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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇纖維混凝土，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
摘要：鋼纖維混凝土是一種新型的復合材料，具有較高的抗拉強度和斷裂韌性，抗疲勞等性能，本文通過對普通鋼纖維混凝土和自密實鋼纖維混凝土性能的對比，闡述鋼纖維混凝土在施工過程中的拌合工藝；通過與普通鋼纖維混凝土工藝的對比，闡述自密實鋼纖維混凝土在施工過程的優越性。
關鍵詞：自密實混凝土 鋼纖維 施工工藝
1.概述
鋼纖維混凝土(Steel Fiber Reinforce Concrete簡稱SFRC)是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的多相復合材料。
自密實混凝土的應用已經20年的歷史，在國內的應用僅有10多年，特別是最近幾年，自密實混凝土的應用越來越廣泛，自密實混凝土是指在自身的重力作用下，能夠流動、密實，即使存在致密鋼筋也能完全填充米板，同時獲得很好的均質性，并且不需要附加振動的混凝土，因自身具有很多優點，自密實混凝土被廣泛的應用于工程中。
自密實鋼纖維混凝土集這兩種混凝土的優點于一身，即在混凝土施工澆筑的過程中利用自密實混凝土拌合物的易澆筑密實的特點，在混凝土硬化后利用鋼纖維混凝土的力學與變形能力。
2.鋼纖維混凝土的特點
在普通混凝土之中，以亂向的方式均勻地把一定量的鋼纖維分布其中，再經過硬化從而制得鋼纖維混凝土，這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，較之普通混凝土，物理力學性質大多都較高：重量和強度比值增加；抗拉 抗壓及抗彎的極限強度較高；良好的抗沖擊性能；明顯改善的變形性能；顯著提高的抗裂與抗疲勞性能；抗剪性優越；對由于溫度應力而造成的裂縫及裂縫的擴展的的阻止與抑制能力良好；耐磨與抗凍性能良好。
普通鋼纖維混凝土的纖維體積率在1%—2%之間，較之普通混凝土，抗拉強度提高40%—80%，抗彎強度提高60%—120%，抗剪強度提高50%一100%，抗壓強度提高幅度較小，一般在0—25%之間，但抗壓韌性卻大幅度提高。
自密實鋼纖維混凝土擁有普通鋼纖維混凝土的特點，同時還具有自密實混凝土的自密實性能，主要包括流動性、抗離析性及填充。每種性能均可采用坍落擴展度試驗、V漏斗試驗（或T50試驗）和U型箱試驗等一種以上方法檢測。這種自密實性能可以保證混凝土良好的密實，不需要振搗，改善混凝土的表面質量，不會出現不會出現表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進行表面修補；能夠逼真呈現模板表面的紋理或造型。但鋼纖維體積率對鋼纖維自密實混凝土的抗壓強度影響不大，但對劈拉強度和抗折強度影響較明顯，且隨著鋼纖維體積率的增加而增大。
3.鋼纖維混凝土的比較
兩種鋼纖維混凝土比普通混凝土具有以上的特點，但是這些特點與鋼纖維有著密切的關系，在鋼纖維混凝土的制備過程中，兩種混凝土鋼纖維的選擇要考慮以下幾個方面：
⑴纖維種類 不同種類的鋼纖維具有不同的力學性能（主要是抗拉強度、彈性模量、短裂延伸率等），而這些性能與鋼纖維能否在混凝土中起作用有著很大的關聯性。
⑵纖維長度與長徑比 使用連續長鋼纖維時，鋼纖維與水泥基體黏結較好，因此可充分發揮鋼纖維增強作用。但如果使用的是短鋼纖維時，則要取決于鋼纖維的臨界長徑比。鋼纖維臨界長徑比是鋼纖維的臨界長度與其直徑d的比值，即①若鋼纖維的實際長徑比小于臨界長徑比，則復合材料破壞時，鋼纖維由水泥基體內拔除。②若鋼纖維的實際長徑比等于臨界長徑比，只有基體的裂縫發生在鋼纖維中央時鋼纖維才拉斷。否則鋼纖維短的一側從基體內拔出。③若鋼纖維的實際長徑比大于臨界長徑比，則復合材料破壞時鋼纖維可拉斷。
鋼纖維長度的選擇：鋼纖維的長度必須與混凝土中粗集料的公稱粒徑相匹配，混凝土粗集料的公稱粒徑應為鋼纖維長度的2/3~1/2,即鋼纖維可以跨越一個粗集料，并與另外一個粗集料的1/3搭接，同時鋼纖維的長度不可以太長，過長的鋼纖維攪拌不均勻，且容易成團。
⑶纖維體積率 纖維體積率直接影響到混凝土的工作性能，力學性能及耐久性能等。纖維摻量過少時，不能很好發揮效果，纖維摻量過多會使混凝土難以成行，出現“團聚”現象。
⑷纖維取向 鋼纖維在混凝土中的取向對其利用率有很大影響鋼纖維自密實混凝土攪拌時，宜采用強制式攪拌機，為了使鋼纖維充分分散防止鋼纖維由于一次性加入攪拌機而出現結團現象，把鋼纖維先經過分散機然后加入攪拌機，采用先干后濕分級投料的工藝，將鋼纖維，粗集料，細集料根據配合比配制的混合料在攪拌機先干拌1min，然后再加入水和外加劑進行攪拌。
兩種鋼纖維混凝土的施工制作順序和方法類似，但是，在澆筑之后，普通鋼纖維混凝土和一般的混凝土一樣需要振搗，摻入的鋼纖維由于自身的重量在振搗的過程中會向著振搗的相反方向聚集，導致混凝土中的鋼纖維分布不均勻，從而影響鋼纖維混凝土的力學性能。
相反，鋼纖維自密實混凝土在澆筑之后，由于自密實混凝土在自身重力作用下能夠流動填充模板而不需要振搗，避免了鋼纖維在混凝土中聚集的現象，使得自密實鋼纖維混凝土的力學性能得到充分的利用。
鋼纖維自密實混凝土無需振搗而能自實。在實際施工中消除了澆筑混凝土時的振搗噪聲，提高了施工速度和質量，實現了混凝土澆筑的省力化，為改善和解決過密配筋、薄壁、復雜形體、大體積、有特殊要求、振搗困難的工程施工施工條件帶來了極大的方便。
決定鋼纖維混凝土力學性能的最后總要參數是它的韌性，已經有研究結果顯示鋼纖維自密實混凝土的韌性要比普通鋼纖維混凝土強的多[1]。
參考文獻：
[1]張金強譯.鋼纖維在自密實混凝土中的應用[J].石家莊鐵路工程職業技術學院學報，2002，1（3）：76-80.
