浅谈钢纤维混凝土的应用与发展

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摘要：钢纤维混凝土是一种性能优良且应用广泛的新型复合材料。由于钢纤维阻滞肌体混凝土裂缝的开展，从而其抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土显著提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后和耐久性也有较大改善。近些年来，国内外对钢纤维混凝土的力学和结构性能做了大量的研究，并将其用于道路、桥梁、隧道、水力、建筑等各项工程中，应用前景越来越广阔。本文首先对钢纤维混凝土进行了概述，其次详细说明了其强大的性能优势，然后分析了钢纤维混凝土目前的应用现状，并对其进一步的发展提出了建议。

关键词：钢纤维混凝土；性能；应用；水利工程；成本

Abstract: the steel fiber concrete is a kind of good performance and wide application of new composite materials. Due to the steel fiber concrete block body crack development, thus the tensile, bending, shear strength increased significantly than those of normal concrete, the impact resistance, fatigue, crack and durability also have improved considerably. In recent years, domestic and overseas on the steel fiber reinforced concrete structure and mechanics performance did a lot of research, and has been used in roads, Bridges, tunnels, water, building and so on each project, more and more wide application prospect. In this paper, at first the steel fiber reinforced concrete are reviewed, then a detailed description of its strong performance advantage, and then analyzes the steel fiber concrete current application status, and its further development Suggestions were put forward.

Keywords: steel fiber concrete; Performance; Applications. Water conservancy engineering; cost

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

一、钢纤维混凝土概述

钢纤维混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrete，简写为SFRC）是在普通混凝土中掺入适量短钢纤维而形成的可浇筑、可喷射成型的一种新型复合材料。它是近些年来发展起来的一种性能优良且应用广泛的复合材料。其中所掺的钢纤维是用钢质材料加工制成的短纤维，常用的有：切断型钢纤维、剪切型钢纤维、铣削型钢纤维、熔抽型钢纤维等。钢纤维在混凝土中主要是限制混凝土裂缝的扩展，从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度较普通混凝土有显著提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性有较大改善，使原本属于脆性材料的混凝土变成具有一定塑性性能的复合材料。

钢纤维混凝土的性能优势

（一）强大的抗冲击性能

在动荷载作用下，钢纤维混凝土在裂缝扩展时，首先是钢纤维克服基材的粘结力而被拔出，或是钢纤维达到屈服强度而被拉断，这都需要消耗大量的能量。因此，钢纤维混凝土能提高抗冲击性能。若钢纤维混凝土等级为CF55时，采用水泥硬练重锤冲击。当纤维掺量为0.5%时，耐冲击次数为素混凝土的3～4倍；纤维掺量为1%时，耐冲击次数为11～12倍；纤维掺量为1.5%时，耐冲击次数为21～22倍。可见，钢纤维混凝土的耐冲击性能随着纤维掺量的增加而大幅度提高。

（二）优越的抗疲劳性能

钢纤维明显改善了混凝土的弯曲疲劳性能。若CF80钢纤维混凝土与普通混凝土相比，当钢纤维掺量为1%时，200万次疲劳极限可提高10%；当钢纤维掺量为1.5%时，疲劳极限可提高15%。当疲劳应力比为0.7时，对钢纤维掺量1%的钢纤维混凝土，疲劳寿命可延长。

（三）抗冻融性能

钢纤维混凝土在冻融循环过程中，由于温度的变化，在混凝土内形成温度应力场。钢纤维混凝土的基体组成部分的热膨胀系数不同，在温度应力作用下变形不协调，导致在混凝土内部界面产生拉应力，影响了界面的黏结性状。钢纤维体积率的增大，增加了混凝土内的界面，这些界面是混凝土的薄弱环节。当冻融次数不大时，钢纤维与砂浆的黏结性状良好，钢纤维能有效地发挥阻裂增强作用，减少裂缝源的数量和裂缝的宽度。所以，在冻融次数较低时，随钢纤维体积率的增加，使混凝土强度下降的幅度降低。

（四）钢纤维混凝土的力学强度

1、抗压强度

钢纤维混凝土虽受压强度增加不明显，但受压韧性却大幅度提高了。这是由于钢纤维的存在，增大了试件的压缩变形，提高了受压破坏时的韧性。从宏观上呈现，钢纤维混凝土受压破坏时，没有明显的碎块或崩落，仍保持这整体性。

2、抗剪强度

钢纤维混凝土具有优异的抗剪性能，对提高钢筋混凝土结构抗剪能力有重要意义。通常在钢筋混凝土的构件中，其抗剪承载力主要靠箍筋和弯起钢筋承担，这些筋多了，不仅要提高工程投资，而且施工很不方便，尤其对薄壁、抗震结构和复杂形状的特种结构，问题则尤为突出。因此采用钢纤维混凝土是提高结构抗剪能力的有效途径。

3、抗弯强度

钢纤维混凝土的抗弯强度，随着纤维掺量的增加而提高。钢纤维混凝土等级提高，使抗弯强度提高明显。在弯曲荷载作用下，钢纤维混凝土受拉区开裂，中性轴向上移，受拉区仍有部分纤维与基材的粘结力承受拉力，增加韧性，提高了混凝土的抗弯强度。而普通混凝土则很快发生断裂，以致脆性破坏。

（五）钢纤维混凝土的韧性和抗裂性

韧性是在材料受压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滞裂缝进一步发展的性质。钢纤维混凝土具有很好的韧性和抗裂性。钢纤维混凝土的韧性随着钢纤维数量的增加而大幅度提高，同时与纤维和基材的粘结力有关。基材强度提高，纤维混凝土的韧性也相应提高。

