时间：2022-02-26 13:43:11
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇纤维混凝土，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
摘要：钢纤维混凝土是一种新型的复合材料，具有较高的抗拉强度和断裂韧性，抗疲劳等性能，本文通过对普通钢纤维混凝土和自密实钢纤维混凝土性能的对比，阐述钢纤维混凝土在施工过程中的拌合工艺；通过与普通钢纤维混凝土工艺的对比，阐述自密实钢纤维混凝土在施工过程的优越性。
关键词：自密实混凝土 钢纤维 施工工艺
1.概述
钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforce Concrete简称SFRC)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。
自密实混凝土的应用已经20年的历史，在国内的应用仅有10多年，特别是最近几年，自密实混凝土的应用越来越广泛，自密实混凝土是指在自身的重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充米板，同时获得很好的均质性，并且不需要附加振动的混凝土，因自身具有很多优点，自密实混凝土被广泛的应用于工程中。
自密实钢纤维混凝土集这两种混凝土的优点于一身，即在混凝土施工浇筑的过程中利用自密实混凝土拌合物的易浇筑密实的特点，在混凝土硬化后利用钢纤维混凝土的力学与变形能力。
2.钢纤维混凝土的特点
在普通混凝土之中，以乱向的方式均匀地把一定量的钢纤维分布其中，再经过硬化从而制得钢纤维混凝土，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，较之普通混凝土，物理力学性质大多都较高：重量和强度比值增加；抗拉 抗压及抗弯的极限强度较高；良好的抗冲击性能；明显改善的变形性能；显著提高的抗裂与抗疲劳性能；抗剪性优越；对由于温度应力而造成的裂缝及裂缝的扩展的的阻止与抑制能力良好；耐磨与抗冻性能良好。
普通钢纤维混凝土的纤维体积率在1%—2%之间，较之普通混凝土，抗拉强度提高40%—80%，抗弯强度提高60%—120%，抗剪强度提高50%一100%，抗压强度提高幅度较小，一般在0—25%之间，但抗压韧性却大幅度提高。
自密实钢纤维混凝土拥有普通钢纤维混凝土的特点，同时还具有自密实混凝土的自密实性能，主要包括流动性、抗离析性及填充。每种性能均可采用坍落扩展度试验、V漏斗试验（或T50试验）和U型箱试验等一种以上方法检测。这种自密实性能可以保证混凝土良好的密实，不需要振捣，改善混凝土的表面质量，不会出现不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补；能够逼真呈现模板表面的纹理或造型。但钢纤维体积率对钢纤维自密实混凝土的抗压强度影响不大，但对劈拉强度和抗折强度影响较明显，且随着钢纤维体积率的增加而增大。
3.钢纤维混凝土的比较
两种钢纤维混凝土比普通混凝土具有以上的特点，但是这些特点与钢纤维有着密切的关系，在钢纤维混凝土的制备过程中，两种混凝土钢纤维的选择要考虑以下几个方面：
⑴纤维种类 不同种类的钢纤维具有不同的力学性能（主要是抗拉强度、弹性模量、短裂延伸率等），而这些性能与钢纤维能否在混凝土中起作用有着很大的关联性。
⑵纤维长度与长径比 使用连续长钢纤维时，钢纤维与水泥基体黏结较好，因此可充分发挥钢纤维增强作用。但如果使用的是短钢纤维时，则要取决于钢纤维的临界长径比。钢纤维临界长径比是钢纤维的临界长度与其直径d的比值，即①若钢纤维的实际长径比小于临界长径比，则复合材料破坏时，钢纤维由水泥基体内拔除。②若钢纤维的实际长径比等于临界长径比，只有基体的裂缝发生在钢纤维中央时钢纤维才拉断。否则钢纤维短的一侧从基体内拔出。③若钢纤维的实际长径比大于临界长径比，则复合材料破坏时钢纤维可拉断。
钢纤维长度的选择：钢纤维的长度必须与混凝土中粗集料的公称粒径相匹配，混凝土粗集料的公称粒径应为钢纤维长度的2/3~1/2,即钢纤维可以跨越一个粗集料，并与另外一个粗集料的1/3搭接，同时钢纤维的长度不可以太长，过长的钢纤维搅拌不均匀，且容易成团。
⑶纤维体积率 纤维体积率直接影响到混凝土的工作性能，力学性能及耐久性能等。纤维掺量过少时，不能很好发挥效果，纤维掺量过多会使混凝土难以成行，出现“团聚”现象。
⑷纤维取向 钢纤维在混凝土中的取向对其利用率有很大影响钢纤维自密实混凝土搅拌时，宜采用强制式搅拌机，为了使钢纤维充分分散防止钢纤维由于一次性加入搅拌机而出现结团现象，把钢纤维先经过分散机然后加入搅拌机，采用先干后湿分级投料的工艺，将钢纤维，粗集料，细集料根据配合比配制的混合料在搅拌机先干拌1min，然后再加入水和外加剂进行搅拌。
两种钢纤维混凝土的施工制作顺序和方法类似，但是，在浇筑之后，普通钢纤维混凝土和一般的混凝土一样需要振捣，掺入的钢纤维由于自身的重量在振捣的过程中会向着振捣的相反方向聚集，导致混凝土中的钢纤维分布不均匀，从而影响钢纤维混凝土的力学性能。
相反，钢纤维自密实混凝土在浇筑之后，由于自密实混凝土在自身重力作用下能够流动填充模板而不需要振捣，避免了钢纤维在混凝土中聚集的现象，使得自密实钢纤维混凝土的力学性能得到充分的利用。
钢纤维自密实混凝土无需振捣而能自实。在实际施工中消除了浇筑混凝土时的振捣噪声，提高了施工速度和质量，实现了混凝土浇筑的省力化，为改善和解决过密配筋、薄壁、复杂形体、大体积、有特殊要求、振捣困难的工程施工施工条件带来了极大的方便。
决定钢纤维混凝土力学性能的最后总要参数是它的韧性，已经有研究结果显示钢纤维自密实混凝土的韧性要比普通钢纤维混凝土强的多[1]。
参考文献：
[1]张金强译.钢纤维在自密实混凝土中的应用[J].石家庄铁路工程职业技术学院学报，2002，1（3）：76-80.
[2]程庆国,高路彬等.钢纤维混凝土理论及应用[M].北京：中国铁道出版社， 1999.
[3]陈睿,刘真等.自密实混凝土应用研究[A].武汉：无哈理工大学学报，2001
摘要：本文研究了素混凝土、碳纤维混凝土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理，试验研究了碳纤维、不同品种钢纤维、纤维掺量、加载应力水平对于疲劳寿命及能量吸收的影响规律，探讨了疲劳累积损伤特性。研究表明：在较低的应力水平下纤维混凝土的疲劳寿命、能量吸收值均比高应力水平时明显增大。
关键词：碳纤维 钢纤维 混凝土 疲劳 损伤
近几年来，纤维混凝土已广泛应用于对抗疲劳、抗震和抗冲击等有较高要求的土木工程领域，这些工程在其服役期内通常承受随机或周期性反复荷载的作用，因此，研究纤维混凝土在不同加载应力水平下的疲劳寿命、能量吸收和疲劳累积损伤特性是极其重要的，它是建立纤维混凝土疲劳累积损伤理论和正确估算结构剩余疲劳寿命等工作的基础。过去关于素混凝土及钢纤维混凝土疲劳特性的研究较多[1～4]，但关于碳纤维混凝土疲劳特性的研究未见报道。本文对碳纤维和钢纤维增强混凝土的疲劳特性作了对比试验，重点研究了碳纤维掺量、加载应力水平对疲劳寿命、能量吸收值及疲劳累积损伤变量的影响规律。研究表明：钢纤维和碳纤维混凝土均具有良好的抗疲劳特性，钢纤维混凝土的疲劳寿命是素混凝土的7.9～13.7倍，能量吸收是素混凝土7.4～14.5倍，碳纤维混凝土的疲劳寿命是素混凝土2.1～9.3倍，能量吸收是素混凝土1.53～4.2倍；与高应力水平相比，纤维混凝土在较低应力水平下的疲劳寿命、能量吸收均有明显增大的趋势。
1 试验过程
表1 纤维混凝土力学性能
疲劳性能关系到道路水泥混凝土的使用寿命，抗疲劳性能优良的道路混凝土有着较长的使用寿命。聚丙烯纤维混凝土疲劳性能的研究文献很少。国外有关文献报道了聚丙烯纤维混凝土的低周期抗压疲劳强度的研究成果，为研究在结构中使用聚丙烯纤维混凝土的抗震性能提供了参考。而以抗折强度为设计参数的路面混凝土的疲劳性能的研究文献报道甚少。
近年来，有关聚丙烯纤维混凝土的研究备受国内外专家的关注。如陈栓发进行了普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土的抗压强度、抗折强度及弯曲疲劳对比试验，结果表明，聚丙烯纤维不但能使混凝土的强度提高（抗压强度提高6.75%，抗折强度提高13.86%），在高应力水平下，更可成倍提高混凝土的弯曲疲劳寿命。刘鹏所得试验结果基本与上述结果类似。
1 试验概况
本文选用水泥：粉煤灰：砂：纤维：水=1：1：2：1.1%（占胶凝材料）：15%（水料比），进行弯曲疲劳试验研究。分析比较了不同应力幅，不同应力水平对疲劳性的影响。
2.主要实验设备及疲劳试验参数确定
2.1. 主要实验设备
疲劳试验机采用美国MTS（850型）电液伺服式疲劳试验机，试件按三分点法加荷（同前述弯拉试验）。试验前先对试件反复预加5kN荷裁，以消除因接触不良而造成的误差。
加载模式：应力控制；加载波形和加载频率：加载波形采用连续正弦波形。试验中为加快进度，相邻波形间无间隙时间，同时为避免长时间试验可能出现零点漂移而引起的脱空现象，从而对试件产生冲击作用。
2.2疲劳试验参数的确定
3. 试验结果及分析
3.1实验结果
所有试件在破坏前无明显破坏现象，当达到疲劳强度后，试件突然破坏，由于纤维的作用，试件破坏后仍保持一定整体性，但已不具承载能力。
3.2疲劳方程的建立
现假定在不同应力比下，纤维试件的断裂机理是一致的，即认为试件均是由裂纹引发、扩展所致。
4.结论
1、纤维对混凝土疲劳性能的改善非常显著，同应力比的纤维混凝土疲劳循环次数也相应增加，且远远大于普通混凝土的疲劳性能。
2、试验表明，应力比越大，纤维对混凝土的改性作用就越明显，证实了维纤维的加入大大增强了混凝土的韧性。