[2]程慶國,高路彬等.鋼纖維混凝土理論及應用[M].北京：中國鐵道出版社， 1999.
[3]陳睿,劉真等.自密實混凝土應用研究[A].武漢：無哈理工大學學報，2001
摘要：本文研究了素混凝土、碳纖維混凝土和鋼纖維混凝土在軸壓疲勞荷載下的破壞機理，試驗研究了碳纖維、不同品種鋼纖維、纖維摻量、加載應力水平對于疲勞壽命及能量吸收的影響規律，探討了疲勞累積損傷特性。研究表明：在較低的應力水平下纖維混凝土的疲勞壽命、能量吸收值均比高應力水平時明顯增大。
關鍵詞：碳纖維 鋼纖維 混凝土 疲勞 損傷
近幾年來，纖維混凝土已廣泛應用于對抗疲勞、抗震和抗沖擊等有較高要求的土木工程領域，這些工程在其服役期內通常承受隨機或周期性反復荷載的作用，因此，研究纖維混凝土在不同加載應力水平下的疲勞壽命、能量吸收和疲勞累積損傷特性是極其重要的，它是建立纖維混凝土疲勞累積損傷理論和正確估算結構剩余疲勞壽命等工作的基礎。過去關于素混凝土及鋼纖維混凝土疲勞特性的研究較多[1～4]，但關于碳纖維混凝土疲勞特性的研究未見報道。本文對碳纖維和鋼纖維增強混凝土的疲勞特性作了對比試驗，重點研究了碳纖維摻量、加載應力水平對疲勞壽命、能量吸收值及疲勞累積損傷變量的影響規律。研究表明：鋼纖維和碳纖維混凝土均具有良好的抗疲勞特性，鋼纖維混凝土的疲勞壽命是素混凝土的7.9～13.7倍，能量吸收是素混凝土7.4～14.5倍，碳纖維混凝土的疲勞壽命是素混凝土2.1～9.3倍，能量吸收是素混凝土1.53～4.2倍；與高應力水平相比，纖維混凝土在較低應力水平下的疲勞壽命、能量吸收均有明顯增大的趨勢。
1 試驗過程
表1 纖維混凝土力學性能
疲勞性能關系到道路水泥混凝土的使用壽命，抗疲勞性能優良的道路混凝土有著較長的使用壽命。聚丙烯纖維混凝土疲勞性能的研究文獻很少。國外有關文獻報道了聚丙烯纖維混凝土的低周期抗壓疲勞強度的研究成果，為研究在結構中使用聚丙烯纖維混凝土的抗震性能提供了參考。而以抗折強度為設計參數的路面混凝土的疲勞性能的研究文獻報道甚少。
近年來，有關聚丙烯纖維混凝土的研究備受國內外專家的關注。如陳栓發進行了普通混凝土和聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度、抗折強度及彎曲疲勞對比試驗，結果表明，聚丙烯纖維不但能使混凝土的強度提高（抗壓強度提高6.75%，抗折強度提高13.86%），在高應力水平下，更可成倍提高混凝土的彎曲疲勞壽命。劉鵬所得試驗結果基本與上述結果類似。
1 試驗概況
本文選用水泥：粉煤灰：砂：纖維：水=1：1：2：1.1%（占膠凝材料）：15%（水料比），進行彎曲疲勞試驗研究。分析比較了不同應力幅，不同應力水平對疲勞性的影響。
2.主要實驗設備及疲勞試驗參數確定
2.1. 主要實驗設備
疲勞試驗機采用美國MTS（850型）電液伺服式疲勞試驗機，試件按三分點法加荷（同前述彎拉試驗）。試驗前先對試件反復預加5kN荷裁，以消除因接觸不良而造成的誤差。
加載模式：應力控制；加載波形和加載頻率：加載波形采用連續正弦波形。試驗中為加快進度，相鄰波形間無間隙時間，同時為避免長時間試驗可能出現零點漂移而引起的脫空現象，從而對試件產生沖擊作用。
2.2疲勞試驗參數的確定
3. 試驗結果及分析
3.1實驗結果
所有試件在破壞前無明顯破壞現象，當達到疲勞強度后，試件突然破壞，由于纖維的作用，試件破壞后仍保持一定整體性，但已不具承載能力。
3.2疲勞方程的建立
現假定在不同應力比下，纖維試件的斷裂機理是一致的，即認為試件均是由裂紋引發、擴展所致。
4.結論
1、纖維對混凝土疲勞性能的改善非常顯著，同應力比的纖維混凝土疲勞循環次數也相應增加，且遠遠大于普通混凝土的疲勞性能。
2、試驗表明，應力比越大，纖維對混凝土的改性作用就越明顯，證實了維纖維的加入大大增強了混凝土的韌性。
3、混凝土疲勞過程是其內部損傷的緩慢積累過程，對內部缺陷有較高的敏感性。聚丙烯纖維對原生裂縫的細化作用和荷載傳遞功能對裂縫尖端應力場的鈍化作用對混凝土的疲勞壽命有較大的幫助。纖維在混凝土成型過程中對其內部裂縫起到了良好的抑止作用，有利彌補混凝土的內部缺陷。
參考文獻
[1] 姚武，李杰，周鐘鳴.聚丙烯纖維對混凝土抗折強度的影響.混凝土，2011.10
[2] 付華，三峽加纖維抗沖擊耐磨混凝土研究.中國三峽建筑，2011.3
[3] 孫家瑛，陳建祥，吳初航，陸星.硅灰對水泥基PP纖維復合材料路用性能的影響.建筑材料學報，2011.3
[4] 孫家瑛.聚丙烯纖維對高性能混凝土抗折、抗沖擊性能影響研究.建筑材料學報，2010.3
關鍵詞：鋼纖維鋼纖維混凝土
1前言
