常用特种混凝土的应用探讨

10-9 常用特种混凝土

10-9-1 纤维混凝土

目前发展起来的纤维增强混凝土，应用最广的是指钢纤维增强混凝土、玻璃纤维增强混凝土和聚丙烯类纤维增强混凝土。前者在国内已经制成高强纤维混凝土，抗压强度100~110MPa，抗弯强度也接近15MPa，抗冲击强度为普通混凝土的3.6~6.3倍。

纤维混凝土与普通混凝土相比，虽有许多优点，但毕竟代替不了钢筋混凝土。人们开始在配有钢筋的混凝土中掺加纤维，使其成为钢筋-纤维复合混凝土，这又为纤维混凝土的应用开发了一条新途径。

10-9-1-1 钢纤维混凝土

在混凝土拌合物中，掺入适量的钢纤维，可配成一种既可浇筑又可喷射的特种混凝土，这就是钢纤维混凝土。与普通混凝土相比，钢纤维混凝土抗拉、抗弯强度及耐磨、耐冲击、耐疲劳、韧性和抗裂、抗爆等性能都可得到提高。因为大量很细的钢纤维均匀地分散在混凝土中，与混凝土接触的面积很大，因而，在所有的方向，都使混凝土的强度得到提高，大大改善了混凝土的各项性能。

1．钢纤维的基本要求 （1）钢纤维的强度

钢纤维混凝土破坏时，发现往往是钢纤维被拉断，这不是因为钢纤维抗拉强度不足，而是因为其韧性不足造成的。因此，要提高其韧性。如果材料通过淬火或其他急冷硬化方法获得，尽管其抗拉强度较高，但质地较脆，在搅拌过程中易被折断，反而会降低强化效果。因此，只要不是易脆断的钢材，通常强度较高的纤维可满足要求。一般钢纤维的抗拉强度不得低于380MPa。当工程有特殊要求时，钢纤维抗拉强度可由需方根据技术与经济条件提出。

（2）钢纤维的尺寸和形状

钢纤维的尺寸，主要由强化特性和施工难易性决定。钢纤维如太粗或太短，其强化特性差，如过细或过长，则在搅拌时容易结团。为了增强钢纤维同混凝土之间的粘结强度，常采用增大表面积或将纤维表面加工成凹凸形状，按外形可为

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平直形、波浪形、压痕形、扭曲形、端钩形、大头形等，见图10-46。按横截面可为圆形、矩形、月牙形及不规则形等。

图10-46 钢纤维的外形

钢纤维的标称长度指钢纤维两端点之间的直线长度，其尺寸可为15~60mm。钢纤维截面的直径或等效直径宜在0.3~1.2mm。钢纤维长径比或标称长径比宜在30~100。

钢纤维混凝土结构对钢纤维几何尺寸参数的要求宜符合表10-96的规定。

钢纤维几何参数采用范围 表10-96

钢纤维馄凝土结构类别 一般浇筑成型的结构 抗震框架节点 铁路轨枕 喷射混凝土 长度（mm） 25~50 40~50 20~30 20~25 直径（等效直径）（mm） 0.3~0.8 0.4~0.8 0.3~0.6 0.3~0.5 长径比 40~100 50~100 50~70 40~60 注：钢纤维的等效直径是指非圆形截面换算成圆形截面的直径。

2．钢纤维的种类和特征

钢纤维的种类、制造方法及特征见表10-97。钢纤维的抗拉强度见表10-98。从各类钢纤维对混凝土的增强效果来看，则以切断纤维、冷轧钢板剪切纤维和加工硬度较大的铣削纤维比较好。