3、混凝土疲劳过程是其内部损伤的缓慢积累过程，对内部缺陷有较高的敏感性。聚丙烯纤维对原生裂缝的细化作用和荷载传递功能对裂缝尖端应力场的钝化作用对混凝土的疲劳寿命有较大的帮助。纤维在混凝土成型过程中对其内部裂缝起到了良好的抑止作用，有利弥补混凝土的内部缺陷。
参考文献
[1] 姚武，李杰，周钟鸣.聚丙烯纤维对混凝土抗折强度的影响.混凝土，2011.10
[2] 付华，三峡加纤维抗冲击耐磨混凝土研究.中国三峡建筑，2011.3
[3] 孙家瑛，陈建祥，吴初航，陆星.硅灰对水泥基PP纤维复合材料路用性能的影响.建筑材料学报，2011.3
[4] 孙家瑛.聚丙烯纤维对高性能混凝土抗折、抗冲击性能影响研究.建筑材料学报，2010.3
关键词：钢纤维钢纤维混凝土
1前言
随着1824年波特兰水泥的诞生，在1830年前后出现了混凝土，作为当时的一种新型建筑材料，就广泛地应用于土木和水利工程。尤其是在19世纪中叶以后，伴随着钢铁的发展，人们把钢筋和混凝土结合起来，诞生了钢筋混凝土(ReinforcedConcrete)这种新型的复合建筑材料，大大提高了结构的抗裂性能、刚度、承载能力和耐久性，从而使建筑业经历了一场革命。尽管混凝土的固有优点是高抗压强度，然而它也有固有弱点——如构件的自重大、易于塑性干缩开裂、抗疲劳能力低、韧性差、抗拉强度低(一般仅为抗压强度的7%－14%)、易产生裂纹、抗冲击碎裂性差等，限制了在工程中的使用范围。这些弱点随着混凝土强度的提高显得尤为突出。因此，长期以来许多专家和学者不断探索改善混凝土性能(主要是提高抗拉性能，增强耐久性)的各种方法和途径，于是，提出了一种以传统素混凝土为基体的新型复合材料——纤维混凝土。
2纤维混凝土的发展和现状
纤维混凝土(FiberReinforcedConcrete，简称FRC)，是纤维增强混凝土的简称，通常是以水泥净浆、砂浆或者混凝土为基体，以金属纤维、无机纤维或有机纤维增强材料组成的一种水泥基复合材料。它是将短而细的，具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性等良好性能的纤维均匀的分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。纤维在混凝土中限制混凝土早期裂缝的产生及在外力作用下裂缝的进一步扩展。在纤维混凝土受力初期，纤维与混凝同受力，此时混凝土是外力的主要承担者，随着外力的不断增加或者外力持续一定时间，当裂缝扩展到一定程度之后，混凝土退出工作，纤维成为外力的主要承担者，横跨裂缝的纤维极大的限制了混凝土裂缝的进一步扩展。由此可见，纤维有效地克服了混凝土抗拉强度低、易开裂、抗疲劳性能差等固有缺陷。
与普通混凝土相比，FRC具有较高的抗拉、抗弯拉、抗冲击、抗阻裂、抗爆和韧性、延性等性能，同时对混凝土抗渗、防水、抗冻、护筋性等方面也有很大的贡献。
鉴于FRC具有素混凝土不具有的优点，纤维混凝土尤其是钢纤维混凝土在实际工程中日益得到学术界和工程界的关注。1907年原苏联专家B.П.HekpocaB开始用金属纤维增强混凝土；1910年，美国H.F.Porter发表了有关短纤维增强混凝土的研究报告，建议把短钢纤维均匀地分散在混凝土中用以强化基体材料；1911年，美国Graham曾把钢纤维掺入普通混凝土中得到了可以提高混凝土强度和稳定性的结果；到20世纪40年代，美、英、法、德、日等国先后做了许多关于用钢纤维来提高混凝土耐磨性和抗裂性、钢纤维混凝土制造工艺、改进钢纤维形状以提高纤维与混凝土基体的粘结强度等方面的研究；1963年J.P.Romualdi和G.B.Batson发表了关于钢纤维约束混凝土裂缝开展的机理的论文，提出了钢纤维混凝土开裂强度是由对拉伸应力起有效作用的钢纤维平均间距所决定的结论(纤维间距理论)，从而开始了这种新型复合材料的实用开发阶段。到目前，随着钢纤维混凝土的推广应用，因纤维在混凝土中的分布情况不同，主要有四类：钢纤维混凝土、混杂纤维混凝土、层布式钢纤维混凝土和层布式混杂纤维混凝土。
2.1钢纤维混凝土
钢纤维混凝土(SteelFiberReinforcedConcrete简称SFRC)是在普通混凝土中掺入少量低碳钢、不锈钢和玻璃钢的纤维后形成的一种比较均匀而多向配筋的混凝土。钢纤维的掺入量按体积一般为l－2%，而按重量计每立方米混凝土中掺70－100Kg左右钢纤维，钢纤维的长度宜为25－60mm，直径为0.25－1.25mm，长度与直径的最佳比值为50－700。
与普通混凝土相比，不仅能改善抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能，而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能，显著提高结构的疲劳性能及其耐久性。尤其是韧性可增加l0－20倍，美国对钢纤维混凝土与普通混凝土力学性能比较的试验结果见下表：
物理力学性质指标
普通混凝土
SFRC
极限抗弯拉强度
2－5.5MPa
5－26MPa
极限抗压强度
21－35MPa
35－56MPa
抗剪强度
2.5MPa
4.2MPa
弹性模量
2☓104－3.5☓104MPa
1.5☓104－3.5☓104MPa
热膨胀系数
9.9－10.8m/m·k
10.4－11.1m/m·k
抗冲击力
480N·m
1380N·m
抗磨指数
1
2
抗疲劳限值
0.5－0.55
0.80－0.95
抗裂指标比
1
7
韧性
1
10—20
耐冻融破坏指标数
1
1.9
我国对SFRC与普通混凝土力学性能做了比较试验，当钢纤维掺入量为15－20%、水灰比为0.45时，其抗拉强度增长50－70%，抗弯强度增长120－180%，抗冲击强度增长10－20倍，抗冲击疲劳强度增长15－20倍，抗弯韧性增长约14－20倍，耐磨损性能也明显改善。
由此可以看出：与素混凝土相比，SFRC具有更优越的物理和力学性能：(1)较高的弹性模量和较高的抗拉、抗压、抗弯拉、抗剪强度；(2)卓越的抗冲击性能；(3)抗裂和抗疲劳性能优异；(4)能明显改善变形性能；(5)韧性好；(6)抗磨与耐冻融有改观；(7)强度和重量比增大，施工简便，材料性价比高，具有优越的应用前景和经济性。
2.2混杂纤维混凝土
鉴于钢纤维混凝土有许多正是我们需要而素混凝土又不及的优点，所以很受工程界的青睐。但有关研究资料表明，钢纤维对混凝土的抗压强度并无明显促进作用，甚至还有所降低；与素混凝土相比，对于钢纤维混凝土的抗渗性、耐磨性、耐冲磨性及对防止混凝土早期塑性收缩等还存在正反(提高与降低)两方面甚至居中的观点。此外，SFRC用量较大价格较高，有生锈问题，对由于火灾引起的爆裂几乎无效等，这些问题都在不同程度影响了其应用。
目前，尽管单一纤维混凝土有着自身的优点，但是低模量合成纤维混凝土由于模量低，变形大，乱向而松散地掺入混凝土中，对提高混凝土的抗压、抗拉、抗弯、抗折强度等很不显著，这些缺点限制了低模量合成纤维适用领域。近些年来，一些国内国外学者开始将目光投向混杂纤维混凝土(HybridFiberReinforcedConcrete简称HFRC)，试图把具有不同性能和优点的纤维混杂，取长补短，在不同层次和受荷阶段发挥“正混杂效应”来增强混凝土，以适应不同工程的需要。但是关于它的各种力学性能尤其是HFRC的疲劳变形及疲劳损伤、在静、动荷载以及等幅或变幅循环荷载作用下的变形发展规律和损伤特性、纤维的最佳掺配量、混杂比例、复合材料各组份的关系、增强效果及增强机理、抗疲劳性能、破坏机理、施工工艺、配合比设计等方面的研究还有待进一步进行。
2.3层布式钢纤维混凝土
由于整体式纤维混凝土不易搅拌均匀，在搅拌过程中纤维易结团，而且其纤维用量也较大，造价比较高，所以难以获得大面积的推广应用。通过大量的工程实际和理论研究，人们提出了一种新型钢纤维结构形式——上下层布式钢纤维混凝土(LayerSteelFiberReinforcedConcrete简称LSFRC)，它是将少量的钢纤维均匀撒布于路面板的上下两个表层，而中间仍为素混凝土层。LSFRC中的钢纤维一般由人工或机械撒布，钢纤维较长，长径比一般70—120之间，呈二维分布。
在不影响力学性能的条件下，这种材料大大降低了钢纤维的用量，同时也避免了整体式纤维混凝土在搅拌时易出现纤维结团现象。试验研究表明：用体积率为0.12%的钢纤维，所配制的底面层布钢纤维混凝土的7d、28d抗折强度比同条件下的素混凝土的抗折强度分别增加了27%和26%，而与钢纤维混凝土（体积率为1.2%）的抗折强度相近，而钢纤维用量节约90%。此外，钢纤维在混凝土中的层布位置对混凝土的抗折强度影响很大，钢纤维层布在混凝土底部增强效果最佳，随钢纤维层布位置上移，其增强效果明显减弱，上下层布式钢纤维混凝土，比同配合比的素混凝土抗折强度提高35%以上，比整体式钢纤维混凝土略低，但上下层布式钢纤维混凝土可节约大量材料成本，也不存在搅拌难的问题。因此，上下层布式钢纤维混凝土是一种具有良好的社会经济效益和广阔的推广应用前景、值得在路面施工中推广的新材料。
2.4层布式混杂纤维混凝土
尽管LSFRC上下表面的一定厚度范围内得以加强，但是其中间的素混凝土层却成了薄弱环节。虽然其抗折强度和疲劳强度经试验证明都有很大提高，可其延性、韧性、抗渗性及耐久性却增长不大，一旦表层钢纤维磨出后将会存在安全隐患。
层布式混杂纤维混凝土(LayerHybridFiberReinforcedConcrete简称LHFRC)是在LSFRC基础上掺入0.1%的聚丙烯纤维，把大量细而短，具有较高抗拉强度、高极限延伸率的聚丙烯纤维均匀分布在上、下层钢纤维混凝土和中间层的素混凝土中。可以理解为是混杂合成纤维混凝土和层布式钢纤维混凝土的融合。
LHFRC在增强混凝土抗压强度方面的影响并不明显，与素混凝土相比，其对混凝土的强度提高仅为0.3%左右，且其抗压强度比层布式钢纤维混凝土低4%左右。