隨著1824年波特蘭水泥的誕生，在1830年前后出現了混凝土，作為當時的一種新型建筑材料，就廣泛地應用于土木和水利工程。尤其是在19世紀中葉以后，伴隨著鋼鐵的發展，人們把鋼筋和混凝土結合起來，誕生了鋼筋混凝土(ReinforcedConcrete)這種新型的復合建筑材料，大大提高了結構的抗裂性能、剛度、承載能力和耐久性，從而使建筑業經歷了一場革命。盡管混凝土的固有優點是高抗壓強度，然而它也有固有弱點——如構件的自重大、易于塑性干縮開裂、抗疲勞能力低、韌性差、抗拉強度低(一般僅為抗壓強度的7%－14%)、易產生裂紋、抗沖擊碎裂性差等，限制了在工程中的使用范圍。這些弱點隨著混凝土強度的提高顯得尤為突出。因此，長期以來許多專家和學者不斷探索改善混凝土性能(主要是提高抗拉性能，增強耐久性)的各種方法和途徑，于是，提出了一種以傳統素混凝土為基體的新型復合材料——纖維混凝土。
2纖維混凝土的發展和現狀
纖維混凝土(FiberReinforcedConcrete，簡稱FRC)，是纖維增強混凝土的簡稱，通常是以水泥凈漿、砂漿或者混凝土為基體，以金屬纖維、無機纖維或有機纖維增強材料組成的一種水泥基復合材料。它是將短而細的，具有高抗拉強度、高極限延伸率、高抗堿性等良好性能的纖維均勻的分散在混凝土基體中形成的一種新型建筑材料。纖維在混凝土中限制混凝土早期裂縫的產生及在外力作用下裂縫的進一步擴展。在纖維混凝土受力初期，纖維與混凝同受力，此時混凝土是外力的主要承擔者，隨著外力的不斷增加或者外力持續一定時間，當裂縫擴展到一定程度之后，混凝土退出工作，纖維成為外力的主要承擔者，橫跨裂縫的纖維極大的限制了混凝土裂縫的進一步擴展。由此可見，纖維有效地克服了混凝土抗拉強度低、易開裂、抗疲勞性能差等固有缺陷。
與普通混凝土相比，FRC具有較高的抗拉、抗彎拉、抗沖擊、抗阻裂、抗爆和韌性、延性等性能，同時對混凝土抗滲、防水、抗凍、護筋性等方面也有很大的貢獻。
鑒于FRC具有素混凝土不具有的優點，纖維混凝土尤其是鋼纖維混凝土在實際工程中日益得到學術界和工程界的關注。1907年原蘇聯專家B.П.HekpocaB開始用金屬纖維增強混凝土；1910年，美國H.F.Porter發表了有關短纖維增強混凝土的研究報告，建議把短鋼纖維均勻地分散在混凝土中用以強化基體材料；1911年，美國Graham曾把鋼纖維摻入普通混凝土中得到了可以提高混凝土強度和穩定性的結果；到20世紀40年代，美、英、法、德、日等國先后做了許多關于用鋼纖維來提高混凝土耐磨性和抗裂性、鋼纖維混凝土制造工藝、改進鋼纖維形狀以提高纖維與混凝土基體的粘結強度等方面的研究；1963年J.P.Romualdi和G.B.Batson發表了關于鋼纖維約束混凝土裂縫開展的機理的論文，提出了鋼纖維混凝土開裂強度是由對拉伸應力起有效作用的鋼纖維平均間距所決定的結論(纖維間距理論)，從而開始了這種新型復合材料的實用開發階段。到目前，隨著鋼纖維混凝土的推廣應用，因纖維在混凝土中的分布情況不同，主要有四類：鋼纖維混凝土、混雜纖維混凝土、層布式鋼纖維混凝土和層布式混雜纖維混凝土。
2.1鋼纖維混凝土
鋼纖維混凝土(SteelFiberReinforcedConcrete簡稱SFRC)是在普通混凝土中摻入少量低碳鋼、不銹鋼和玻璃鋼的纖維后形成的一種比較均勻而多向配筋的混凝土。鋼纖維的摻入量按體積一般為l－2%，而按重量計每立方米混凝土中摻70－100Kg左右鋼纖維，鋼纖維的長度宜為25－60mm，直徑為0.25－1.25mm，長度與直徑的最佳比值為50－700。
與普通混凝土相比，不僅能改善抗拉、抗剪、抗彎、抗磨和抗裂性能，而且能大大增強混凝土的斷裂韌性和抗沖擊性能，顯著提高結構的疲勞性能及其耐久性。尤其是韌性可增加l0－20倍，美國對鋼纖維混凝土與普通混凝土力學性能比較的試驗結果見下表：
物理力學性質指標
普通混凝土
SFRC
極限抗彎拉強度
2－5.5MPa
5－26MPa
極限抗壓強度
21－35MPa
35－56MPa
抗剪強度
2.5MPa
4.2MPa
彈性模量
2☓104－3.5☓104MPa
1.5☓104－3.5☓104MPa
熱膨脹系數
9.9－10.8m/m·k
10.4－11.1m/m·k
抗沖擊力
480N·m
1380N·m
抗磨指數
1
2
抗疲勞限值
0.5－0.55
0.80－0.95
抗裂指標比
1
7
韌性
1
10—20
耐凍融破壞指標數
1
1.9
我國對SFRC與普通混凝土力學性能做了比較試驗，當鋼纖維摻入量為15－20%、水灰比為0.45時，其抗拉強度增長50－70%，抗彎強度增長120－180%，抗沖擊強度增長10－20倍，抗沖擊疲勞強度增長15－20倍，抗彎韌性增長約14－20倍，耐磨損性能也明顯改善。
