钢纤维混凝土在建筑工程中的应用浅析
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摘要:钢纤维混凝土是指在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的新型复合建筑材料。与普通混凝土相比，钢纤维混凝土的抗拉、抗弯和抗剪等强度有显著提高，同时还具有较好的抗冲击韧性、抗疲劳性及耐久性。虽然它已被广泛应用于建筑工程、道路桥梁工程、水利工程、港口工程、矿山工程、交通工程等项目并取得了良好效果，但对其应用仍有较大提升空间。
关键词：钢纤维混凝土；抗弯；抗冲击
中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号：
一、钢纤维混凝土物理与力学性能的影响因素
1.钢纤维的硬度
钢纤维的表面硬度较高，在混凝土搅拌的过程中，很少发生弯曲现象。如果钢纤维的材质较脆，搅拌中钢纤维就易折断，从而影响其增强效果，因此，优质的钢纤维混凝土，要有较高的硬度。
2 . 钢纤维和混凝土之间的粘结强度
钢纤维混凝土受到的破坏主要是钢纤维会从混凝土中分离出来。因此，为了保证钢纤维混凝土良好的性能，就要提高钢纤维和混凝土两者之间的粘结强度。提高它们之间粘结强度主要有以下几种方法：①将钢纤维压成波形，增强机械粘结力；②将钢纤维的两端制成大头型或弯钩型，增强其机械咬合力；③使钢纤维表面变得粗糙，以增加两者之间的摩擦力。
3.钢纤维的耐腐蚀性
钢纤维的腐蚀会导致钢纤维混凝土的破坏。振捣密实的混凝土，内部的钢纤维不易发生腐蚀，但是暴露在混凝土表面的钢纤维，易发生腐蚀。因此，为了保证钢纤维混凝土良好的性能，需要对钢纤维进行防锈处理。
4.钢纤维的抗拉性能
由于混凝土基体的抗拉性很差，因此，为了使钢纤维混凝土具有良好的抗拉性能，需要钢纤维要有足够的抗拉强度。一般来说，钢纤维在破坏时承受的最大拉应力为100 ～ 300MPa，其抗拉强度能够满足使用要求。另一方面，提高钢纤维的掺量能有效地提高钢纤维混凝土的抗拉强度，如掺入钢纤维的体积率提高1%～2%时，混凝土的抗拉强度将会提高了40%～80%。
5.钢纤维的抗压性能
钢纤维混凝土的抗压强度主要取决于混凝土基体的性能。加入钢纤维之后，钢纤维混凝土的抗压强度随加入钢纤维的含量有所增加，但增幅不大；而且当钢纤维的含量过大时，混凝土的和易性会变差，内部裂缝增多，抗压强度反而下降。影响钢纤维混凝土的抗压强度主要因素有：钢纤维的体积率、钢纤维长径比、水泥用量及水灰比、砂率、石子粒径等。
6.钢纤维的抗弯性能
钢纤维混凝土的抗弯强度比普通混凝土要高的多，钢纤维混凝土初裂时的抗弯强度甚至比普通混凝土的极限抗弯强度还要高。当钢纤维混凝土试件产生裂缝后，受拉区的裂缝随荷载的增大不断扩大，当达到极限强度后，钢纤维混凝土会随裂缝宽度的增大而缓慢卸载。影响钢纤维混凝土抗弯强度的主要因素有：钢纤维混凝土的截面形状、尺寸、高度、粘结应力、混凝土标号、养护情况、收缩徐变，以及钢纤维的体积率、长径比等。
7.钢纤维的抗剪性能
在抗剪性能方面，钢纤维混凝土和普通混凝土相比有以下2个优点：①抗剪性能要高50%～100%。②其基体发生错动后承载能力没有消失。关于钢纤维混凝土的抗剪强度测试，国内外还没有统一的方法和仪器，不过其抗剪强度和其他力学性能一样，受混凝土基体、纤维特性和界面粘结的影响。
8.钢纤维的抗冲击性能
随着钢纤维的增加，钢纤维混凝土的抗冲击性能大幅度提高。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甚至几十倍。