LHFRC在增强混凝土抗折强度有明显的提高，与素混凝土相比，其对素混凝土的抗折强度提高20%左右，与层布式钢纤维混凝土相比，其对层布式钢纤维混凝土的抗折强度提高2.6%，但对混凝土的抗折弹性模量的影响不大，层布式混杂纤维混凝土的抗折弹性模量比素混凝土的高1.3%，比层布式钢纤维混凝土低0.3%。
LHFRC在增强混凝土弯曲韧性有明显的提高，弯曲韧性指数是素混凝土8倍左右，是层布式钢纤维混凝土的1.3倍，明显提高了混凝土的韧性。
在LHFRC中，由于两种或多种纤维在混凝土中的表现不同，我们可以根据工程的需要，利用合成纤维、钢纤维在混凝土中的正混杂效应，提高材料的延性、耐久性、韧性、初裂强度、抗折强度、抗拉强度等方面大幅度提高，延长材料的使用寿命和改善材料的质量。
3理论支持
尽管掺入混凝土基体中的高模量纤维(如钢纤维)主要起增强、增韧作用，然而纤维对基体的增强理论至今未能满意地解决，仍以复合理论和纤维间距理论并存。
复合理论是研究脆性纤维增强延性基体材料(FRP)的增强理论时提出的，将复合材料基体的性能视为与复合前完全一样，此时按混合法则计算是可行的。
纤维间距理论又称阻裂理论，是Rmualdi及其同事Batson等根据线弹性断裂力学而提出的，该理论认为纤维的增强作用仅与均匀分布的纤维间距(最小间距)有关。
这两种理论并不能充分地解析纤维混凝土对基体增强，复合材料理论忽略了纤维对基体的阻裂作用，即忽略了复合带来的耦合效应；纤维间距理论最大缺点是忽略了纤维自身耦合作用，而片面地强调纤维的阻裂作用，并且起决定作用的纤维间距应为纤维理论间距。
4总结
关键词：喷射 钢纤维混凝土 质量控制
钢纤维混凝土是由水泥、水、中粗砂、骨料、钢纤维及必要时掺入外加剂或掺和料按一定比例配制而成。钢纤维混凝土具有良好的综合力学性能，钢纤维的加入可提高混凝土的强度、韧性及抗裂性，使混凝土的特性由脆性向弹塑性过渡，是目前国内外比较先进的外掺料。钢纤维按材质分为普通碳素钢和不锈钢两种类型，一般多用普通碳素钢钢纤维。这项技术发展以来，在隧道和地下工程中的衬砌支护、矿山巷道的软岩支护、建筑物与桥梁的修补加固、水工建筑的面板防渗加固处理等很多工程项目上得到应用。
一、喷射钢纤维混凝土的材料质量要求
1、水泥和水灰比：钢纤维喷射混凝土施工的首要要求是有良好的工作性，即混凝土拌和物有较好的流动性、保水性、粘聚性。水泥水化之后，胶合料覆盖在集料和钢纤维表面，减少了摩擦阻力，形成良好的流动性，促使钢纤维混凝土与受喷面粘结；水泥的强度与钢纤维喷射混凝土的强度基本上成正比例关系，但是高标号的水泥增加施工成本，水化热大，不利于混凝土强度的增长。
一般混凝土的抗压强度与灰水比成正比例的关系，但对于钢纤维喷身混凝土，其喷射时的水灰比与到达受喷面的混凝土的水灰比有一定的差异。而且水灰比过大，水泥的水化反应充分，但是混凝土拌和物易离析、泌水，混凝土硬化后收缩变形大；水灰比过小，富余的水泥颗粒多，干喷工艺增加粉尘和回弹率，且钢纤维喷射混凝土是喷敷成层状的，粘结不好。因此，水灰比既要使钢纤维喷射混凝土有良好的流动性和强度，又不能使钢纤维喷射混凝土离析、泌水，增加回弹率，造成浪费。
2、集料：钢纤维喷射混凝土所用集料包括粗集料和细集料两种。粗集料为钢纤维喷射混凝土提供支架作用，对于混凝土的强度起主要作用，卵石表面光滑，与水泥胶合料的粘结不如碎石，但相对碎石来说可以减少对喷射设备的损伤。同时水泥浆体与单个石子之间界面的过渡层周长和厚度都很小，不容易形成大的缺陷，有利于界面强度的提高，有利于混凝土弹性模量的增长和耐久性的提高。细集料起填充空隙作用，其细度模数和砂率影响混凝土的粘聚性和流动性。砂子的比表面积大于同等质量的石子的比表面积，需要水泥浆的数量多，流动性随着砂率的增大越来越好。
3、钢纤维：钢纤维在喷射混凝土中的不均匀分布提高了混凝土的弯拉强度、韧性和阻裂能力。实验证明，钢纤维喷射混凝土开裂后仍具有一定的负荷能力。常用钢纤维的弹性模量为200GPa，抗拉强度为380～1300MPa，极限延伸率3 %～30 %。不均匀分布在喷射混凝土中的钢纤维由于自身的高强度以及与集料的粘结，提高了混凝土的整体密实程度和耐久性。钢纤维的长径比是影响钢纤维增强增韧效果的重要参数，也影响喷射混凝土的工作性。这两方面有时是相互矛盾的，因为通常使用的表面粗糙、两端带钩的钢纤维增强、增韧效果好，但施工时，分散较为困难，容易结团，影响施工效率。
4、外加剂和掺和料：干喷法和湿喷法施工，都要求喷射混凝土拌和物的干料或是湿料在喷嘴处与速凝剂等混合喷出后，在很短时间内凝结。施工时，常用速凝剂或高效减水剂等缩短喷射混凝土的凝结时间，尤其是初凝时间。如达不到要求，则混凝土与受喷面粘结不够，回弹率增加，钢纤维混凝土密实程度不高，混凝土的强度和耐久性无法保证，经济性也不好
二、喷射钢纤维混凝土施工
1）混凝土拌制、存放和运输。钢纤维在拌和料中的分布均匀性，不仅与原材料和搅拌工艺有关，而且受搅拌机械和投料方法影响更大。试验表明：采用强制搅拌机比自落式搅拌机效果好。本隧道施工中因受机械设备影响而采用自落式搅拌机。投料时采用先投水泥、砂和碎石，在拌和过程中分散加入钢纤维的方法进行拌和，拌和时间不少于2min.。
钢纤维混凝土施工时，喷锚料应尽量随拌随用，掺入速凝剂时存放时间不得超过20min，不掺入速凝剂时干混合料存放时间不超过2h，否则被视为废料，不可再行使用。在运输和存放过程中不得淋雨、流入水或混合杂物。
2）喷射作业。混合料通过胶管长距离的高速输送，在喷头处已稍有分离，水在距受喷面lm 左右处加入，喷射应根据其当前标定的给水速度调整水阀，按混凝土配合比设计确定的水灰比供水。喷射混凝土时，喷枪要垂直正对工作面，连续平稳地自下而上水平横向移动，喷头一圈压半圈的旋转喷射。
在施工时还应注意风压对喷射钢纤维混凝土的影响。在混合料输送时，采用适当的风压是钢纤维均匀分布、减少回弹损失的主要条件。风压太大钢纤维的分布就不均匀。试验表明，钢纤维混凝土喷射堆中心的钢纤维含量为喷堆周边的85.3%，这种现象产生的主要原因是由于料流喷出后，分布在料束外缘的钢纤维在接近受喷面前被横向气流吹至周围（其中部分钢纤维落地，部分钢纤维滞留在喷堆周边），因此，降低风压则横向气流的压力和流速也会降低，这样不仅会减少钢纤维的回弹损失，也会改善钢纤维分布的不均匀性。一般混合料输送距离在100m以内时，喷射风压控制在0.15～0.2MPa为宜。
3）养护。混凝土施工质量的好坏，受养护的影响相当明显。因此在混凝土喷射完毕后要及时洒水或喷水雾养护。避免因养护不及时而导致喷射钢纤维混凝土的质量不合格。
三、质量控制措施
在实际施工中，无论是施工设备的操作、施工进度的掌握、施工材料的控制都离不开现场人员。施工人员的熟练程度、专业知识的掌握、责任心影响钢纤维喷射混凝土的施工质量。钢纤维喷射混凝土的施工环环相扣，尤其对于干喷法施工工艺，大多是远距离操作，混凝土拌和料的拌和与运输、钢纤维的掺加工艺控制、喷射混凝土时水量的控制等将对施工质量产生严重影响。加强施工现场的管理与协调显然是必要的。
关键词：丝纤维；混凝土；劈裂抗拉；最佳掺量
一、绪论
混凝土是当今世界上用量最大、使用最广泛的材料之一，丝纤维在提高混凝土性能方面扮演着重要的角色。聚丙烯纤维混凝土是一种掺入少量短切聚丙烯纤维来增强或改善混凝土某些性能的复合材料。大量的室内试验和工程实践证明，丝纤维混凝土具有抑制塑性收缩裂缝、抗冲击和弯曲疲劳性能较好、抗松散性较好、剩余强度较高、抗渗性较好、抗拉及抗折弯强度有所增加、耐气候老化、抗冻融性较好等优点。
1.1 丝纤维混凝土在国内的研究和应用状况
国内关于聚丙烯纤维混凝土的研究起步较晚，在20世纪70年代开始了纤维混凝土技术的研究和应用。从目前国内研究水平来看，主要集中于对混凝土聚丙烯纤维增强混凝土的物理和力学性能的研究。浙江省宁波市将聚丙烯纤维混凝土用于水库大坝面板、溢洪道进水渠底防护工程。目前国内已有多家工厂生产聚丙烯纤维以满足各行业不同混凝土施工需要。在试验研究方面，国外在聚丙烯纤维混凝土的力学性能、耐久性、施工工艺、纤维增强机理等方面做了大量的工作，并且已编制了这方面的有关试验规范和技术标准，而我国只有上海同济大学、大连理工大学等院校做了一些研究工作，远远不能满足我国发展这项技术的要求。
1.2 丝纤维混凝土存在的问题
适用的纤维掺量取何值？从合成纤维的制成材料来看，由于其耐酸碱、以及物理性的增韧和增强，广义地来说对混凝土是有益无害的。但到底何掺量才合适，理论界与工程界的意见不尽相同。从合成纤维在混凝土中所起作用的实质来看，只要添加合成纤维，必然能不同程度地解决混凝土先天的缺陷――脆性，因此无论怎样加都没有问题，似乎只有采用模糊理论来解决幅度变化是最好的办法。但是，从设计和施工角度来考虑必须要有量化的指标。另从混凝土的工作性方面来考虑，又不得不考虑适应施工的有关要求。目前没有国家技术规程，所有的工程应用尚处于探索阶段，掺量差异的理论根据不足，决定纤维掺量的最可靠办法是因应工程目的进行试配，从而进行认真地比较。尤其是大型工程的结构性部位应用更要认真、慎重进行纤维多种掺量的试配和性能比较，从而选择最佳方案。
二、实验配合比和实验方法
丝纤维混凝土的强度主要来自混凝土本身，水泥的强度与水灰比都会对实验有影响。
2.1 实验配合比
2.1.1 配合比：
水泥：水：砂：石 = 1：0.45：1.30：2.13 = 478：215：623：1017 （g/升混凝土）
W/C=0.45 砂率=0.38
市场上有各种型号的水泥，而本实验采用强度为32.5强度等级的普通硅酸盐水泥。
砂石采用中砂，其砂率为0.38，碎石的最大粒径为15mm，砂石的含水率通过实验测得。
本实验混凝土设计强度为C30，施工塌落度为30～50mm，强度标准差为4.0MPa。
2.1.2 丝纤维参数：
丝纤维直径=50.9μm 丝纤维长度=18.0mm
丝纤维长径比=354 丝纤维熔点=165～173℃
2.1.3 实验参数设置