由此可以看出：與素混凝土相比，SFRC具有更優越的物理和力學性能：(1)較高的彈性模量和較高的抗拉、抗壓、抗彎拉、抗剪強度；(2)卓越的抗沖擊性能；(3)抗裂和抗疲勞性能優異；(4)能明顯改善變形性能；(5)韌性好；(6)抗磨與耐凍融有改觀；(7)強度和重量比增大，施工簡便，材料性價比高，具有優越的應用前景和經濟性。
2.2混雜纖維混凝土
鑒于鋼纖維混凝土有許多正是我們需要而素混凝土又不及的優點，所以很受工程界的青睞。但有關研究資料表明，鋼纖維對混凝土的抗壓強度并無明顯促進作用，甚至還有所降低；與素混凝土相比，對于鋼纖維混凝土的抗滲性、耐磨性、耐沖磨性及對防止混凝土早期塑性收縮等還存在正反(提高與降低)兩方面甚至居中的觀點。此外，SFRC用量較大價格較高，有生銹問題，對由于火災引起的爆裂幾乎無效等，這些問題都在不同程度影響了其應用。
目前，盡管單一纖維混凝土有著自身的優點，但是低模量合成纖維混凝土由于模量低，變形大，亂向而松散地摻入混凝土中，對提高混凝土的抗壓、抗拉、抗彎、抗折強度等很不顯著，這些缺點限制了低模量合成纖維適用領域。近些年來，一些國內國外學者開始將目光投向混雜纖維混凝土(HybridFiberReinforcedConcrete簡稱HFRC)，試圖把具有不同性能和優點的纖維混雜，取長補短，在不同層次和受荷階段發揮“正混雜效應”來增強混凝土，以適應不同工程的需要。但是關于它的各種力學性能尤其是HFRC的疲勞變形及疲勞損傷、在靜、動荷載以及等幅或變幅循環荷載作用下的變形發展規律和損傷特性、纖維的最佳摻配量、混雜比例、復合材料各組份的關系、增強效果及增強機理、抗疲勞性能、破壞機理、施工工藝、配合比設計等方面的研究還有待進一步進行。
2.3層布式鋼纖維混凝土
由于整體式纖維混凝土不易攪拌均勻，在攪拌過程中纖維易結團，而且其纖維用量也較大，造價比較高，所以難以獲得大面積的推廣應用。通過大量的工程實際和理論研究，人們提出了一種新型鋼纖維結構形式——上下層布式鋼纖維混凝土(LayerSteelFiberReinforcedConcrete簡稱LSFRC)，它是將少量的鋼纖維均勻撒布于路面板的上下兩個表層，而中間仍為素混凝土層。LSFRC中的鋼纖維一般由人工或機械撒布，鋼纖維較長，長徑比一般70—120之間，呈二維分布。
在不影響力學性能的條件下，這種材料大大降低了鋼纖維的用量，同時也避免了整體式纖維混凝土在攪拌時易出現纖維結團現象。試驗研究表明：用體積率為0.12%的鋼纖維，所配制的底面層布鋼纖維混凝土的7d、28d抗折強度比同條件下的素混凝土的抗折強度分別增加了27%和26%，而與鋼纖維混凝土（體積率為1.2%）的抗折強度相近，而鋼纖維用量節約90%。此外，鋼纖維在混凝土中的層布位置對混凝土的抗折強度影響很大，鋼纖維層布在混凝土底部增強效果最佳，隨鋼纖維層布位置上移，其增強效果明顯減弱，上下層布式鋼纖維混凝土，比同配合比的素混凝土抗折強度提高35%以上，比整體式鋼纖維混凝土略低，但上下層布式鋼纖維混凝土可節約大量材料成本，也不存在攪拌難的問題。因此，上下層布式鋼纖維混凝土是一種具有良好的社會經濟效益和廣闊的推廣應用前景、值得在路面施工中推廣的新材料。
2.4層布式混雜纖維混凝土
盡管LSFRC上下表面的一定厚度范圍內得以加強，但是其中間的素混凝土層卻成了薄弱環節。雖然其抗折強度和疲勞強度經試驗證明都有很大提高，可其延性、韌性、抗滲性及耐久性卻增長不大，一旦表層鋼纖維磨出后將會存在安全隱患。
層布式混雜纖維混凝土(LayerHybridFiberReinforcedConcrete簡稱LHFRC)是在LSFRC基礎上摻入0.1%的聚丙烯纖維，把大量細而短，具有較高抗拉強度、高極限延伸率的聚丙烯纖維均勻分布在上、下層鋼纖維混凝土和中間層的素混凝土中。可以理解為是混雜合成纖維混凝土和層布式鋼纖維混凝土的融合。
LHFRC在增強混凝土抗壓強度方面的影響并不明顯，與素混凝土相比，其對混凝土的強度提高僅為0.3%左右，且其抗壓強度比層布式鋼纖維混凝土低4%左右。
LHFRC在增強混凝土抗折強度有明顯的提高，與素混凝土相比，其對素混凝土的抗折強度提高20%左右，與層布式鋼纖維混凝土相比，其對層布式鋼纖維混凝土的抗折強度提高2.6%，但對混凝土的抗折彈性模量的影響不大，層布式混雜纖維混凝土的抗折彈性模量比素混凝土的高1.3%，比層布式鋼纖維混凝土低0.3%。
LHFRC在增強混凝土彎曲韌性有明顯的提高，彎曲韌性指數是素混凝土8倍左右，是層布式鋼纖維混凝土的1.3倍，明顯提高了混凝土的韌性。
在LHFRC中，由于兩種或多種纖維在混凝土中的表現不同，我們可以根據工程的需要，利用合成纖維、鋼纖維在混凝土中的正混雜效應，提高材料的延性、耐久性、韌性、初裂強度、抗折強度、抗拉強度等方面大幅度提高，延長材料的使用壽命和改善材料的質量。
3理論支持
盡管摻入混凝土基體中的高模量纖維(如鋼纖維)主要起增強、增韌作用，然而纖維對基體的增強理論至今未能滿意地解決，仍以復合理論和纖維間距理論并存。