各类钢纤维的制造方法和特征 表10-97

钢纤维种类 制造方法 特征 断面形状 表面 防拔方法 其他 存在问题 2

切断钢纤维 将钢丝切断 圆形 冷拔表面 压痕折弯 强度高，表面处理容易 可使用不锈钢、脱脂 硬度大，可制细纤维，用不锈钢 淬火或回火可用不锈钢 原材料成本高 刀具寿命短 将薄钢板用旋剪切钢纤维 转刀具切断 用平刀铣刀将钢块或钢板进铣削钢纤维 行切削的金属屑 熔融抽丝钢纤维 熔钢粘在冷却的圆盘上被甩 正方形 长方形 压延面 切断面 切断面 皱纹状 粗面回 火色 氧化皮膜回火色 压痕、折弯、扭曲 三角形 扭曲 刀具寿命短 熔炉材料的耐久性问题 月牙形 两端较粗 各类钢纤维的抗拉强度 表10-98

钢纤维种类 切断钢纤维 剪切钢纤维 铣削钢纤维 熔融抽丝钢纤维 1号 2号 3号 1号 2号 3号 平均断面积 （mm2） 0.10 0.11 0.25 0.25 0.25 0.26 0.23 0.18 拉伸荷载 （N） 230 90 140 120 180 160 150 130 抗拉强度 （MPa） 2350 790 540 460 710 620 670 760 3．钢纤维混凝土的物理力学性能

把直径为0.3~1.2mm，长为15~60mm的钢纤维均匀地掺入混凝土中，构成一种新的复合混凝土时，其性能改善尤为明显，见表10-99。近年来，用喷射法进行钢纤维混凝土施工逐渐增多，钢纤维喷射混凝土与喷射混凝土的性能比较见表10-100。

钢纤维混凝土的性能（钢纤维掺入率为2％） 表10-99

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 钢纤维混凝土的物理力学性能 抗压强度 抗拉强度和抗弯强度 早期抗裂强度 抗剪强度 疲劳强度 耐冲击性能 耐破损性能 延伸率 韧性 与普通混凝土比较 1.0~1.3倍 1.5~1.8倍 1.5~20倍 1.5~2.0倍 有所改善 5~10倍 有所改善 约2.0倍 40~200倍 3

10 11 12 耐热性能 对冻融作用的抵抗能力 耐久性 显著改善 显著改善 密实度高，表面裂缝宽度不大于0.08mm，有所改善，暴露于大气中的面层钢纤维产生锈斑 钢纤维喷射混凝土的性能 表10-100

序号 1 2 3 4 5 6 钢纤维喷射混凝土的物理力学性能 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 韧性 耐冲击性 收缩 与喷射混凝土的比较 1.3~1.5倍 1.5~1.8倍 1.8~2.0倍 30~300倍 8~60倍 0.5~0.8倍 影响力学性能的因素除钢纤维的掺量直接影响混凝土的物理力学性能外，尚有钢纤维形状尺寸、配制方向及分散程度等因素。

4．钢纤维混凝土的配制 （1）配制要求

为了获得高强度的钢纤维混凝土，必须满足以下条件： 1）具有足够数量和匀质的高强钢纤维；

2）在整个工艺过程中，钢纤维仍保持自身的大部分强度；

3）纤维同混凝土的粘结力较好，纤维同砂浆接触部分的密实度较高； 4）纤维应均匀分布在基体材料的整个体积中； 5）基体材料对纤维应是化学惰性的； 6）基体材料应具有足够的抗剪强度。 （2）组成材料

1）水泥：一般使用32.5级、42.5级普通硅酸盐水泥；配制高强钢纤维混凝土，可使用52.5级以上的硅酸盐水泥。采用硅酸盐水泥配制的钢纤维混凝土，可掺用矿物掺合料。

2）骨料：砂的粒径为0.15~5mm；卵石或碎石的最大粒径一般不宜大于20mm，对钢纤维喷射混凝土，则不宜大于10mm。

3）外加剂：掺外加剂是为了降低水灰比，从而改善拌合物的和易性。可使用减水剂或高效减水剂。配制钢纤维喷射混凝土，则需掺入适量速凝剂。对抗冻性有要求的钢纤维混凝土，宜用引气型减水剂。

4）砂率：保证钢纤维混凝土拌合物的和易性，混凝土的砂率一般不应低于

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