本实验将丝纤维混凝土劈裂抗拉设为6组，组别为B1、B2～B6。其中将B1设定为对照组（不掺入丝纤维的素混凝土），在B2～B6中分别掺入400g/m3、800g/m3、1200g/m3、1600g/m3、2000g/m3的丝纤维作为掺量变化，其他条件均全部相同。丝纤维混凝土劈裂抗拉实验每组6个试件，试件为非标准的100×100×100mm立方体试块。养护时间为实验室标准养护28天。
2.2实验方法
2.2.1 实验步骤
a）用电子天平分别称量出一次除去含水率之后的砂、石、水、水泥和丝纤维的含量。一次称量的量为一组混凝土抗压和劈裂抗拉的量。（由于砂、石放置在室外，所以实验之前先测得砂石的含水率）（表2-1）
表2-1 实验配比
编号 水/kg 水泥/kg 砂/kg 石/kg 丝纤维掺量/g
B1 3.2207 9.4644 13.0082 20.5001 0
B2 3.2207 9.4644 13.0082 20.5001 12
B3 3.2207 9.4644 13.0082 20.5001 24
B4 3.2207 9.4644 13.0082 20.5001 36
B5 3.2207 9.4644 13.0082 20.5001 48
B6 3.2207 9.4644 13.0082 20.5001 60
其中：
B1为素混凝土，B2、B3、B4、B5、B6分别表示掺入400g/m3、800g/m3、1200g/m3、1600g/m3、2000g/m3丝纤维的混凝土。
b）理论上需要配制16.125升的混凝土，但考虑实验中混凝土会有一定量的损耗，所以在配制时需要适量增加，所以一次实验的量为18升。
c）本实验采用先干后湿搅拌法，先将砂和石子倒入自动搅拌机中搅拌均匀（搅拌时间为30s），再将水泥倒入自动搅拌机中搅拌均匀（搅拌时间30s），将丝纤维倒入水中搅拌均匀（搅拌时间2min），最后将搅拌均匀的水和丝纤维倒入自动搅拌机中搅拌均匀（搅拌时间4min）。
d）在搅拌的过程中，将试件模具进行涂油，搅拌完成之后将拌合物平均地倒入模具中，倒入模具完成后将模具放到振捣台上机械振捣（振捣时间3min），振捣完成进行封膜成型，然后拆模，共计养护28天。
e）另外五组均按照以上方法进行试件制备。
2.2.2 混凝土劈裂抗拉强度实验方法
a）至试验龄期时，自养护室取出试件，应尽快试验，避免其湿度变化。
b）试件从养护地点取出后，擦拭干净，测量尺寸，检查外观，在试件中部划出劈裂面位置线。劈裂面与试件成型时的顶面垂直，尺寸测量精确至lmm。
c）采用0.05～0.08MPa/s的速度连续而均匀地加荷，当上压板与试件接近时，调整球座使接触均衡，当试件接近破坏时，应停止调整油门，直至试件破坏，记下破坏荷载，准确至0.01kN；混凝土立方体劈裂抗拉强度按照公式2―2计算：
（2―2）
式中：
fts――混凝土立方体劈裂抗拉强度，MPa；
F ――试件破坏荷载，N；
N ――试件破裂面积，mm2。
d）丝纤维混凝土劈裂抗拉实验，以6个试件测值的算术平均为测定值。如任一个测值与中值的差超过中值的15%时，则取中值为测定值。本实验中有数值与中值的差超过中值的15%，所以将最大值与最小值一并舍弃之后剩余四个的算术平均值为测定值，最后以公式 并乘以换算系数0.85计算得出丝纤维混凝土的劈裂抗拉强度填入表格。
e）将实验数据汇总处理，表格如下（表2-3）
表2-3 丝纤维混凝土劈裂抗拉实验数据
编号 B1 B2 B3 B4 B5 B6
试件抗 31.57 47.41 45.92 41.06 50.30 41.48
拉极限 57.76 43.52 44.01 34.28 38.68 39.60
荷载/KN 31.12 31.57 42.80 43.09 52.66 39.98
33.51 33.52 50.30 47.37 31.30 40.90
40.18 53.85 33.26 43.89 44.84 38.40
44.47 30.04 48.48 46.57 40.36 42.57
抗拉极 35.08 36.20 44.24 43.00 42.18 40.49
限荷载
平均值
/KN
2.3 本章小结
本实验为混凝土劈裂抗拉强度试验。试验设置劈裂抗拉每组6个试块，组别为B1～B6，丝纤维掺入量分别为0g/m3、400g/m3、800g/m3、1200g/m3、1600g/m3和2000g/m3。劈裂抗拉试验采用非标准的100×100×100mm立方体试块。制模、养护、实验试件为28天，试验按照普通混凝土力学性能实验方法标准GB/T 50081-2002进行。
三、 数据处理及分析
3.1 丝纤维掺量对混凝土劈裂抗拉强度的影响
3.1.1 实验结果
丝纤维混凝土28天的劈裂抗拉强度值如下表3-1所示
表3-1 掺丝纤维混凝土的28天劈裂抗拉强度（MPa）
编号（纤维
掺量/g/m3） B1（0） B2（400） B3（800） B4（1200） B5（1600） B6（2000）
平均值/Pa 35.08 36.20 44.24 43.00 42.18 40.49
换算系数 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85
fts/MPa 0.84 0.87 1.06 1.03 1.02 0.97
增减比例 0.00% 3.57% 26.19% 22.62% 21.43% 15.48%
3.1.2 结果分析
图3-2 丝纤维混凝土28天劈裂抗拉强度-掺量关系曲线图
由图3-2可以得知：
1）在混凝土中掺入适量的丝纤维能够提高到混凝土的劈裂抗拉强度。且相对于抗压强度，丝纤维掺量对混凝土抗拉强度的影响更为明显。
2）丝纤维掺量的多少对混凝土劈裂抗拉性能的影响呈现准抛物线的趋势，即在掺量800g/m3之前，抗拉强度逐渐增加，在800g/m3之后，逐渐递减，即可认为丝纤维的最佳掺量在800g/m3附近。
3）丝纤维掺量为2000g/m3时，其抗拉强度仍然要高于素混凝土。依据两者关系曲线的趋势，我们有信心认为，对于继续增加丝纤维掺量，将会使得其抗拉强度反而低于素混凝土，当然确切的数据和论证，需要通过进一步的实验才能确定。
3.2 本章小结
本章通过对得到的实验数据进行整理汇总，按照公式计算得到所需数据，并将数据填入表格，制作折线图进行分析。可以得到：
1、掺入丝纤维后，在一定范围内，混凝土的劈裂抗拉性能随着丝纤维的掺量呈现先上升后下降的一种趋势
2、混凝土劈裂抗拉性能的最佳掺量在800g/m3左右，增强幅度为26.1
四、结论
4.1 结论
本实验对丝纤维混凝土的劈裂抗拉强度进行了研究，通过在相同配合比的条件下对混凝土掺入不同量纤维劈裂抗拉实验，得到以下结论：
1）加入丝纤维以后混凝土的劈裂抗拉强度都是随着丝纤维的掺量先上升再下降的一种趋势。
2）掺入丝纤维对混凝土对混凝土的劈裂抗拉强度的提高效果较为明显。
3）丝纤维对混凝土劈裂抗压性能的提高的最佳掺为量在800g/m3附近。
参考文献
[1] 盛黎明，邓运清.混凝土聚丙烯纤维的发展与应用[J]桥梁.2002.6：47～68
[2] 阎利.聚丙烯纤维增强混凝土概述[J]化学建材.2003.1：35～72
[3] 王立伍.聚丙烯纤维对混凝土性能的影响和工程应用[A].见：程庆国.全国第七届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集[C].北京：中国铁道出版社，1998：14～19
[4] Toutanji，HoussamA.Properties of polypropylene fiber reinferced silica fume expansive―cement concrete.Construction and building materials[J].June 1，1999：171～177
关键词：钢纤维混凝土；现浇预应力；立交桥
近年来，钢纤维混凝土在桥梁建筑领域应用较广泛。目前，国内外对钢纤维的作用机理和钢纤维混凝土的基本性能也做了大量的研究，由于其中掺加了一定数量的钢纤维，因而具有比普通混凝土更为优越的物理和力学性能。
一、钢纤维混凝土的基本性能
钢纤维混凝土最基本的性能就是具有较高的抗弯、抗拉、抗扭以及抗剪强度。在混凝土中掺入适量钢纤维，混凝土的抗弯强度会提高30%～70%，抗拉强度会提高20%～45%，抗剪强度会提高45%～90%。同时，钢纤维混凝土具有经济性的重要标志就是强度和重量比值增大。其次，钢钎维混凝土具有卓越的抗冲击性能。材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能，称为冲击韧性。另外，由于钢纤维混凝土比普通混凝土的抗裂性、整体性都好，所以其耐磨性、耐冻融性、抗气蚀性以及抗腐蚀性均有显着提高。
二、钢纤维混凝土在现浇预应力混凝土桥梁中的应用――以某城市承建的立交桥桥梁为例
（一）该立交桥桥梁承建实况
该立交桥是往城市机场和其它城市方向的重要交通要道。设计荷载汽车-超20级，挂车-120。桥面全宽21.75米，分为南北两座桥。立交桥桥梁全长145.6米，宽13.4米，跨径为40+50+40米，上部结构为三孔现浇预应力混凝土变截面连续箱梁，下部结构中墩采用V型墩，同时与箱梁固结。桥梁横断面为单箱四室，梁高1.1米，箱梁两则悬臂各2.5米。另外，施工要求泵送混凝土，混凝土设计强度等级C50，坍落度80毫米～180毫米。经过与预应力结构方案比较，确定主梁采用钢纤维混凝土。
（二）钢纤维混凝土的配合比设计
钢纤维混凝土配合比的设计内容包括计算配制强度、确定水灰比、钢纤维体积率、单位用水量、单位水泥用量、含砂率、计算集料、钢纤维用量。要先确定好钢纤维体积率、砂率以及水灰比。然后确定好单位体积水泥用量与用水量后，再按绝对体积法计算材料用量，确定初步配合比。紧接着，按初步配合比进行拌和物性能试验，调整单位体积用水量和砂率，确定强度试验用基准配合比。最后，根据强度试验结果调整水灰比和钢纤维体积率，确定钢钎维混凝土施工配合比。