復合理論是研究脆性纖維增強延性基體材料(FRP)的增強理論時提出的，將復合材料基體的性能視為與復合前完全一樣，此時按混合法則計算是可行的。
纖維間距理論又稱阻裂理論，是Rmualdi及其同事Batson等根據線彈性斷裂力學而提出的，該理論認為纖維的增強作用僅與均勻分布的纖維間距(最小間距)有關。
這兩種理論并不能充分地解析纖維混凝土對基體增強，復合材料理論忽略了纖維對基體的阻裂作用，即忽略了復合帶來的耦合效應；纖維間距理論最大缺點是忽略了纖維自身耦合作用，而片面地強調纖維的阻裂作用，并且起決定作用的纖維間距應為纖維理論間距。
4總結
關鍵詞：噴射 鋼纖維混凝土 質量控制
鋼纖維混凝土是由水泥、水、中粗砂、骨料、鋼纖維及必要時摻入外加劑或摻和料按一定比例配制而成。鋼纖維混凝土具有良好的綜合力學性能，鋼纖維的加入可提高混凝土的強度、韌性及抗裂性，使混凝土的特性由脆性向彈塑性過渡，是目前國內外比較先進的外摻料。鋼纖維按材質分為普通碳素鋼和不銹鋼兩種類型，一般多用普通碳素鋼鋼纖維。這項技術發展以來，在隧道和地下工程中的襯砌支護、礦山巷道的軟巖支護、建筑物與橋梁的修補加固、水工建筑的面板防滲加固處理等很多工程項目上得到應用。
一、噴射鋼纖維混凝土的材料質量要求
1、水泥和水灰比：鋼纖維噴射混凝土施工的首要要求是有良好的工作性，即混凝土拌和物有較好的流動性、保水性、粘聚性。水泥水化之后，膠合料覆蓋在集料和鋼纖維表面，減少了摩擦阻力，形成良好的流動性，促使鋼纖維混凝土與受噴面粘結；水泥的強度與鋼纖維噴射混凝土的強度基本上成正比例關系，但是高標號的水泥增加施工成本，水化熱大，不利于混凝土強度的增長。
一般混凝土的抗壓強度與灰水比成正比例的關系，但對于鋼纖維噴身混凝土，其噴射時的水灰比與到達受噴面的混凝土的水灰比有一定的差異。而且水灰比過大，水泥的水化反應充分，但是混凝土拌和物易離析、泌水，混凝土硬化后收縮變形大；水灰比過小，富余的水泥顆粒多，干噴工藝增加粉塵和回彈率，且鋼纖維噴射混凝土是噴敷成層狀的，粘結不好。因此，水灰比既要使鋼纖維噴射混凝土有良好的流動性和強度，又不能使鋼纖維噴射混凝土離析、泌水，增加回彈率，造成浪費。
2、集料：鋼纖維噴射混凝土所用集料包括粗集料和細集料兩種。粗集料為鋼纖維噴射混凝土提供支架作用，對于混凝土的強度起主要作用，卵石表面光滑，與水泥膠合料的粘結不如碎石，但相對碎石來說可以減少對噴射設備的損傷。同時水泥漿體與單個石子之間界面的過渡層周長和厚度都很小，不容易形成大的缺陷，有利于界面強度的提高，有利于混凝土彈性模量的增長和耐久性的提高。細集料起填充空隙作用，其細度模數和砂率影響混凝土的粘聚性和流動性。砂子的比表面積大于同等質量的石子的比表面積，需要水泥漿的數量多，流動性隨著砂率的增大越來越好。
3、鋼纖維：鋼纖維在噴射混凝土中的不均勻分布提高了混凝土的彎拉強度、韌性和阻裂能力。實驗證明，鋼纖維噴射混凝土開裂后仍具有一定的負荷能力。常用鋼纖維的彈性模量為200GPa，抗拉強度為380～1300MPa，極限延伸率3 %～30 %。不均勻分布在噴射混凝土中的鋼纖維由于自身的高強度以及與集料的粘結，提高了混凝土的整體密實程度和耐久性。鋼纖維的長徑比是影響鋼纖維增強增韌效果的重要參數，也影響噴射混凝土的工作性。這兩方面有時是相互矛盾的，因為通常使用的表面粗糙、兩端帶鉤的鋼纖維增強、增韌效果好，但施工時，分散較為困難，容易結團，影響施工效率。
4、外加劑和摻和料：干噴法和濕噴法施工，都要求噴射混凝土拌和物的干料或是濕料在噴嘴處與速凝劑等混合噴出后，在很短時間內凝結。施工時，常用速凝劑或高效減水劑等縮短噴射混凝土的凝結時間，尤其是初凝時間。如達不到要求，則混凝土與受噴面粘結不夠，回彈率增加，鋼纖維混凝土密實程度不高，混凝土的強度和耐久性無法保證，經濟性也不好
二、噴射鋼纖維混凝土施工
1）混凝土拌制、存放和運輸。鋼纖維在拌和料中的分布均勻性，不僅與原材料和攪拌工藝有關，而且受攪拌機械和投料方法影響更大。試驗表明：采用強制攪拌機比自落式攪拌機效果好。本隧道施工中因受機械設備影響而采用自落式攪拌機。投料時采用先投水泥、砂和碎石，在拌和過程中分散加入鋼纖維的方法進行拌和，拌和時間不少于2min.。
鋼纖維混凝土施工時，噴錨料應盡量隨拌隨用，摻入速凝劑時存放時間不得超過20min，不摻入速凝劑時干混合料存放時間不超過2h，否則被視為廢料，不可再行使用。在運輸和存放過程中不得淋雨、流入水或混合雜物。
2）噴射作業。混合料通過膠管長距離的高速輸送，在噴頭處已稍有分離，水在距受噴面lm 左右處加入，噴射應根據其當前標定的給水速度調整水閥，按混凝土配合比設計確定的水灰比供水。噴射混凝土時，噴槍要垂直正對工作面，連續平穩地自下而上水平橫向移動，噴頭一圈壓半圈的旋轉噴射。
