钢纤维混凝土技术论文范文

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第1篇

关键词：钢纤维混凝土，研究，应用

 

1.钢纤维混凝土性能

钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性

1.1新拌钢纤维混凝土性能

钢纤维有一个像砂皮般粗糙的表面,使它与水泥浆体的黏结较为牢固,可减少塌边现象。论文大全。一般情况下,钢纤维混凝土坍落度值比相应的普通混凝土小20 mm,经摊铺机振动,即表现出与普通混凝土一样的黏聚性。

1.2硬化后钢纤维混凝土性能

(1)有研究表明[3]，钢纤维掺量为30~50 kg/m3时,钢纤维混凝土的弯拉强度比普通混凝土提高约15%~35%,且与钢纤维的掺量成正比。(2)抗冲击性冲击强度反映混凝土在冲击荷载作用下的抗裂性能。将重8 kg的钢球从25 cm高度自由落下冲击经标准养护28 d的标准试件,当试件裂缝大于0.3mm时,记录的冲击次数即为冲击强度。文献表明[3]，钢纤维混凝土抗冲击性能随钢纤维掺量增加而提高。钢纤维掺量为30~50 kg/m3时,与普通混凝土相比,其抗冲击性能可提高3~5倍。(3)抗干缩开裂性能试验在工地上进行,在养护28 d水泥稳定碎石基层上浇筑普通混凝土板和钢纤维掺量为50 kg/m3的混凝土板,用碘弧灯强光和风扇强风来加快试板失水,随时观察裂缝产生的时间。与普通混凝土相比[3],钢纤维混凝土裂缝产生时间迟,裂缝产生数量少。这表明钢纤维混凝土用于路面可以延长混凝土面板缩缝间距。(4)耐磨性耐磨性试验采用TNS-04水泥胶砂耐磨试验机。试验前将尺寸为15 cm×15 cm×7 cm的试件在60℃烘箱中烘至恒重,然后在水泥胶砂试验机上磨削50转,磨损面积为0.012 5 m2。计算试件单位面积磨损量,以此作为标准来描述混凝土耐磨性。在混凝土中掺钢纤维可显著提

高其耐磨性能。与普通混凝土相比,钢纤维混凝土耐磨性能提高了24.2%[3]。

2.钢纤维混凝土的应用

钢纤维混凝土在工程中的实际应用始于上世纪70年代,由美国Battele公司开发的熔抽钢纤维技术为钢纤维混凝土的应用提供了条件。此后在加拿大、英国、瑞典、日本等国家也迅速进行这方面的应用研究。我国是从上世纪70年代着手对钢纤维混凝土进行材料力学性能的实验研究，1989年颁布《钢纤维混凝土试验方法》(CECS13: 89),1992年颁布《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》(CECS38:92), 2004年颁布《纤维混凝土结构技术规程》(CECS38: 2004)。目前纤维混凝土在结构工程、铺面工程、地下结构及其他特种结构工程等领域得到了比较广泛的应用。

在结构工程方面,那些对抗拉、抗剪、抗弯拉强度和抗裂、抗冲击、抗疲劳、抗震、抗爆等性能要求较高的工程部位,若采用钢纤维混凝土会得到较高的抗拉强度、断裂韧性和抗疲劳等性能。例如在梁柱节点中,已有实验证明钢纤维混凝土梁柱节点与普通混凝土梁柱节点相比,在强度、刚度、耗能能力和梁钢筋粘结锚固方面有较大的改善,采用钢纤维混凝土梁柱节点的框架与普通钢筋混凝土框架相比,结构的延性提高57%,耗能能力提高130%,循环次数提高15%,在框架梁柱节点采用钢纤维混凝土可替代部分箍筋,既改善了节点区的抗震性能,又解决了节点区钢筋过密、施工困难等问题。论文大全。

铺面工程包括公路路面、机场道面、桥面、工业地面及屋面等。因钢纤维混凝土有着优良的抗拉,抗弯、抗裂、抗疲劳、抗冲击、抗收缩、韧性好等一系列物理力学性能,因此,在铺面工程领域中得到较广泛应用。论文大全。文献[4]过恩施州318国道某路段的路面设计对比,采用素混凝土路面,路面板厚度为25cm；采用层布式混杂纤维混凝土路面,路面板厚度为仅为16 cm。

地下结构所用的钢纤维混凝土一般为钢纤维增强喷射混凝土,它具有诸多特点,强度高(抗拉、抗弯、抗剪)；抵抗冲击、爆炸和震动的性能高;韧性好；抗冻、耐热与耐疲劳性能好；抗裂性能强；即使构件已产生微小裂缝,也会因钢纤维继续抗拔而使韧性大为提高。

