50C800.460.75異形異形C20C450.550.79C50C800.630.93鋼錠銑削型鋼錠銑削型端鉤形端鉤形C20C450.700.92C50C800.841.10熔抽異型熔抽異型 異形異形C20C450.520.73C50C800.620.91)12. 0077. 0944. 0(,fegftmfftmNlff)12. 00631. 0885. 0(,fegftmfftmNlff057. 0,)25. 01/(efftmfftmNff0516. 0,/)22. 01 (efftmfftmNff（1）（2）（3）

10、（4）上述公式適用：（1）民用機場、（2）軍用機場 （3）公路路面、（4）碼頭鋪面e fS=0.944-0.077lgN +0.12S=1.000-0.063lgNeeS=0.972-0.057lgNeS=1.039-0.072lgNS=0.989-0.057lgNeelgNS0.51.0234560.60.70.80.91.11123451鋼纖維普通混凝土，2層布式，3二級配3鋼纖維高強混凝土，3鋼纖維超高強混凝土kf,afRR 0WfMftk 結構設計方法結構設計方法第二類：按混凝土結構模式稍作修改，第二類：按混凝土結構模式稍作修改，引入考慮鋼纖維影響的修正項引入考慮鋼纖維影響的修正項 R

11、f（）以有關混凝土結構設計規(guī)范規(guī)定的承以有關混凝土結構設計規(guī)范規(guī)定的承載力函數為基礎，并考慮鋼纖維影響的鋼纖維混凝載力函數為基礎，并考慮鋼纖維影響的鋼纖維混凝土構件的承載力函數；土構件的承載力函數； fc據鋼纖維混凝土強度等級按有關混凝土結據鋼纖維混凝土強度等級按有關混凝土結構設計規(guī)范確定的混凝土強度設計值；構設計規(guī)范確定的混凝土強度設計值； fs鋼筋強度設計值；鋼筋強度設計值； f鋼纖維對承載力的影響系數。鋼纖維對承載力的影響系數。ffkscf,affRR 1xhxtftutftuff 矩形截面受彎承載力計算f AsyfAy sf fcf ftuMAsAstxaaax/hh0 x1asapa

12、sap( -f )Ap0pypf ApyppAApb 鋼纖維對梁受剪承載力提高主要來自下列因素：斜裂縫上鋼纖維作為微筋材的橋架作用，保持一定拉力并增大了骨料的咬合力，降低了箍筋的拉應力。鋼纖維使縱筋和箍筋的粘結力和握裹力提高，延緩了裂縫附近鋼筋的粘結滑移，增大了縱筋的銷栓作用，特別是鋼纖維的存在可以延緩甚至避免縱筋保護層剝離，使銷栓作用得以維持。增大了受壓區(qū)混凝土的極限壓應變，提高了壓區(qū)的抗壓能力和直剪能力。鋼纖維對梁抗剪的影響f=0f=1.0%鋼纖維混凝土梁剪切破壞延性提高pfcsVVVpopNV05. 00025. 1)1 (7 . 0hsAbhfVsvfvtfcs00)1 (175. 1

13、hsAfbhfVsvyvfvtfcs 沖切強度計算 h截面高度影響系數，當h80mm時，取h=1.0；當h2000mm時，h=0.9；中間內插； um臨界截面的周長，取為距局部荷載或集中荷載作 用面積周邊h0/2處的周長； p鋼纖維對沖切承載力的影響系數，對于剪切平直 型纖維可取p=0.45，當采用粘結性能好的纖維并有試 驗依據時，可提高p的值。0)1 (7 . 0hufFmpthlhhh沖切破壞錐體斜面線鋼纖維混凝土45hh抗沖切鋼纖維混凝土配置范圍 裂縫寬度跨越裂縫的纖維承擔拉力減低鋼筋應力增加鋼筋與混凝土間的粘結力，增大鋼筋應力傳遞長度，減小鋼筋與混凝土的應變差促使主裂縫間產生次裂縫，減

14、小主裂縫寬度降低混凝土的收縮fcwfdlWW1maxmax框架節(jié)點破壞形態(tài)框架節(jié)點破壞形態(tài)SFRC框架節(jié)點試件設計框架節(jié)點試件設計節(jié)點試驗裝置節(jié)點試驗裝置鋼纖維鋼纖維摻加范圍摻加范圍 123456789 荷 載 控 制 位 移 控 制n 循 環(huán) 次 數123位 移 延 性 系 數0123123加載制度加載制度滯回曲線滯回曲線 鋼纖維混凝土框架節(jié)點受剪和抗震性能研究鋼纖維混凝土框架節(jié)點受剪和抗震性能研究 剪力墻破壞形態(tài)剪力墻破壞形態(tài)150030030090032515018001500300300900100100400頂梁配筋圖墻板配筋圖4 16141504 146 124 14鋼纖維混凝土剪