在施工時還應注意風壓對噴射鋼纖維混凝土的影響。在混合料輸送時，采用適當的風壓是鋼纖維均勻分布、減少回彈損失的主要條件。風壓太大鋼纖維的分布就不均勻。試驗表明，鋼纖維混凝土噴射堆中心的鋼纖維含量為噴堆周邊的85.3%，這種現象產生的主要原因是由于料流噴出后，分布在料束外緣的鋼纖維在接近受噴面前被橫向氣流吹至周圍（其中部分鋼纖維落地，部分鋼纖維滯留在噴堆周邊），因此，降低風壓則橫向氣流的壓力和流速也會降低，這樣不僅會減少鋼纖維的回彈損失，也會改善鋼纖維分布的不均勻性。一般混合料輸送距離在100m以內時，噴射風壓控制在0.15～0.2MPa為宜。
3）養護。混凝土施工質量的好壞，受養護的影響相當明顯。因此在混凝土噴射完畢后要及時灑水或噴水霧養護。避免因養護不及時而導致噴射鋼纖維混凝土的質量不合格。
三、質量控制措施
在實際施工中，無論是施工設備的操作、施工進度的掌握、施工材料的控制都離不開現場人員。施工人員的熟練程度、專業知識的掌握、責任心影響鋼纖維噴射混凝土的施工質量。鋼纖維噴射混凝土的施工環環相扣，尤其對于干噴法施工工藝，大多是遠距離操作，混凝土拌和料的拌和與運輸、鋼纖維的摻加工藝控制、噴射混凝土時水量的控制等將對施工質量產生嚴重影響。加強施工現場的管理與協調顯然是必要的。
關鍵詞：絲纖維；混凝土；劈裂抗拉；最佳摻量
一、緒論
混凝土是當今世界上用量最大、使用最廣泛的材料之一，絲纖維在提高混凝土性能方面扮演著重要的角色。聚丙烯纖維混凝土是一種摻入少量短切聚丙烯纖維來增強或改善混凝土某些性能的復合材料。大量的室內試驗和工程實踐證明，絲纖維混凝土具有抑制塑性收縮裂縫、抗沖擊和彎曲疲勞性能較好、抗松散性較好、剩余強度較高、抗滲性較好、抗拉及抗折彎強度有所增加、耐氣候老化、抗凍融性較好等優點。
1.1 絲纖維混凝土在國內的研究和應用狀況
國內關于聚丙烯纖維混凝土的研究起步較晚，在20世紀70年代開始了纖維混凝土技術的研究和應用。從目前國內研究水平來看，主要集中于對混凝土聚丙烯纖維增強混凝土的物理和力學性能的研究。浙江省寧波市將聚丙烯纖維混凝土用于水庫大壩面板、溢洪道進水渠底防護工程。目前國內已有多家工廠生產聚丙烯纖維以滿足各行業不同混凝土施工需要。在試驗研究方面，國外在聚丙烯纖維混凝土的力學性能、耐久性、施工工藝、纖維增強機理等方面做了大量的工作，并且已編制了這方面的有關試驗規范和技術標準，而我國只有上海同濟大學、大連理工大學等院校做了一些研究工作，遠遠不能滿足我國發展這項技術的要求。
1.2 絲纖維混凝土存在的問題
適用的纖維摻量取何值？從合成纖維的制成材料來看，由于其耐酸堿、以及物理性的增韌和增強，廣義地來說對混凝土是有益無害的。但到底何摻量才合適，理論界與工程界的意見不盡相同。從合成纖維在混凝土中所起作用的實質來看，只要添加合成纖維，必然能不同程度地解決混凝土先天的缺陷――脆性，因此無論怎樣加都沒有問題，似乎只有采用模糊理論來解決幅度變化是最好的辦法。但是，從設計和施工角度來考慮必須要有量化的指標。另從混凝土的工作性方面來考慮，又不得不考慮適應施工的有關要求。目前沒有國家技術規程，所有的工程應用尚處于探索階段，摻量差異的理論根據不足，決定纖維摻量的最可靠辦法是因應工程目的進行試配，從而進行認真地比較。尤其是大型工程的結構性部位應用更要認真、慎重進行纖維多種摻量的試配和性能比較，從而選擇最佳方案。
二、實驗配合比和實驗方法
絲纖維混凝土的強度主要來自混凝土本身，水泥的強度與水灰比都會對實驗有影響。
2.1 實驗配合比
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
市場上有各種型號的水泥，而本實驗采用強度為32.5強度等級的普通硅酸鹽水泥。
砂石采用中砂，其砂率為0.38，碎石的最大粒徑為15mm，砂石的含水率通過實驗測得。
本實驗混凝土設計強度為C30，施工塌落度為30～50mm，強度標準差為4.0MPa。
2.1.2 絲纖維參數：
絲纖維直徑=50.9μm 絲纖維長度=18.0mm
絲纖維長徑比=354 絲纖維熔點=165～173℃
2.1.3 實驗參數設置
本實驗將絲纖維混凝土劈裂抗拉設為6組，組別為B1、B2～B6。其中將B1設定為對照組（不摻入絲纖維的素混凝土），在B2～B6中分別摻入400g/m3、800g/m3、1200g/m3、1600g/m3、2000g/m3的絲纖維作為摻量變化，其他條件均全部相同。絲纖維混凝土劈裂抗拉實驗每組6個試件，試件為非標準的100×100×100mm立方體試塊。養護時間為實驗室標準養護28天。
2.2實驗方法
2.2.1 實驗步驟