（三）钢纤维混凝土的现场施工
1．施工注意事项。首先，对主梁混凝土进行施工时，应当注意主梁混凝土的浇筑顺序是从底板到腹板再到顶板，并且一台混凝土泵车要位于待浇孔跨的一端，再由这一端向另一端泵送入模。同时，泵送下料口的位置应当经常性的移动，在同一个位置的混凝土不能堆积太厚，而且严禁用插入式振捣棒平拖混凝土。另外，要特别注意抹压后的混凝土表面应该是平整的，且没有碎石、钢纤维等现象。其次，在施工过程中要注意确保混凝土不结团。一旦发现有结团现象，一定要及时用人工撕开抖散或剔除，避免其硬化后，混凝土表面出现蜂窝现象。还应注意早期的湿润养护，采用洒水保湿养生、采用脱模剂或覆盖草袋。同时，主梁混凝土强度达到其标准强度的80%时，须对预应力钢筋进行张拉。而且，在张拉过程中，应避免构件截面呈过大的偏心受压状态。
2．现场施工流程。主梁混凝土主要施工流程为：（1）对施工基面进行处理，对主桥桥墩钻孔桩、承台、立柱、帽梁施工，现场搭设梁体支架，并浇筑拱肋湿接头；（2）先对底板和腹板进行混凝土施工。将施工缝留在翼板与腹板交接处，然后逐孔分层浇筑。并且采用浮吊船吊装就位，现浇湿接头，接头处用胶带纸缠绕，严防漏浆；（3）继续浇筑顶板；（4）待接头混凝土达到标准强度的90%后，按顺序拆除拱肋支架；（5）铺设行车道板，现浇桥面整体化混凝土，安装防撞护栏及附属构件；（6）主梁混凝土施工结束后，对其进行早期的湿润养护，待混凝土强度达到其标准强度的80%时，对预应力钢筋进行张拉。
三、防治裂缝现象的措施
施工过程中，由于现场施工人员没有按照要求来认真完成钢钎维混凝土的施工，经常会出现裂缝现象，使得主梁今后的正常使用直接受到影响。所以，在主梁混凝土施工过程中，施工人员要加强质量意识，把工作落实到实处。质检人员在质量验收中一旦发现问题要立刻采取防治和补救措施。
（一）落实施工质量监控工作
施工质量包含着施工原材料的质量以及施工人员的施工操作正确性。首先，在浇筑前，施工单位必须规定用于本桥梁的所有原材料要按技术规范的要求进行严格的检查，并定期进行抽检，不合格的材料坚决不能用于本桥梁。另外，还须督促试验员及时留取强度试块，以便与普通混凝土强度进行对比。
（二）采用合理的浇筑方法
合理有效地浇筑方法是保证施工质量的基础。主梁的浇筑，一般采用二次成型法，即先浇筑底板和腹板，再浇筑顶板的方法。将施工缝留在翼板与腹板交接处，然后逐孔分层浇筑。对于钢钎维混凝土顶板的浇筑，应当严格控制其标高，为防止混凝土收缩裂缝，可在钢钎维混凝土表面初凝时进行二次抹面。
（三）有效维护混凝土保护层
在主梁混凝土施工过程中，要经常对其保护层进行维护，增加主梁使用保护层垫块厚度。这样可以很好的隔绝产生裂缝而出现二氧化碳氧化桥梁钢筋的现象。在主梁混凝土保护层施工过程中，一定要注意将保护层垫块摆放的位置和距离按照设计图纸的规定摆放。最关键的是，在浇筑过程中，施工人员要注意保护层是否存在损坏，一旦发现问题，必须立刻停止浇筑，补充后再继续浇筑，以确保桥梁施工的质量符合标准要求。
（四）该立交桥工程检验结果
该立交桥工程完工后，对其进行了荷载试验，检验结果表明：该立交桥在试验荷载作用下量测的控制截面的挠度、应变值均低于设计计算值，最大挠度和最大应变处的残余变形均小于20%。试验前后对试验主梁进行了裂缝检查，未发现有明显裂缝，检测指标满足规范要求。同时也表明，该立交桥工程施工人员质量意识较高，基本是按照工程要求来完成混凝土施工。
在水泥混凝土中掺加纤维可以改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺点，提高其抗掺性能、抗冲击性能。本文简要地介绍了纤维混凝土这种新型的建筑材料，就聚丙烯纤维混凝土的抗掺性能、抗拉性能开展试验研究。
关键词：纤维混凝土；物理性能；试验研究
1 纤维混凝土概述
纤维作为建筑材料使用已有相当长的历史，早期人们就把天然纤维，例如稻草、麦秆、棉、麻等添加到墙体材料中，以增加墙体的强度和韧性，防止墙体裂纹[1]。近代关于纤维混凝土的理论研究开始于1910 年，由美国的Porter 首创。1911 年美国的Graham 正式将钢纤维掺到混凝土中，并初步验证了它的优越性。著名的化学公司如杜邦公司、3M 公司、日本帝人公司等都开发出了多种水泥增强用纤维品种，并已经在高速公路、桥梁、摩天大楼、地铁、隧道等土木工程中获得广泛应用。
国内的研究起步较晚，上海合成纤维研究所研究了锦纶短纤维对水泥混凝土的增强效果，安徽皖维公司将高强高模聚乙烯醇短纤维用于增强混凝土。目前的相关标准有YB/T 151—1999《混凝土用钢纤维》、GB/T 21120—2007《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》、GB/T 23265—2009《水泥混凝土和砂浆用短切玄武岩纤维》、GB/T 15231—2008《玻璃纤维增强水泥性能试验方法》等。
纤维混凝土通常是以水泥净浆或者砂浆为基体，以非连续的短纤维或者连续的长纤维做增强材料所组成的水泥基复合材料。纤维在其中起着阻止水泥基体中微裂缝的扩展和跨越裂缝承受拉应力的作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。纤维混凝土增强机理主要有两种理论。一种是纤维间距理论，另一种是复合力学理论。纤维间距理论由 Romualdi 和 Batson 于 1963 年提出，根据线弹性断裂力学来说明纤维对裂缝发生和发展的阻滞作用。该理论认为要增强混凝土的抗裂性和延性，必须尽可能地减小基体内部缺陷的尺寸，降低裂缝端的应力集中程度。而纤维的掺入起到了优化材料内部组织结构和降低裂缝端应力集中的双重效应。后来英国 Swamy mangat 教授提出了“复合材料机理”，从复合材料的混合原理出发，将纤维增强混凝土看作纤维的强化体系，用混合原理推求纤维混凝土的抗拉和抗弯拉强度。
2 用于水泥混凝土的纤维
用于水泥混凝土的纤维按其材质可分为三类。金属纤维：钢纤维、镀铜微丝钢纤维等；无机纤维：又分为天然矿物纤维（如玄武岩纤维）和人造矿物纤维（如耐碱玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维）；有机纤维：又分为植物纤维（如木质素纤维）、动物纤维和合成纤维。几种纤维性能对比见表1。
2.1 钢纤维
钢纤维是当今世界各国普遍采用的混凝土增强材料。它具有抗裂、抗冲击性能强、耐磨强度高、与水泥亲和性好，可增加构件强度，延长使用寿命等优点。但是钢纤维搅拌时易结团，混凝土和易性差，泵送困难、难以施工且易锈蚀，钢纤维混凝土的自重大、振捣浇注时往往会沉于混凝土下部，不可能均匀分布。
2.2 耐碱玻璃纤维
耐碱玻璃纤维强度/重量比要比钢大，具有高抗拉强度，延伸性低，很高的抗变形能力。玻璃纤维在道路工程施工中，有很广泛的应用，因为它与路面混合料具有良好的相容性。但玻璃纤维混凝土暴露于大气中一段时间后，其强度和韧性会有大幅度下降，即由早期高强度、高韧性向普通混凝土退化。
2.3 碳纤维
碳纤维是20世纪60年代开发研制的一种高性能纤维，具有抗拉强度和弹性模量高、化学性质稳定，与混凝土粘结良好的优点，但由于碳纤维价格昂贵，工程应用中受到很大限制。
2.4 玄武岩纤维
玄武岩纤维是典型的硅酸盐纤维，比重为2.63g/cm3～2.8g/cm3，用它与水泥混凝土和砂浆混合时易于分散，新拌玄武岩纤维混凝土的体积稳定、耐久性好，耐酸又耐碱，具有优越的耐高温性、防渗抗裂性和抗冲击性。
2.5 合成纤维
常用的大多数合纤，如经机械、表面活性剂、氧氟等表面处理后，其短纤都可用于混凝土的改性，从而提高或改善其物理力学性能，尤其是可大幅度提高其韧性。而且价格低廉，生产工艺先进，且施工方便，被广泛应用于广场、机场等大面积混凝土工程中。采用高弹性模量纤维可大幅度提高混凝土抗拉、抗弯强度。
2.5.1 按弹性模量可分为：
①高弹性模量纤维混凝土（如高强高模聚乙烯醇纤维、芳香族聚酰胺纤维），高弹性模量纤维混凝土在未产生裂纹之前，因纤维弹性模量较高，根据“混合定律”，复合材料的弹性模量随纤维掺量增加而增加，开裂之后主要是纤维受力，只要纤维体积掺量超过临界纤维体积掺量，复合材料承载能力就不会降低，反而增加。采用高弹性模量纤维可大幅度提高混凝土抗拉、抗弯强度，对韧性也有提高，但费用大。
②低弹性模量纤维混凝土（如：聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维）。它们与钢纤维的相似点是不受水化产物的侵蚀，有一定的抗拉强度，可三维乱向分布于混凝土基体中，其阻裂原理是充分发挥了纤维数量（每公斤数千万根）优势，具有很大的表面积，对微裂缝约束，使之不至于连通，效果显著。
2.5.2 按作用方式可分为：
①短纤维，改善纤维在水泥混凝土中的分散性，通过传递应力吸收高能量，有效抗击冲击力和控制裂缝。
②短纤维铺网或网状纤维，增加纤维与基体的接触面积和接触力，有效降低水泥混凝土固化过程中的塑性收缩，提高构件的耐冲击力，延长构件的使用寿命。
③异型化纤维。如V形纤维、Y形纤维、带钩形纤维等，异型化能够增加纤维与基体的接触表面，加强二者之间的有效粘结，提高增强增韧效果。
④表面涂层改性纤维，利用有机或无机化合物处理或涂层，改善纤维在混合过程中的分散性，提高纤维与基体材料的粘结力。
2.5.3 合成纤维加入水泥基体中的作用
①阻裂。阻止水泥基体中原有缺陷（微裂缝）的扩展并有效延缓新裂缝的出现。
②防渗。通过阻裂提高水泥基体的密实性，防止外界水分侵入。
③耐久。改善水泥基体抗冻、抗疲劳等性能，提高其耐久性。
④抗冲击。提高水泥基体的耐受变形的能力，从而改善其韧性和抗冲击性。
⑤抗拉。在使用高弹性模量纤维前提下，可以起到提高基体的抗拉强度的作用。
⑥美观。改善水泥构造物的表观形态，使其更加致密、细润、平整、美观。