3.总结

钢纤维混凝土具有优异的特性,使其广泛应用于各个工程领域,但其本身存在的问题,也抑制了它的应用。(1)钢纤维造价普遍较高,国产的性能相对较低,难以大规模使用；(2)钢纤维混凝土的增强机理至今也还不是很清楚,现行的几种分析理论，如复合理论和纤维间距理论都并不完善。复合理论忽略了纤维复合带来的耦合效应,纤维间距理论忽略了纤维自身的耦合作用,都有应用局限性,需待进一步的研究和探讨。(3)目前对钢纤维混凝土的研究多集中在物理性能方面,对于化学性能方面(比如耐久性)的研究相对较少。(4) 钢纤维混凝土与普通混凝土相比,在相对较低的水泥用量情况下,钢纤维混凝土具有较高的抗折强度和耐磨性能、良好的抗冲击性能和抗裂性能,非常适合在重载交通路面工程和对耐久性要求严格的工程中应用。

参考文献

[1]时宗滨,齐巧男. 浅谈纤维混凝土的应用[J]. 黑龙江交通科技,2008(6).

[2]蒋应军，刘海鹏等.钢纤维混凝土性能与施工工艺研究.[J].混凝土,2008（8）.

[3]焦楚杰，孙伟等.中含量钢纤维高强混凝土施工工艺优选[J].建筑技术,2004(1).

[4] 海庆,朱继东等.层布式混杂纤维对混凝土抗弯性能的改善及其在路面设计中的应用[J].混凝土与水泥制品, 2003(4): 41-43.

第2篇

【关键词】钢纤维混凝土；施工技术；路桥工程；应用；特点；施工工艺

新市场经济体制下，交通运输行业的发展将对国民经济的增长造成极大的影响，这也是国家重视公路桥梁建设的直接原因。路桥工程施工中材料与技术是其确保质量的主要因素，为此，施工单位必须重视施工材料的选用与技术水平的提升。钢纤维混凝土作为新型复合建筑材料，目前已经在桥梁道路工程、建筑工程等多个领域得到了广泛地应用与推广。相比普通混凝土，钢纤维混凝土具有良好的抗拉、抗剪、抗裂及耐冲击性能，其性能增强机理已经得到了符合力学理论和纤维间距理论的证实。

一、钢纤维混凝土的特点

1、具有较强的抗拉、抗弯及抗压能力。据相关试验显示，将适量钢纤维拌入混凝土内，可以对单轴抗拉极限强度进行40%到50%的有效提升，而抗弯极限强度则可以有效提升50%到150%之间。当钢纤维适量掺加到混凝土后，将改变混凝土抗压破坏的形式，遭到损坏破碎后则不会出现散落的现象，进而达到抗压能力提升的作用。

2、具有良好的抗冲击能力。当纤维掺量在0.8%到2.0%范围时，与普通混凝土相比钢纤维混凝土的抗冲击能力可高出50到100倍，极大提升了抗冲击韧性指标。

3、抗裂、抗疲劳及抗剪性能良好。在开裂荷载与极限荷载方面，普通混凝土具有一致性，而钢纤维混凝土产生开裂荷载后，则会增加其荷载。在钢纤维体积率增大后，将增加其初裂荷载、极限荷载与韧性。根据直接剪切试验研究表明，基体错动后，钢纤维混凝土仍具有良好的承载能力。

二、钢纤维混凝土施工技术在路桥工程中的施工工艺

1、工程案例

某路桥工程以水泥混凝土作为主要路面材料（图1），需要修补的路段长度为112米，宽度为6米。路面在修补前主要呈现出破碎、断裂等状况，其原有路面为普通混凝土浇筑，少量板底基层出现下沉等情况。为提高其质量，先选用钢纤维混凝土修补路面，选取C15素混凝土浇筑进行基层补强，旧路面平均凿除深度为25厘米，路面浇筑需选用厚度为12厘米的C30钢纤维混凝土进行施工。

2、路基处理

当路基承载力特征值在120kpa以上时，应先将全部杂填土清理干净，同时开挖到底部标高300毫米以下，碾压时则选用压路机（15吨）进行3遍碾压施工，将其速度控制在每分钟20到25米的范围内，轮迹搭接宽度为20到30厘米。完成一层碾压后，利用环刀法进行试验，将基土压实度控制在0.95以上，部分位置压路机无法碾压时，应通过打夯机进行有效夯实。