a）用電子天平分別稱量出一次除去含水率之后的砂、石、水、水泥和絲纖維的含量。一次稱量的量為一組混凝土抗壓和劈裂抗拉的量。（由于砂、石放置在室外，所以實驗之前先測得砂石的含水率）（表2-1）
表2-1 實驗配比
編號 水/kg 水泥/kg 砂/kg 石/kg 絲纖維摻量/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為素混凝土，B2、B3、B4、B5、B6分別表示摻入400g/m3、800g/m3、1200g/m3、1600g/m3、2000g/m3絲纖維的混凝土。
b）理論上需要配制16.125升的混凝土，但考慮實驗中混凝土會有一定量的損耗，所以在配制時需要適量增加，所以一次實驗的量為18升。
c）本實驗采用先干后濕攪拌法，先將砂和石子倒入自動攪拌機中攪拌均勻（攪拌時間為30s），再將水泥倒入自動攪拌機中攪拌均勻（攪拌時間30s），將絲纖維倒入水中攪拌均勻（攪拌時間2min），最后將攪拌均勻的水和絲纖維倒入自動攪拌機中攪拌均勻（攪拌時間4min）。
d）在攪拌的過程中，將試件模具進行涂油，攪拌完成之后將拌合物平均地倒入模具中，倒入模具完成后將模具放到振搗臺上機械振搗（振搗時間3min），振搗完成進行封膜成型，然后拆模，共計養護28天。
e）另外五組均按照以上方法進行試件制備。
2.2.2 混凝土劈裂抗拉強度實驗方法
a）至試驗齡期時，自養護室取出試件，應盡快試驗，避免其濕度變化。
b）試件從養護地點取出后，擦拭干凈，測量尺寸，檢查外觀，在試件中部劃出劈裂面位置線。劈裂面與試件成型時的頂面垂直，尺寸測量精確至lmm。
c）采用0.05～0.08MPa/s的速度連續而均勻地加荷，當上壓板與試件接近時，調整球座使接觸均衡，當試件接近破壞時，應停止調整油門，直至試件破壞，記下破壞荷載，準確至0.01kN；混凝土立方體劈裂抗拉強度按照公式2―2計算：
（2―2）
式中：
fts――混凝土立方體劈裂抗拉強度，MPa；
F ――試件破壞荷載，N；
N ――試件破裂面積，mm2。
d）絲纖維混凝土劈裂抗拉實驗，以6個試件測值的算術平均為測定值。如任一個測值與中值的差超過中值的15%時，則取中值為測定值。本實驗中有數值與中值的差超過中值的15%，所以將最大值與最小值一并舍棄之后剩余四個的算術平均值為測定值，最后以公式 并乘以換算系數0.85計算得出絲纖維混凝土的劈裂抗拉強度填入表格。
e）將實驗數據匯總處理，表格如下（表2-3）
表2-3 絲纖維混凝土劈裂抗拉實驗數據
編號 B1 B2 B3 B4 B5 B6
試件抗 31.57 47.41 45.92 41.06 50.30 41.48
拉極限 57.76 43.52 44.01 34.28 38.68 39.60
荷載/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
抗拉極 35.08 36.20 44.24 43.00 42.18 40.49
限荷載
平均值
/KN
2.3 本章小結
本實驗為混凝土劈裂抗拉強度試驗。試驗設置劈裂抗拉每組6個試塊，組別為B1～B6，絲纖維摻入量分別為0g/m3、400g/m3、800g/m3、1200g/m3、1600g/m3和2000g/m3。劈裂抗拉試驗采用非標準的100×100×100mm立方體試塊。制模、養護、實驗試件為28天，試驗按照普通混凝土力學性能實驗方法標準GB/T 50081-2002進行。
三、 數據處理及分析
3.1 絲纖維摻量對混凝土劈裂抗拉強度的影響
3.1.1 實驗結果
絲纖維混凝土28天的劈裂抗拉強度值如下表3-1所示
表3-1 摻絲纖維混凝土的28天劈裂抗拉強度（MPa）
編號（纖維
摻量/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
換算系數 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
增減比例 0.00% 3.57% 26.19% 22.62% 21.43% 15.48%
3.1.2 結果分析
圖3-2 絲纖維混凝土28天劈裂抗拉強度-摻量關系曲線圖
由圖3-2可以得知：
1）在混凝土中摻入適量的絲纖維能夠提高到混凝土的劈裂抗拉強度。且相對于抗壓強度，絲纖維摻量對混凝土抗拉強度的影響更為明顯。
2）絲纖維摻量的多少對混凝土劈裂抗拉性能的影響呈現準拋物線的趨勢，即在摻量800g/m3之前，抗拉強度逐漸增加，在800g/m3之后，逐漸遞減，即可認為絲纖維的最佳摻量在800g/m3附近。
3）絲纖維摻量為2000g/m3時，其抗拉強度仍然要高于素混凝土。依據兩者關系曲線的趨勢，我們有信心認為，對于繼續增加絲纖維摻量，將會使得其抗拉強度反而低于素混凝土，當然確切的數據和論證，需要通過進一步的實驗才能確定。
3.2 本章小結