大力开发合成纤维在非纺织类领域中的应用，已成为世界合纤市场保持持续发展的应对策略之一。开发我国合成纤维在产业中的应用，潜力巨大，而其中开发合纤在混凝土建材中的大量应用，对扩大合纤在产业中的应用领域，以及改善我国混凝土建材的性能具有重要意义。
3 物理性能试验
3.1 抗渗性能试验
试验依据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[2]的规定进行。参照生产企业的建议（每方混凝土纤维掺量为0.9kg～1.8kg、长度为12mm～19mm）。试验采用的聚丙烯工程纤维长度为19mm，掺量分别为0、0.9kg/m3、1.2kg/m3、1.5kg/m3、1.8kg/m3。试件共分为5组。每组6个试件。试件上口内部直径为175mm，下口内部直径为185mm，高度为150mm。混凝土配合比为水泥：石子：砂：水=360：1065：720：205。使用同一台搅拌机，纤维加在集料之间，干拌30s左右，然后加水泥和水进行强制搅拌。
试件试验龄期为28d，使用同一台混凝土抗渗仪（HP-4.0自动调压混凝土抗渗仪），采用逐级加压法，每次试验安排一组度件（6个）。试验时由初始0.1MPa开始加压，以后每隔8h增加0.1MPa，随时观察试件端面渗水情况。当6个试件中有3个试件表面出现渗水时，试验结束，记录此时的水压。
抗渗等级计算公式为：P=10H-1。其中：P——混凝土抗渗等级，H——6个试件中有3个试件渗水时的水压力（MPa）。试验结果如表2所示。
试验结果表明，混凝土中掺入聚丙烯工程纤维后，大幅度提高了混凝土的抗渗性能，掺量越大，抗渗性能等级越高。
3.2 抗压强度、劈裂抗拉强度试验
试验依据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》[3]进行。所用水泥为市售P.O42.5水泥，配制C40混凝土，水灰比为0.41。采用的聚丙烯工程纤维长度为19mm。试件共分为5组（聚丙烯工程纤维掺量分别为0、0.9kg/m3、1.2kg/m3、1.5kg/m3、1.8kg/m3），每组3个试件。
试验结果如表3所示。
试验结果表明，混凝土中掺入聚丙烯工程纤维后，对28d抗压强度有一定幅度（1.4%～3.3%）的提高，但对混凝土劈裂抗拉强度的影响明显，最高增幅为27.8%。
3.3 抗冲击试验
试验依据GB/T 21120—2007《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》附录C[4]规定的混凝土抗冲击性能试验方法进行。所用水泥为市售P.O42.5水泥，配制C40混凝土。采用的聚丙烯工程纤维长度为19mm。试件共分为5组（聚丙烯工程纤维掺量分别为0、0.9kg/m3、1.2kg/m3、1.5kg/m3、1.8kg/m3），每组6个试件。按附录C.1自制冲击装置，方形钢锤重4.5kg，垂直距离为457mm。
试验结果值如表4所示。
试验结果表明，混凝土中掺入聚丙烯工程纤维后，对抗冲击性能有明显影响，可提高破坏冲击次数233%。
4 试验结论和建议
1）掺入聚丙烯工程纤维的混凝土抗渗性能改善效果与纤维掺量有关，在一定范围内，掺量越大，效果越好。掺入聚丙烯工程纤维后，对混凝土劈裂抗拉强度的影响明显，增幅为8.3%～27.8%，对抗冲击性能也有明显影响，破坏冲击次数提高2～3倍。综合考虑性能改善与经济成本，建议掺量为1.5kg/m3～1.8kg/m3。
2）相对于低弹性模量的聚丙烯纤维，高弹性模量纤维对混凝土性能的改善更为明显。杜修力[5]等研究表明，随着高强高模聚乙烯醇（PVA）纤维掺量由0.5%增加到1.5%，混凝土劈裂抗拉强度几乎呈线性增长，分别比基体混凝土提高14.695%、35.23%，拉压比提高了56.36%。彭苗[6]等研究表明，当玄武岩纤维掺量为4 kg/m3，28d抗压强度提高率为46.3%。具体纤维掺量和纤维长度等应根据纤维类型、混凝土用途等来确定。
3）日本防灾科学技术研究所与东京工业大学合作，用长度为1.2cm、截面宽度为0.03mm、1.5%比例掺加聚丙烯纤维制成混凝土，用这种混凝土建造的桥墩模型能够抵抗相当于1995年阪神大地震1.5倍的巨大晃动。我国在纤维混凝土的研究和推广应用方面应进一步加强，此外，掺入纤维对混凝土各项性能的长期影响方面的研究还有待深入进行。
参考文献：
[1]徐建军，叶光斗，李守群.用于混凝土增强的化学纤维[J].纺织科技进展，2006（2）：12-14.
[2]GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[S].
[3]GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》[S].
[4]GB/T 21120—2007《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》[S].
[5]杜修力，田予东，窦国钦.纤维超高强混凝土的制备及力学性能试验研究[J].混凝土与水泥制品.2011（2）：44-48，71.
【关键词】 钢纤维混凝土 性能 施工
钢纤维混凝土之所以比普通混凝土的性能更好，主要是乱向分布的短钢纤维能够起到有效阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，从而大大的改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击以及抗疲劳等性能，具有了较好的延性，发挥了其在各项工程中的作用。
一、钢纤维的品种和特性
钢纤维混凝土性能最重要的一个因素就是钢纤维与基体的粘结性能是否良好。高强钢丝切断端钩型纤维、钢锭铣削端钩型纤维、剪切异型纤维、低合金钢熔抽型纤维，由于有很好的性能并且在国内已有工程经验，所以将其列入规程。剪切直型、微扭型和波纹型，其优点是它的生产工艺简单而成本相对较低，并由于表面不规则而有利于与基体粘结，故规程中仍保留。注意到低碳钢板剪制的纤维，在基体开裂后其扭曲或波纹很容易拉直，其增强增韧效果与直形差别很小，故使用中可划归一类。
二、钢纤维几何参数和掺量范围
在施工中如果是有特殊要求的，则钢纤维不宜太长掺量也不宜太高；而对那些对韧性有较高要求的，则可以钢纤维宜长些，掺量也高些。
有一点是要特别注意的：钢纤维的长度应该能够和基体混凝土所用骨料的粒径相匹配，钢纤维的长度应不小于骨料粒径的1.5倍。骨料粒径最好不要超过20mm，如果粒径大于20mm 时应通过专门试验确定钢纤维的品种、尺寸和掺量。下表给出的是参考范围，具体的应通过设计计算和纤维混凝土试验确定。（表1）
三、钢纤维混凝土的基本性能
1. 钢纤维混凝土的力学性能
钢纤维混凝土的纤维体积率在1%-2%之间，所以要比普通混凝土的抗拉强度提高50%-80%，而且抗弯强度和抗剪强度分别提高60%-110%和50%-100%，相对来讲抗压强度提高的幅度是最小的，通常都是在0-20%之间，但抗压韧性的提高幅度却较大。
2. 钢纤维混凝土抗折、抗压强度大
由于钢纤维混凝土比普通混凝土的抗剪强度、劈拉强度、抗弯强度有很大的提高，所以钢纤混凝土要比普通混凝土更适用于做市政道路的路面维修。
3. 降低变形性能
钢纤维混凝土和混凝土相比韧性有了很大改善。在一般的纤维掺量下，弯曲冲击韧性能够给提高2 -4 倍，抗压韧性能够提高2 -7倍以上，而抗弯韧性甚至能够提高几十倍，极好的韧性性能使其变形大大降低。
4. 减薄面层厚度、加大缩缝间距
钢纤维混凝土耐疲劳、强度高、抗冲击等良好性能，使得在同样使用条件下比普通混凝土，减薄铺设厚度大概50%-60%。而且一般的缩缝间距是4m-6m 之间， 但如果渗入2%的钢纤维后， 缩缝的间距就就会加大到30m 左右，这样就大大减少了维修费用，另外还在很大程度上减轻了车辆通过缩缝时产生的振动。
5. 延长路面使用寿命
钢纤维混凝土在道路路面的使用中，表现出很强的抗裂能力和变形能力，且有很好的抗冻融性能。以上优点都有利于延长处于重要地位的道路路面的使用寿命。
四、钢纤维混凝土在道桥施工中的应用
1.路面修补
普通混凝土路面断裂或者是破损了可以用钢纤维混凝土进行局部的修补。在浇筑钢纤维混凝土之前，应把破损或断裂的旧混凝土板块凿除掉，并对局部的板底基层做适当的补强处理。
2.支护工程
由于钢纤维混凝有良好的抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度，以及抗冲击和抗开裂性能且能承受较大的压力而保持一定的连续性和整体性，基于这些优点可以将其用于隧洞支护和山体护坡等工程中。
3.处于腐蚀环境中的构件
钢纤维混凝土的一个主要优点就是抗腐蚀性比较强，所以可以把钢纤混凝土使用在易腐蚀的环境中，例如：把它用作输水管道的防蚀层或结构层，能有效降低输水管道被腐蚀的时间利于延长管道的使用。
4.应力复杂部位
钢纤维在混凝土中像各个方向的不均匀分布，使得其沿各个方向都有很强的韧性，除此之外钢纤维在混凝土中的分布使其容易浇筑成型，这一优势要比钢筋更能适应一些复杂的结构形式。
5.桥梁与隧道工程
在桥梁表面或者隧道工程中使用钢纤维混凝，能够有效的减少桥面出现裂缝，从而增强了桥面的抗压能力和防水能力，很大程度上降低了钢筋锈蚀的速度并延长了使用的时间。
五、施工控制要点
施工质量是影响钢纤维混凝土路面质量的一个重要因素，不容忽视。那么钢纤维混凝土路面的整个施工过程，在满足普通混凝土施工标准外还要注意以下问题：
1.设置钢纤维分散装置
如果将钢纤维直接一次性的投入到搅拌机中，则非常容易出现结团现象，所以需要在搅拌机上安装振动式钢纤维分散机（功率1kW，分散能力40kg/min），能有效避免钢纤维结团。当然这种也存在一定的弊端，就是会增加搅拌的时间，从而降低生产效率。
2.搅拌投料的顺序和时间