15、力墻試件設計鋼纖維混凝土剪力墻試件設計加載裝置與加載制度加載裝置與加載制度滯回曲線滯回曲線 鋼纖維混凝土剪力墻結構承載能力和抗震性能研究鋼纖維混凝土剪力墻結構承載能力和抗震性能研究 鋼纖維局部增強高強混凝土板沖切性能研究鋼纖維局部增強高強混凝土板沖切性能研究 180018001800h試件尺寸及試驗裝置試件尺寸及試驗裝置破壞形態(tài)破壞形態(tài)SFHSC梁受彎破壞形態(tài)梁受彎破壞形態(tài) SFHSC梁剪切破壞形態(tài)梁剪切破壞形態(tài) 鋼纖維增強高強混凝土梁性能研究鋼纖維增強高強混凝土梁性能研究 鋼筋鋼纖維混凝土短柱在低周反復荷載作用下的壓彎性能研究鋼筋鋼纖維混凝土短柱在低周反復荷載作用下的壓彎性能研究 45721

16、910863+0.0007.68022.63034.63048.20061.870-0.50012.000鋼纖維混凝土采用范圍輝綠巖鑄石耐磨層（20020040）現澆鋼筋混凝土漏斗100 350065004000 400065003500 100210002115 1512518515 1513510101010814666628842050500/212103050451360/213201360/24510122050500/2 自應力鋼纖維混凝土自應力鋼纖維混凝土- -鋼筋混凝土疊合鋼筋混凝土疊合T T梁簡支轉連續(xù)體系梁簡支轉連續(xù)體系 模擬橋梁加固試驗模擬橋梁加固試驗 遼寧（簡支變連續(xù)梁

17、橋）遼寧（簡支變連續(xù)梁橋） 路面、跑道、橋面、碼頭鋪面路面、跑道、橋面、碼頭鋪面工業(yè)建筑地面工業(yè)建筑地面crftmertfRWMWM,1剛性防水屋面剛性防水屋面屋面板找平層隔離層鋼纖維混凝土防水屋面（普通）現澆鋼纖維混凝土干鋪油氈一層屋面板保溫層找平層鋼纖維補償收縮混凝土防水屋面油膏油麻預制樁預制樁 研究成果研究成果 建立了粗細骨料和鋼纖建立了粗細骨料和鋼纖維在水泥漿中離心沉降維在水泥漿中離心沉降運動的理論模型運動的理論模型研究了離心成型混凝土研究了離心成型混凝土中鋼纖維分布的運動規(guī)中鋼纖維分布的運動規(guī)律和受力機理律和受力機理托輪式鋼纖維混凝土離心成型技術托輪式鋼纖維混凝土離心成型技術 提出了

18、合理的離心提出了合理的離心成型技術及質量控成型技術及質量控制標準制標準 鋼纖維混凝土圓形薄壁結構離心成型技術鋼纖維混凝土圓形薄壁結構離心成型技術 技術難點技術難點 優(yōu)化鋼纖維優(yōu)化鋼纖維混凝土配合比混凝土配合比與離心成型工與離心成型工藝控制參數，藝控制參數，使鋼纖維沿圓使鋼纖維沿圓筒面均勻分布筒面均勻分布. 高度27m桿塔室內真型試驗 雙桿對拉試驗 離心成型鋼纖維混凝土桿塔計算理論、設計方法離心成型鋼纖維混凝土桿塔計算理論、設計方法 電桿在最后一級荷載下的變形 室外立式試驗 桿塔在最后一級荷載下的變形 工程名稱工程名稱鋼纖維使用部位鋼纖維使用部位鋼纖維型號鋼纖維型號龍灘水電站龍灘水電站地下廠房永久支護地下廠房永久支護RC-65/35-BNRC-65/35-BN水布埡水電站水布埡水電站導流洞，地下廠房導流洞，地下廠房RC-65/35-BNRC-65/35-BN瀑布溝水電站瀑布溝水電站導流洞導流洞RC-65/35-BNRC-65/35-BN構皮灘水電站構皮灘水電站地下廠房地下廠房RC-65/35-BNRC-65/35-BN二灘水電站二灘水電站地下廠房永久支護地下廠房永久支護ZP305ZP305