钢纤维混凝土的应用现状

钢纤维混凝土以其良好的性能优势在工程建筑各个领域中都得到了广泛应用，具体说来，有以下几方面的应用：

（一）在房屋工程中的应用

在房屋工程中，节点是框架梁柱的传力枢纽，也是框架的薄弱环节。在许多大地震中表明，不少钢筋混凝土框架节点在地震作用下发生了不同程度的破坏。因此，节点的抗震问题引起了工程界的重视。若按照传统方法提高钢筋混凝土节点的抗震强度和延性，就需要在节点配置更多而密的箍筋，但节点箍筋施工比较困难。同时，节点中钢筋过于拥挤也影响了混凝土的浇筑质量。在框架节点部分用钢纤维配筋取代部分箍筋，就能有效解决所存在的问题。

例如东北地区某工地由于年温差和昼夜温差较大，为防水层脱离及找平层减少收缩和温度应力的影响，而在钢纤维混凝土中掺有一定数量的膨胀剂，从而取得了良好的效果。也就是将每m3钢纤维混凝土的材料中掺有其它材料，用量为水泥：砂：碎石：钢纤维：水：减水剂：膨胀剂=450：720：720：72：198：4.5：63。减水剂可用上海产高效减水剂，其减水率约15%；膨胀剂采用合肥生产的产品，自由膨胀值小于0.1%。刚性防水屋顶采用分仓设计，每个分仓均为3×6m，并且将各分仓之间以及与四周墙壁之间均设置分仓缝。分仓缝用PVC 防水油膏充填。分仓木条尺寸为20×30mm，施工24 小时后取出。防水层厚度为40mm。

（二）在水利工程中的应用

20ZLB-70 型轴流泵是农用泵站中应用较多的一种泵型。22 寸（管内径55cm，壁厚3cm）钢纤维混凝土泵管可为该泵配套使用，以解决其它泵管在工程造价、建设周期及管理维修等方面存在的问题。关于钢纤维混凝土泵管的使用价值，某地曾将这种泵管与同类型的铸铁泵管、钢板泵管、自应力水泥泵管和钢筋混凝土泵管等作了比较，结果发现钢板管、铸铁管耗钢量最大，钢筋混凝土管、预应力钢筋混凝土管次之；钢丝网水泥管和自应力管较小；而新

研制的钢纤维管耗钢量只有8kg，所以最小。在生产管理上，钢板管、铸铁管易生锈瘤，接头螺栓及止水填料易腐蚀，维修费用高。钢筋混凝土管及预应力钢筋混凝土管维修费用虽小，但体积大，运输及安装不方使。钢丝网水泥管、自应力水泥管在用钢量和自重上较前者虽有减少，但要具备特殊的生产工艺与设备。而钢纤维混凝土管就可弥补上述几类管的不足，且性能都能满足其强度要求。

（三）在路桥工程中的应用

钢纤维混凝土在道路和桥梁工程方面，主要广泛应用于路面、桥梁、机场跑道等工程中，包括新建及修补工程。钢纤维混凝土较普通混凝土有较好的韧性，抗冲击、抗疲劳性。它可使面层厚度减少，伸缩缝间距加长，使用性能提高，维修费用减低、寿命延长。面层较普通混凝土可减少30～50%，公路伸缩缝间距可达30～100m，机场跑道的伸缩缝间距可达30m。路面及桥面修补，其罩面厚度仅为3～5cm。

（四）在港口和海洋工程中的应用

钢纤维混凝土的腐蚀问题一直是海洋工程应用中应着重考虑的问题，所以有待进一步研究，但在日本和挪威的使用经验是令人鼓舞的。日本钢铁俱乐部采用钢纤维混凝土作钢管桩防腐层，在海水中浸泡10年，钢纤维混凝土防腐完好，钢管表面无锈蚀，仍有金属光泽。挪威将钢纤维混凝土用于北海海底输气管道的隧道衬砌、Forsmark核电站海底核废料库的支护、海洋平台后张预应力管道孔的封堵以及码头混凝土受海水腐蚀部位的修补等。

关于大力发展我国钢纤维混凝土技术的建议

同发达国家诸如美国和日本相比，我国在钢纤维混凝土的开发和应用上还有很大差距，要使我国钢纤维混凝土技术有更大更快的发展，需从以下几方面着手：

（一）降低钢纤维混凝土成本

目前钢纤维混凝土应用的最大障碍是成本太高。由于纤维售价太高，通过纤维增强作用而节省混凝土用量常不足以补偿纤维用量所造成的成本提高，因而钢

纤维混凝土工程的初始造价提高。因此，大力开发生产优质钢纤维、降低钢纤维的生产成本从而降低钢纤维混凝土的造价师扩大钢纤维混凝土应用的关键之一。

（二）加强对施工技术和理论的研究

近年来，我国在钢纤维混凝土基础理论研究和应用上做了很多工作，但在设计施工中与国外发达国家还存在较大差距。我国应尽快组织力量大力加强设计和施工方面的专题研究，总结国内工程试用经验，逐步制定出有关规范，这是推进钢纤维混凝土结构应用的关键之一。

（三）提高专业化生产水平和施工队伍水平

钢纤维混凝土制品生产和钢纤维混凝土工程施工的技术要求高，专业性强，要求有专门从事这个行业的企业和施工队伍。目前我国在这方面的发展还存在不足，今后应大力促进钢纤维混凝土专业化的施工队伍的发展。

结语

综上，钢纤维混凝土与普通混凝土相比，具有强大的性能优势，目前钢纤维混凝土工程应用较多，因系列突出优点和巨大的技术潜力，所以它的发展可以预见在将来将会取得更大的技术进步，应用的前景也将更广阔。我国应加大力度提高我国在钢纤维混凝土这一领域的研究力度和技术水平，降低钢纤维混凝土的初始造价，将钢纤维混凝土的技术发展推向前进。

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