搅拌投料的顺序和时间都要严格按程序就行，通常按砂—钢纤维—石子—水泥的顺序投放到料斗中。遵照先干后湿的工艺进行，首先干拌1-2分钟，然后再湿拌2-3分钟，整体的搅拌时间控制在6分钟之内不易过长，另外每次的搅拌量应保持在搅拌机容量的1/3 以下。
3.摊铺与振捣
在浇注钢纤维混凝土的时候应避免出现明显的浇注接头，在倒料的时候每次都要相压20cm左右，这样能够保证钢纤维混凝土的连续性。钢纤维混凝土的路面通常都是以摊铺机摊铺为主，人工整平为辅。为保证钢纤维的均匀分布，应使用平板振动器将其振捣成型。
4.抹面、压纹
首先应把外露的钢纤维压入混凝土中，并在钢纤维混凝土抹平的表面采用滚式压纹机进行压纹l-2mm，压纹方向应沿路线横断面；其次在钢纤维混凝土强度达到设计强度的50%时，用切割机进行切缝，切缝的深度为3cm，并和旧缝要对齐，并保持施工缝和胀缝或缩缝设计位置完全吻合。
结束语
总之，钢纤维混凝土越来越广泛的应用在路面、桥面和机场跑道等工程中，也日益得到了社会的好评和认可，这主要源于它有很好的抗弯强度、抗冲击性、抗开裂性能等等，而更重要的是运用钢纤维混凝土比用普通的混凝土早期强度高，实现了提前通车的目的，可以说钢纤混凝土的广泛应用取得了丰厚的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 曹桂兰， 张庆杉. 浅谈：钢纤维混凝土在建筑施工中的应用[J]. 黑龙江科技信息， 2004，（09）
[2] 陈水根， 王宪法， 薛海友. 论钢纤维混凝土在厂房建设中的应用[J]. 民营科技， 2007，（03）
关键词：聚丙烯纤维；混凝土；抗裂性；经济性
中图分类号：TB3文献标识码：A
混凝土中掺加聚丙烯纤维，可大大提高其抗腐蚀性、抗裂性、抗渗性、抗冲击性，掺加了聚丙烯纤维的混凝土，可用于一般工业与民用建筑刚性自防水、大体积混凝土的防裂，也可用于路面、桥面等易开裂的薄板混凝土结构。混凝土中掺加聚丙烯纤维，掺加量小、成本低、操作简便但效果明显，因而在工程建设领域得到了广泛应用。
一、概述
聚丙烯纤维是一种新型的混凝土纤维，被建筑工程界称为混凝土的“次要增强筋”，它是一种经特殊工艺进行纺丝、切断、亲水处理后生产的高强度束状单丝纤维，加入混凝土或砂浆中后，可起到有效控制混凝土因固塑性收缩、干缩、温度变化等引起的微裂缝，防止或抑止裂缝形成及发展，大大改善混凝土防裂、抗渗、抗冲击能力等作用。
二、聚丙烯纤维的作用机理
聚丙烯纤维化学性质稳定，它主要通过改变混凝土的物理力学性能来达到改变混凝土内部结构的效果。聚丙烯纤维本身与混凝土骨料、水泥、外加剂不会发生任何冲突，与混凝土有良好的亲和性，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，而且它在混凝土中的分布极其均匀，在电子显微镜下观察，每立方厘米混凝土内的纤维丝可达到20多条。由于聚丙烯纤维同水泥基体有紧密的结合力，能在混凝土中形成一种均匀的乱向支持体系，所以它掺入混凝土能产生有效的三维加强效果，就像在混凝土中加入了大量的微小细筋，同时它的效果又远远比加强钢筋的效果明显。聚丙烯纤维在混凝土中的乱向分布有助于减弱混凝土的塑性收缩，它使收缩能量被分散到混凝土中具有高强度低弹性模量的纤维上，使纤维吸收部分能量，从而极大地提高了混凝土的韧性，抑制了微细裂缝的产生和发展。同时，由无数根纤维在混凝土内部形成的支撑体系，可以有效地防止混凝土骨料的离析，保证混凝土早期泌水性的均匀，从而防止了沉降裂纹的形成。工程实践也表明，加入聚丙烯纤维，是控制混凝土塑性收缩、干
裂等非结构性裂缝的有效手段。
三、混凝土中添加聚丙烯纤维的作用效果
（一）保证混凝土的均质性。混凝土在浇灌后，通常都会发生离析现象，即比重较大的骨料下沉与水泥砂浆有所分离，同时混凝土表面出现析水，并因此降低了混凝土的均质性，使混凝土上、下部位的性能出现差异，严重时还会使混凝土出现裂缝。而在混凝土中掺加适量聚丙烯纤维后，均匀分布于混凝土中的纤维，可以起到承托作用并阻止上述离析现象的发生，从而保证了混凝土的均质性。
（二）提高混凝土的抗裂性。塑性状态的混凝土强度极低，而刚浇灌后的混凝土，常会因气候干燥或刮风等原因导致混凝土表面失水较大，使混凝土发生塑性收缩而出现裂缝。硬化的混凝土由于存在干燥收缩、温度收缩及碳化收缩，内部会产生各种收缩应力（拉应力），当混凝土结构内产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生大量裂缝。而聚丙烯纤维加入混凝土后，就有大量的单丝纤维均匀地分布于混凝土中，并在混凝土内部构成了均匀的乱向支撑体系，从而使收缩变形引起的微裂缝，在产生过程中遭遇到纤维的阻挡，能量被消耗后微裂缝就难以进一步发展。
（三）提高混凝土的抗渗性。掺入聚丙烯纤维可大幅度提高水泥基材的抗渗性，这也要归功于均匀分布在混凝土基材中的数以千万计的细纤维。掺加纤维的混凝土基材，在限制收缩的条件下，因失水干缩而引发裂缝，但由于纤维存在阻裂作用，从而显著减少了初始裂缝的数量，有效地抑制了裂缝的宽度和长度，从而大大降低了生成连通裂缝的可能性。测试表明：0.1体积掺量的纤维混凝土比普通混凝土抗渗能力提高100%以上。
（四）提高混凝土的抗冻融性。掺入少量短切聚丙烯纤维的混凝土，其抗冻融性会大大提高。按混凝土抗冻试验法，经25次反复冻融，混凝土不会发生分层与龟裂现象。其原因就在于：纤维在混凝土材料内部各方向上的随机均匀分布，对材料整体产生微加筋作用，缓解了温度变化引起的混凝土内部应力作用，阻止了温度裂缝的扩展；同时，聚丙烯纤维混凝土抗渗能力的提高，也有利于其抗冻能力的提高。
（五）提高混凝土的耐火性和遇火时的安全性。混凝土受热爆裂的过程，就是混凝土中的水分从混凝土内部逸出的过程。随着温度的不断升高，混凝土强度损失的速率随之增加，温度达到600℃时，混凝土的强度会损失50%，达到800℃时，强度损失80%左右。高强度混凝土，由于密实度高、孔隙率低，蒸发通道不畅，水分能尽快逸出，从而会产生几乎达到饱和蒸汽压的过高蒸汽分压，由于蒸汽分压远远超过了混凝土抗拉强度，最终必然导致混凝土不能抵御内部压力而爆裂。但高性能混凝土加入聚丙烯纤维后，情况会发生变化。当温度为180℃，混凝土还处于自蒸阶段时，结构的内部压力还不是很大，同时由于聚丙烯纤维的熔点极低（杜拉纤维的熔点为165℃），它在较低的温度下就会熔化，而且熔化后的液态体积远小于其为固态时所占的空间，于是聚丙烯纤维熔化后会形成众多小孔隙，而且由于聚丙烯纤维分散均匀性，纤维细小、量多，从而使得混凝土内部孔隙结构发生变化，孔隙的连通性加强，为混凝土内部水分的分解蒸发提供了方便通道，也就降低了由于水分蒸发所形成的气压，使混凝土结构内部压力大降低，从而防止了爆裂现象的产生。
Abstract: The paper introduces the impact of steel fiber on concrete's mechanism strengthening and further discusses its impact on mechanical property and durability of concrete. At last, the author describes his expectation on the development of steel fiber reinforced concrete.
关键词:钢纤维混凝土;增强机理;力学性能;耐久性
Key words: steel fiber reinforced concrete;mechanism strengthening;mechanical property;durability
中图分类号:TU528 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)21-0143-01
1钢纤维对混凝土的增强机理
钢纤维对混凝土的增强机理,一种是运用复合力学理论。最先将复合力学理论用于钢纤维混凝土的有:英国的R・N・Swamy,P・S・Mangat等。该理论将钢纤维混凝土简化为钢纤维和混凝土两相复合材料,复合材料的性能为各相性能的加和值。复合力学理论仅适用于钢纤维混凝土初裂前的情况,一旦基体开裂,该理论就不能适用了。
另一种是建立在断裂力学基础上的纤维间距理论。纤维间距理论的主要代表有:J・P・Romualdi,J・B・Batson和J・A・Mandel。该理论建立在线弹性断裂力学的基础上,认为混凝土内部有尺度不同的微裂缓、空隙和缺陷,在施加外力时,孔、缝部位产生大的应力集中,引起裂缝的扩展,最终导致结构破坏。而在脆性基体中掺人钢纤维后,有效地提高了复合材料受力前后阻止裂缝引发与扩展的能力,达到纤维对混凝土增强与增韧的目的。
2钢纤维对混凝土的物理力学性能的影响
2.1 钢纤维混凝土抗压性能一般情况下,钢纤维对提高混凝土的抗压强度不明显,在钢纤维混凝土结构的保守设计中,钢纤维对混凝土抗压强度的改善作用可以忽略。
2.2 钢纤维混凝土抗拉性能钢纤维混凝土试件的劈裂抗拉强度随钢纤维体积率的增加而增加。
2.3 钢纤维混凝土抗弯性能钢纤维增强混凝土的抗弯性能主要包括初裂弯拉强度、弯拉强度、弯曲韧性和弯拉弹性模量等,其中初裂弯拉强度是反映钢纤维增强混凝土初裂前阻裂能力的指标,弯拉强度是路面、道面等工程设计与工程质量检验和验收的主要指标。通过对钢纤维增强混凝土在弯曲荷载作用下的初裂弯拉强度、弯拉强度、弯曲韧性及弯拉弹性模量等抗弯性能的实验,并与普通混凝土相比较表明:钢纤维增强混凝土抗弯性能比普通混凝土有显著的提高和改善。
2.4 钢纤维混凝土抗剪性能混凝土的抗剪性能以抗剪强度为衡量指标。影响钢纤维混凝土抗剪强度的主要因素有混凝土基体、钢纤维的品种、体积率、长径比及界面黏结状况等。