9.钢纤维的耐久性
钢纤维混凝土的抗渗性和普通混凝土相比没有显著的变化。由于钢纤维混凝土抗裂性和整体性能好，其耐热性、抗冻性、耐磨性、抗腐蚀性均有所提高，因此钢纤维混凝土的耐久性较普通混凝土有显著提高。
1.钢纤维混凝土在筏板基础和桩基础承台中的应用
在很多高层房屋的地下室设计中，广泛采用筏板基础，而筏板的厚度由其抗冲切条件决定。有实验证明，在筏板中掺入一定量的钢纤维混凝土可以增加筏板的抗冲切强度，并且能够减少筏板的厚度。在桩基础中，桩承台受力较为复杂，承受压弯、剪切、冲切的共同作用，而在桩承台中掺入一定量的钢纤维，可以有效降低承台的厚度，并能有效降低工程造价。
2.钢纤维混凝土在屋面板和楼地面中的应用
钢纤维混凝土也可以用于易受磨损、对耐磨性和抗冲击韧性要求较高的楼、地面。屋面板采用钢纤维混凝土能有效增强屋面板抗冲击能力，并能起到防水效果。沈阳市急救中心的综合楼，为满足急救功能要求，设置直升机停机坪。停机坪承受飞机冲击荷载，对屋面结构要求有较高的抗冲击、抗疲劳及耐磨性能。为防止屋面板开裂与刚性防水层失效，在屋面结构体系及刚性防水层中采用了钢纤维混凝土，从而满足了屋面直升机停机坪设计的特殊要求。
3.钢纤维混凝土在梁、柱、墙体中的应用
(1)在梁中的应用
在高层建筑中，由于上、下楼层的功能不同而需要设置转换层。转换层大梁是非常重要的构件，它承担较大的剪力、弯矩和拉力。在转换层大梁中采用全体积钢纤维混凝土，能有效提高大梁的抗剪能力，比使用厚板转换层更经济。
在高层建筑结构中，联肢墙洞口连梁能增加联肢墙的抗侧向刚度，又有助于降低地震时的能耗，而连梁跨高比较小，容易发生剪切破坏。在大梁中掺入一定量的钢纤维能改善混凝土的粘结和塑性条件，从而提高抗震性能。
(2)在柱和墙中的应用
在多高层建筑中，底层柱和剪力墙要承担很大的荷载。为了减少构件的截面尺寸，多采用高强度混凝土，但高强度混凝土的脆性很大，易发生脆性破坏，因此，在高强度混凝土中掺入一定量的钢纤维，即选用钢纤维混凝土能提高柱和墙体的延性，减少脆性破坏。
(3)在墙体中的应用
钢纤维混凝土可以用于墙体工程，结合墙体使用功能的要求制成复合墙体结构。目前有干法和湿法两种施工类型，干法施工是用钢纤维混凝土预制成薄墙板，作为保温层的覆盖层，通过预制金属固定件与原墙体相连接；湿法施工是采用钢纤维混凝土膨胀水泥砂浆材料，以抹压或喷射的方法，在充当墙体保温层的苯板表面形成覆盖层，从而形成混凝土-苯板复合墙体。钢纤维混凝土预制墙板有施工速度快的优点，有利于建筑工业化发展。
(4)在梁、柱节点处的应用
在钢筋混凝土框架结构中，框架节点起着内力的分配和传递作用，节点处的核心区受力复杂，在核心区所配的箍筋需要进行加密，梁内的受力钢筋要进行锚固，这就造成施工困难，质量不易保证。在节点核心区使用钢纤维混凝土可获得更高的抗剪强度和刚度，从而减少箍筋的使用量，并有效提高了其抗裂性能，避免了节点处钢筋的拥挤，同时也提高了施工效率。与未掺入钢纤维的框架结构的节点核心区相比，掺入钢纤维的节点核心区的能耗提高130%，结构延性提高57%，荷载循环次数也提高15%，有利于建筑抗震性能的改善。
三、结束语
钢纤维混凝土在建筑工程中已有一些应用，取得了很好的效果，如果将其用于构筑物和建筑物的特殊部位，受力性能将有很大的改善。但钢纤维混凝土的施工工艺也有特殊要求，其所用的钢纤维含量高，一次性投资大，这些因素在一定程度上限制其广泛使用。笔者认为，钢纤维混凝土的推广使用还需从以下几个方面努力：一是降低钢纤维混凝土的成本；二是配备专业的施工队伍，以保证施工质量；三是改进施工机械与设备；四是加强对理论和施工技术的研究。