将级配碎石铺设到上部位置，其厚度应控制在200到300毫米，碎石粒径则应控制在5毫米到25毫米之间，铺设前应确保拌和的均匀度，碎石层覆盖时，应利用震动压路机（15吨）进行碾压作业，确保其密实度符合施工要求。如新填土不符合施工相关规定，应彻底清除，随后遵循相关规定进行级配碎石回填施工。为避免碎石将塑料薄膜刺破，应将一层细沙覆盖到级配碎石上面，随后进行洒水作业，保持其湿润度。将双层塑料膜铺设到钢纤维混凝土下面，起到隔水的作用，确保单层厚度在0.08毫米左右。如特殊位置，应增加钢筋的安装量。

3、定位放样与支模

对槽钢侧模标高进行有效控制是本工程施工定位放样的主要目的，将混凝土设计厚度定在250到300毫米之间，并选用槽钢侧模进行施工。首先将灰饼设置在侧模下方，确保其间距在1500毫米以下，进而对标高进行有效控制。挂通线应在模板安装前进行，根据挂线位置在基层上进行侧模板的放置，对其位置进行初步固定，通过水准仪对模板顶部标高的准确度进行检查，确保其与设计要求相符合，并对模板的平直度进行详细检查，当侧模顶标高与设计要求相符后，利用钢筋棍钉入地面下和侧模焊接，达到槽钢水平固定的作用。

4、钢纤维的掺加

在现场添加钢纤维，通过计算机对每次投放量进行严格计量，应严格遵循设计规定对掺量进行有效控制。确保选用的混凝土标号与塌落度与施工要求相符合，在钢纤维投放过程中，应指派专人选用罐车进行运输。搅拌机在钢纤维掺加过程中处于旋转状态，一般选用钢纤维分散机与手工的方式进行钢纤维的掺加，将掺加速度控制在40kg/min。掺加完成后对搅拌罐进行3到5分钟全速转动。

5、铺设钢纤维混凝土

混凝土选用跳仓浇筑，设置时施工缝应与伸缩缝相结合。每个区段内短向（6米）隔跨支模，进而实现隔跨浇筑混凝土，当混凝土强度与设计要求符合时，将第一次浇筑的混凝土地面作为第二次浇筑混凝土的侧模，并进行第二次浇筑施工。

选用商品混凝土作为混凝土材料，按照设计配合比进行混凝土拌和作业，通过混凝土罐车进行运输，并把混凝土自卸入模，出料与铺筑过程中，应在1.5米范围内严格控制卸料高度，进而对离析状况进行有效控制。通过纵向分条的方式进行钢纤维混凝土铺设作业，相比分隔缝，纵向分条宽度应与其具有一致性。从端部进行摊铺施工，在膜内倒入混凝土拌合物后，要集中卸料，保持较慢的速度，厚度应比模板高出2厘米左右，特殊情况下应增、减材料，以此确保纵横断面与施工要求相符，混凝土摊铺过程中不能出现中断情况，应确保其持续性。

6、振捣钢纤维混凝土

在浇筑混凝土时，必须振捣钢纤维混凝土，以此提高混凝土的密实度，并确保混凝土与钢纤维之间的密合度。在施工过程中应及时进行钢纤维混凝土表面提浆作业，选用的工具一般为振动棒与振动梁。同时选用浆头在混凝土初凝前将露出的钢纤维进行覆盖。在振捣过程中应对振捣时间进行严格控制，并确保移动距离与插入深度符合施工要求，避免漏振与过振等情况的产生。

7、钢纤维混凝土抹光和养护

整平、振实混凝土后，应停止施工4小时，也可以根据具体的天气情况、塌落度进行时间的确定，为确定混凝土是否处于初凝状态，可选用脚踩上面，出现5毫米脚印下沉为标准。在混凝土表面选用抹光机进行一到两遍粗抹，随后进行提浆、搓毛及压实作业。一次抹光作业完成后，下次抹光作业应在混凝土表面水分蒸发后进行，同时选用人工的方式对部分凹陷与不平整位置进行补浆与抹平，随后选用机械设备进行全面抹平作业。确保抹平与压实整个面层后，应复核其平整度，检查工作应在机械抹光后利用靠尺完成，进而对面层平整度进行良好控制。在钢纤维混凝土养护中，主要选用的材料为薄膜、草包等，确保其表面具备14天的湿润程度，并将其养护周期控制在28天。

三、路桥工程中钢纤维混凝土施工技术的应用

在路桥施工中，钢纤维混凝土施工技术是重要的施工方式之一，可以有效提高路桥防腐蚀性与耐久性。钢纤维混凝土是一种新型的优质水泥基复合材料，具有施工简便、性能好、价格低等优点，可广泛应用于路桥工程施工中。