2.5 钢纤维混凝土抗冲击性能钢纤维增强混凝土的冲击试验,目前国内外尚无统一的方法,常用的有受压冲击法和受弯冲击法两种,受弯冲击法比较能反映钢纤维增强混凝土的特性。总之,在冲击荷载作用下,普通混凝土一旦裂缝出现,随即引起崩塌,其初裂和破坏时的冲击次数(冲击耗能)相近。钢纤维增强混凝土则随体积率的增大,不仅初裂次数增多,冲击耗能增大,初裂强度提高,而且破坏时呈多点开裂,且裂而不断。初裂与破坏冲击次数(冲击耗能)随钢纤维的体积率、长径比及基体强度等级的增大而提高。
2.6 钢纤维混凝土弯曲疲劳性能当混凝土中掺入适量的钢纤维时,钢纤维将明显的提高抗疲劳性能。钢纤维混凝土疲劳方程与素混凝土疲劳方程的最大不同点是包含了钢纤维体积率、钢纤维长径比,即在混凝土基材中掺入不同体积率和长径比的钢纤维。因此,钢纤维混凝土的疲劳性能不仅受混凝土基材疲劳特性的影响,而且与钢纤维的体积率、长径比有很大关系。其中长径比是影响疲劳寿命的重要因素。我国有关设计规范中,没有钢纤维混凝土疲劳应力系数的规定,只是简单套用较早的普通混凝土路面的疲劳方程,加上钢纤维的体积率和长径比对疲劳性能的影响。
3钢纤维对混凝土耐久性的影响
3.1 钢纤维混凝土的抗冻性根据赵国藩等著的《钢纤维混凝土结构》,钢纤维体积率对混凝土的抗冻性影响十分明显,其影响程度与混凝土基体强度等级或W/C大小有关。通过大量的实验结果可知:钢纤维对高W/C的混凝土比对低W/C的混凝土有更好的抗冻效果。因为W/C越大,抗冻能力越低,钢纤维对提高这类混凝土的抗冻效果就越突出。
3.2 钢纤维混凝土的抗渗性由大量实验结果可知:钢纤维的掺入对于混凝土的抗渗性有很大的改善。混凝土的抗渗性与其内部的微裂缝有很大的关系。掺入钢纤维后,由于纤维与混凝土之间的粘结作用,纤维降低了原生裂缝的发生;纤维的存在使得裂缝不能直通,阻碍了次生裂缝的发展。当裂缝得不到发展而停留在微裂缝的阶段,即可有效地阻止水的渗透,从而提高了混凝土的抗渗性 。
3.3 钢纤维混凝土的耐磨性研究指明,在混凝土中掺入钢纤维,其耐磨能力高于混凝土基体的耐磨能力。采用钢纤维混凝土强度等级为CF35,中砂,碎卵石,钢纤维掺量为1%,制成50mm×50mm×50mm的钢纤维增强混凝土试件与同类配合比的普通混凝土试件,同时在国产耐磨机上进行实验,每转动10min,取三次磨耗损失质量的平均值。实验结果表明,钢纤维增强混凝土的磨耗损失比普通混凝土的磨耗损失降低了30%左右,因此,钢纤维增强混凝土更适用于有耐磨要求的桥面、路面、溢洪槽以及工业厂房地面等。
3.4 钢纤维混凝土的抗腐蚀性钢纤维混凝土一般采用低水灰比、低渗透性配合比,混凝土质量一般较高,钢纤维又能阻碍和约束裂缝的产生和发展。所以,腐蚀介质很难侵入钢纤维混凝土内部,一般认为钢纤维混凝土具有良好的抗锈蚀性。钢纤维混凝土的工程应用有三十多年的历史,至今未见因钢纤维锈蚀而造成严重劣化或工程失效的报道。
4钢纤维混凝土的发展
与普通的混凝土相比,钢纤维造价较高,若能开发出更好的钢纤维制造工艺,用较少的钢纤维量达到更好的性能,必能降低成本,进一步推广钢纤维混凝土的应用。同时,钢纤维混凝土的增强机理并不完善,纤维间距理论忽略了纤维自身的耦合作用,复合材料理论忽略了纤维复合带来的耦合效应,都有应用局限性,需待进一步的探讨和研究。理论研究的不断深入,也必将使钢纤维混凝土有着更为广阔的工程应用前景,促进我国钢纤维混凝土的研究再上一个新的台阶。
参考文献:
[1]赵国藩,黄承逵.纤维混凝土的研究与应用[M].大连:大连理工大学出版社,1992.
【关键词】纤维混凝土；种类；配合比设计；施工技术；研究
实践中可以看到，利用纤维混凝土进行路面施工作业，车辆在上面行驶可有效降低振动、噪音，比较舒适，同时纤维混凝土路
第三种，合成纤维混凝土。对于合成纤维而言，其构造成分种类非常的多，而且经研究发现符合路面施工应用条件的玄武岩纤维，多由聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺以及聚乙烯醇等纤维构成，形成一种合成性的纤维结构。需要注意的是成分不同的纤维材料、配合比例，最终合成的纤维混凝土结构性能也存在着较大的差异性。实践中，混凝土路桥面施工过程中要求用的合成纤维抗拉强度，应当保持在450MPa以上，而且其弹性模量也要超过5000MPa， 其中最大断裂伸长率不能超过30%。
2、纤维混凝土配合方案研究
实践中可以看到，钢纤维、合成纤维以及玄武岩纤维等，是当前国内路桥面施工过程中最常用到的机制纤维类型，而且多以混合形式存在，混合比例与成分不同，其施工效果与技术要求也不相同。比如，将0.35%至1%的钢纤维与其他一些纤维材料进行混合，通过具体将弯拉强度规范值提升到0.5至1MPa之间，该种混凝土通常被称为是补强钢纤维混凝土； 若钢纤维在混凝土结构中的掺入量在0.1%至0.35%时，通常将该种混凝土称为是抗裂钢纤维混凝土；若将玄武岩、合成纤维以及0.05%以下的钢纤维和其他类型的纤维相互混杂应用时，通常将其视为是抗裂玄武岩纤维。
第一，混杂钢纤维混凝土配合设计。在设计混杂钢纤维混凝土时，一定要在符合各种技术规范基础上，最大限度地降低资金投入成本。设计中需注意的技术要素有弯拉强度、耐久性以及安全可靠性。其中，弯拉强度应当基于对路桥面交通承重量的计算进行全面的设计，而且路面的工作能力则注意体现在坍落度、减水剂等掺入量方面，通常补强钢纤维混凝土自身的坍落度比一般的混凝土路面施工要求值小20毫米，掺杂剂的应用量应当根据具体要求进行设定。
第二，抗裂纤维混凝土配合设计。对于面结构较之于普通的混凝土路面，更加的牢固可靠。因此，在当前的形势下，加强对纤维混凝土路面施工技术及相关问题的研究，具有非常重大的现实意义。
1、纤维混凝土应用种类分析
在路面施工过程中，纤维混凝土应用种类非常的多，主要表现为以下几种：
第一种，钢纤维混凝土。根据材质不同，纤维混凝土可分为碳素钢纤维、、不锈钢纤维、低合金钢纤维以及表面抛法兰防锈钢纤维等几种类型。其中，碳素钢纤维自身的抗高温性能比较强，而低合金钢、不锈钢以及表面抛法兰防锈等几种钢纤维具有较强的抗锈蚀性。同时，纤维材质不同，其抗拉强度也存在着较大的差异性，通常路桥面施工过程中所用到的纤维抗拉强度应当超过600MPa；根据形状不同，可将纤维混凝土分抗裂纤维混凝土而言，其在路桥面施工过程中的应用，不必可以考虑弯拉强度，主要能够符合要求、确保工作性与 耐久性即可。在此过程中，每一项指标都应当也有计算公式，并且结合具体情况进行配比操作。
第三，路桥面以及隧道抗裂纤维混凝土的配合设计。在此过程中，不用可以的去考虑纤维对弯拉强度的影响；只要确保配合比设计方案能够满足相应的弯拉强度要求、工作性与耐久性规范的水灰比，根据普通混凝土基体进行计算。路桥面施工过程中，所应用到的抗裂钢、玄武岩纤维与其他相应的合成纤维混凝土相互掺加时，具体通过试验来确定。
3、纤维混凝土路面施工技术
对于纤维混凝土路面施工而言，在了解了纤维混凝土的具体类型、配合设计要求的基础上，主要施工作业就是路面铺筑操作。虽然不同种类的纤维混凝土材料在路面铺筑过程中的技术要求存在着一定的差异性，但总体而言纤维混凝土路面施工技术要点表现在以下几个方面：
第一，施工过程中应当注意补强以及抗裂纤维混凝土材料的拌合。路桥面施工过程中，其厚度平面尺寸以及钢纤维掺量应当严格按照技术要求进行确定，同时纤维混凝土路面布料拌合工作应当与摊铺作业同时进行，并且要确保面板中的纤维分布要均匀性、结构一定要连续，比如同块面板中的浇筑与摊铺施工作业一定要连续；布料松铺高度一定要经试铺操作来确定，拌和物坍落度相同时宜比相同机械施工方式的普通混凝土路面松铺高度高出10毫米左右，并且一定要满足滑模、三辊轴机组摊铺混凝土路面的规范和要求。
第二，纤维混凝土路面振捣、整平操作过程中，不仅要保证路面的平整度、钢纤维不存在上翘现象，而且还要确保纤维混凝土自身的密实度及其均匀性。实践中，只成平直形、异形等形状。其中，平直形即形状为相对比较规范的立方体形状、或者长方形。而异形，则主要是指大头行、波形等不规则形状。
第二种，玄武岩纤维混凝土。 实践中可以看到，酸性腐蚀性一般都比较强，因此路面施工过程中若利用玄武岩作为纤维混凝土的组成成分，则一定要保证其为中性或者碱性。若为微酸性玄武岩纤维材料，则纤维的表面应当适量的设置一些防止碱集料；若用于水泥混凝土路面施工，武岩纤维的表面应当具有一定的亲水性，以免难以有效的融合，同时沥青混凝土路面施工过程中，用到的玄武岩纤维材料表面，一定要有足够的亲油性。具体操作过程中，玄武岩纤维的精度、规格以及尺寸等，如下表所示：
有通过该种操作，才能确保路面施工结构更加的稳定牢固，最大限度地减少路面施工中的开裂现象发生。路面施工过程中，应注意振捣棒的震动频率，每分钟应当保持在10000次以上，并且要尽可能地避免振捣棒插入路桥路面纤维混凝土中振捣。纤维混凝土拌合物运输与振捣过程中，一定要控制好时间和程序，保证施工条件，尤其是气温、湿度等。实践中，若气温升高快，可用喷雾减缓表面水分蒸发速度。抗滑沟槽制作过程中，以硬刻槽方式为宜。
第三，纤维混凝土路面施工过程中，应当注意切缝、硬刻槽、填缝以及养生等细节性工艺环节。具体施工过程中，通常采用的是不同的拌和纤维混凝土其配置结构成分及配合比也要根据公路的等级、交通量及相关的纤维混凝土路面规定进行。实践中不仅要采用纤维混凝土进行路面施工作业，而且还要布设钢纤维混凝土路面铺筑、以及隧道内混凝土路面，不同种类的纤维混凝土结构，其适用范围和技术要求也存在着较大的差异性，因此实践中应当从实际出发，合理的选择施工技术和操作工艺。
结语：纤维混凝土路面施工技术要求非常的高，同时路面质量直接关系着人们的生命和财产安全。因此在施工过程中应当注意材料的选择、施工环境的检查以及建成后的交通承载能力等，从而做出科学的施工建设方案。
参考文献：
[1]陈泽新.纤维混凝土路面施工技术实际应用研究[J].建材与装饰 ，2013（19）.
[2]周治中. 钢纤维混凝土路面施工技术与质量控制措施的探析[J].建材与装饰，2012（27）.