1、桥面铺装中钢纤维混凝土施工技术的应用

通常情况下都会选用钢纤维混凝土进行路桥工程桥面铺装作业，这种施工技术的应用，可以有效提升完成铺装作业桥面的舒适度、耐久性及抗裂性能，并对桥梁本身的刚度及抗压能力进行了有效地提升，并对路桥铺装的厚度、自重结构及受力情况进行有效降低。

2、路桥结构加固中钢纤维混凝土施工技术的应用

选用二号转子喷射机作为路桥结构加固喷射的主要工具，钢纤维混凝土喷射范围为5到20厘米，进而对动载原因产生的表面剥落、桥梁墩台等现象进行及时修补，这种加固技术的应用不仅可以对路桥施工中的抗震需求进行有效满足，还可以起到路桥工程桥梁整体结构加固的作用。传统路桥施工中钢纤维整修中主要选用剪切方式进行，掺合比例为1：100，为有效提高施工前期的抗裂性能，应选用硫铝酸盐与TS速凝剂进行施工。

3、桩基础加固中钢纤维混凝土施工技术的应用

为增强路桥工程局部硬度，可选用钢纤维混凝土对路桥施工中桩顶进行施工，这种技术的应用，可以对桩的穿透性进行极大程度的提升，还可以明显改善打击速度，降低锤击的次数，并起到节约人力、物力及财力的作用。在防止桩顶破裂中，钢纤维混凝土的应用可以对桩尖自身的入土能力进行有效提高，并确保打击的质量。

四、结束语

综上所述，钢纤维在路桥混凝土施工中的掺加，可以有效提升路桥工程的抗拉性能及承载能力，进而增强了路桥工程的强度、使用寿命及降低了工程施工的投资成本。随着社会主义市场经济发展水平的不断提升，要求不断提高钢纤维混凝土施工技术水平，规范路桥施工工艺，有效提升现代路桥品质的衡量标准。

参考文献

[1]杨大为.现代路桥施工中钢纤维混凝土的施工技术研究[J].科技致富向导，2011年23期

[2]梅明荣，杨勇，王山山，任青文.钢纤维混凝土热性能及其防裂作用的研究[A].2007重大水利水电科技前沿院士论坛暨首届中国水利博士论坛论文集[C].2007年

[3]邵宝东；钢纤维混凝土路面板结构的温度应力及其在冲击载荷作用下的动力响应研究[D].昆明理工大学，2001年

[4]赵华锋.浅析钢纤维混凝土技术在桥梁施工方面的应用[J]；中小企业管理与科技（上旬刊），2011年12期

[5]周明春，林介文，曾焕金.波纹钢纤维混凝土在道路中的应用[A].纤维水泥与纤维混凝土――全国第四届学术会议论文集（二）[C].1992年

第3篇

[论文摘要]钢纤维混凝土是一种新型的复合建筑材料，其物理和力学性能优于普通混凝土，通过介绍钢纤维增强混凝土的基本理论，阐述钢纤维混凝土在多个领域工程中的应用。

钢纤维混凝土（SteelFiberReinforcedConcrete,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。

一、钢纤维增强混凝土的基本理论

（一）复合力学理论

复合力学理论是以连续纤维复合材料理论为基础，结合钢纤维在混凝土中的分布特点形成的。该理论是将复合材料视为以纤维为一相，基体为另一相的两相复合材料。

（二）纤维间距理论。纤维间距理论又称纤维阻裂理论，是1963年由J.P.Romualdi和J.B.Batson提出来的。该理论根据线弹性断裂力学理论解释纤维对裂缝发生和发展的约束作用，认为欲增强混凝土这种本身带内部缺陷的脆性材料的抗拉强度，必须尽可能地减少内部缺陷的尺寸，提高韧性，降低裂缝尖端的应力强度因子、减少裂缝尖端的应力集中作用，故在裂缝处用纤维连接，受拉时跨越裂缝的纤维将荷载传递给裂缝的上下表面，使裂缝处材料仍能继续承载，这样，因裂缝的出现孔边应力集中程度就缓和，随着桥接裂缝纤维数目的增多，纤维间距越小，缓和裂缝尖端应力集中程度越大，对裂缝尖端产生的反向应力场也越大，当纤维数量增加到密布于裂缝时，应力集中就会消失，进一步表明纤维的阻裂效应，即在复合材料结构形成和受力破坏的过程中，有效地提高了复合材料受力前后阻裂引发与扩展的能力，达到钢纤维对混凝土增强与增韧目的。

（三）界面应力传递的剪滞理论。钢纤维混凝土中钢纤维周围的水泥基体结构与自身结构是不相同的，即在钢纤维与基体之间存在着界面层。钢纤维混凝土的性能主要取决于混凝土基体性能、钢纤维含量以及它们之间的界面特性。假定界面是一层厚度可以忽略的薄层，但具有一定的力学性能。当荷载作用于钢纤维混凝土时，荷载一般先施加于低弹性的基体，然后通过纤维-基体的界面，把一部分荷载传递给高弹模的纤维，使纤维和基体共同承担荷载，从而起到增强的作用。

二、钢纤维混凝土的应用

钢纤维混凝土作为一种新型复合材料，以其优良的抗拉、抗弯、阻裂、耐冲击、耐疲劳、高韧性等物理力学性能，目前已被广泛应用于建筑工程、水利工程、公路桥梁工程、公路路面和机场道面工程、铁路公程、管道工程、内河航道工程、防暴工程和维修加固工程等各个专业领域。（一）水利工程

钢纤维混凝土在水利工程中的应用比较广泛，主要将其用于受高速水流作用以及受力比较复杂的部位，如溢洪道、泄水孔、有压疏水道、消力池、闸底板和水闸、船闸、渡槽、大坝防渗面板及护坡等。这些部位对混凝土材料自身的抗拉强度、抗剪强度以及抗裂性能的要求都比较高，也正发挥了钢纤维混凝土的自身优势。我国在实际工程中应用的有：三峡工程、小浪底水利枢纽工程、三门峡泄水排砂底孔等工程。以上工程都获得了较为满意的效果，并取得了较好的经济效益。

（二）建筑工程。钢纤维混凝土在建筑工程中的影响越来越广泛，一般应用于房屋建筑工程、预制桩工程、框架节点、屋面防水工程、地下防水工程等工程领域中。如抗震框架节点中使用钢纤维混凝土，能代替箍筋满足节点对强度、延性、耗能等方面的要求，而且还能提供类似于箍筋约束混凝土的作用，并解决节点区钢筋挤压使混凝土难于浇注的施工问题；钢纤维混凝土还具有良好的抗裂性，可使构件在标准荷载下处于弹性阶段而不裂，不出现应力的重分布；用钢纤维混凝土制成的自防水预应力屋面板，不仅提高了自防水预应力屋面板的抗裂性能，同时也减少了纵向预应力筋的配筋率，提高了结构的耐久性。钢纤维混凝土在建筑中的应用实例有：福州东方大厦、沈阳市急救中心站综合楼、江苏省丹阳市中医院、辽阳市食品公司办公楼等工程。

（三）道路和桥梁工程。钢纤维混凝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。用于路面及桥面修补时，其罩面厚度仅为3-5cm。在实际工程中有：北京东西环路立交桥、沪杭高速公路成渝公路、大足朱溪大桥、广州解放大桥等工程中都采用了钢纤维混凝土解决工程难题，使用效果较好，经济效益显著。

（四）铁路工程。在铁路工程方面，钢纤维混凝土主要用于预应力钢纤维混凝土铁路轨枕、双块式铁路轨枕及抢修铁路桥面防水保护层中。铁路工程承受较大的荷载、较高的速度和数万次的振动，所以要求混凝土必须具有较高的强度、较高的抗冲击性及较大的塑性。这正好利用了钢纤维混凝土的抗冲击性及较好的塑性。建成的工程有：沈阳铁路局长达线维修工程、柳州铁路局黔桂铁路铺设工程、南昆铁路隧道工程和西安安康铁路椅子山隧道等工程土。钢纤维混凝土的应用，使维修工作量大为减少，并提高了线路的使用寿命，效果良好。

（五）港口及海洋工程。钢纤维混凝土在海洋工程中的使用主要是钢纤维混凝土的腐蚀问题，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。我国江苏石舀港码头的轨道梁工程中也使用了钢纤维混凝土。

除了上述领域外，还有很多钢纤维混凝土的应用的实例，如承受重级工作制造工业厂房和仓库地面、薄壁蓄水结构、预制板、离心管、污水井、游泳池、耐火混凝土和耐火材料、抗爆结构、各类建筑物和构筑物的修补、补强加固、抗震加固等。

三、结束语

钢纤维混凝土具有普通混凝土不具有的优点，且具有良好的经济效益，其在民用建筑楼地面、公路路面、预制构件水利工程、港口码头、机场跑道和停机坪、桥梁隧道以及各种构筑物等方面的应用前景将是十分广阔的前景。

参考文献：