本章通過對得到的實驗數據進行整理匯總，按照公式計算得到所需數據，并將數據填入表格，制作折線圖進行分析。可以得到：
1、摻入絲纖維后，在一定范圍內，混凝土的劈裂抗拉性能隨著絲纖維的摻量呈現先上升后下降的一種趨勢
2、混凝土劈裂抗拉性能的最佳摻量在800g/m3左右，增強幅度為26.1
四、結論
4.1 結論
本實驗對絲纖維混凝土的劈裂抗拉強度進行了研究，通過在相同配合比的條件下對混凝土摻入不同量纖維劈裂抗拉實驗，得到以下結論：
1）加入絲纖維以后混凝土的劈裂抗拉強度都是隨著絲纖維的摻量先上升再下降的一種趨勢。
2）摻入絲纖維對混凝土對混凝土的劈裂抗拉強度的提高效果較為明顯。
3）絲纖維對混凝土劈裂抗壓性能的提高的最佳摻為量在800g/m3附近。
參考文獻
[1] 盛黎明，鄧運清.混凝土聚丙烯纖維的發展與應用[J]橋梁.2002.6：47～68
[2] 閻利.聚丙烯纖維增強混凝土概述[J]化學建材.2003.1：35～72
[3] 王立伍.聚丙烯纖維對混凝土性能的影響和工程應用[A].見：程慶國.全國第七屆纖維水泥與纖維混凝土學術會議論文集[C].北京：中國鐵道出版社，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
關鍵詞：鋼纖維混凝土；現澆預應力；立交橋
近年來，鋼纖維混凝土在橋梁建筑領域應用較廣泛。目前，國內外對鋼纖維的作用機理和鋼纖維混凝土的基本性能也做了大量的研究，由于其中摻加了一定數量的鋼纖維，因而具有比普通混凝土更為優越的物理和力學性能。
一、鋼纖維混凝土的基本性能
鋼纖維混凝土最基本的性能就是具有較高的抗彎、抗拉、抗扭以及抗剪強度。在混凝土中摻入適量鋼纖維，混凝土的抗彎強度會提高30%～70%，抗拉強度會提高20%～45%，抗剪強度會提高45%～90%。同時，鋼纖維混凝土具有經濟性的重要標志就是強度和重量比值增大。其次，鋼釬維混凝土具有卓越的抗沖擊性能。材料抵抗沖擊或震動荷載作用的性能，稱為沖擊韌性。另外，由于鋼纖維混凝土比普通混凝土的抗裂性、整體性都好，所以其耐磨性、耐凍融性、抗氣蝕性以及抗腐蝕性均有顯著提高。
二、鋼纖維混凝土在現澆預應力混凝土橋梁中的應用――以某城市承建的立交橋橋梁為例
（一）該立交橋橋梁承建實況
該立交橋是往城市機場和其它城市方向的重要交通要道。設計荷載汽車-超20級，掛車-120。橋面全寬21.75米，分為南北兩座橋。立交橋橋梁全長145.6米，寬13.4米，跨徑為40+50+40米，上部結構為三孔現澆預應力混凝土變截面連續箱梁，下部結構中墩采用V型墩，同時與箱梁固結。橋梁橫斷面為單箱四室，梁高1.1米，箱梁兩則懸臂各2.5米。另外，施工要求泵送混凝土，混凝土設計強度等級C50，坍落度80毫米～180毫米。經過與預應力結構方案比較，確定主梁采用鋼纖維混凝土。
（二）鋼纖維混凝土的配合比設計
鋼纖維混凝土配合比的設計內容包括計算配制強度、確定水灰比、鋼纖維體積率、單位用水量、單位水泥用量、含砂率、計算集料、鋼纖維用量。要先確定好鋼纖維體積率、砂率以及水灰比。然后確定好單位體積水泥用量與用水量后，再按絕對體積法計算材料用量，確定初步配合比。緊接著，按初步配合比進行拌和物性能試驗，調整單位體積用水量和砂率，確定強度試驗用基準配合比。最后，根據強度試驗結果調整水灰比和鋼纖維體積率，確定鋼釬維混凝土施工配合比。
（三）鋼纖維混凝土的現場施工
1．施工注意事項。首先，對主梁混凝土進行施工時，應當注意主梁混凝土的澆筑順序是從底板到腹板再到頂板，并且一臺混凝土泵車要位于待澆孔跨的一端，再由這一端向另一端泵送入模。同時，泵送下料口的位置應當經常性的移動，在同一個位置的混凝土不能堆積太厚，而且嚴禁用插入式振搗棒平拖混凝土。另外，要特別注意抹壓后的混凝土表面應該是平整的，且沒有碎石、鋼纖維等現象。其次，在施工過程中要注意確保混凝土不結團。一旦發現有結團現象，一定要及時用人工撕開抖散或剔除，避免其硬化后，混凝土表面出現蜂窩現象。還應注意早期的濕潤養護，采用灑水保濕養生、采用脫模劑或覆蓋草袋。同時，主梁混凝土強度達到其標準強度的80%時，須對預應力鋼筋進行張拉。而且，在張拉過程中，應避免構件截面呈過大的偏心受壓狀態。
2．現場施工流程。主梁混凝土主要施工流程為：（1）對施工基面進行處理，對主橋橋墩鉆孔樁、承臺、立柱、帽梁施工，現場搭設梁體支架，并澆筑拱肋濕接頭；（2）先對底板和腹板進行混凝土施工。將施工縫留在翼板與腹板交接處，然后逐孔分層澆筑。并且采用浮吊船吊裝就位，現澆濕接頭，接頭處用膠帶紙纏繞，嚴防漏漿；（3）繼續澆筑頂板；（4）待接頭混凝土達到標準強度的90%后，按順序拆除拱肋支架；（5）鋪設行車道板，現澆橋面整體化混凝土，安裝防撞護欄及附屬構件；（6）主梁混凝土施工結束后，對其進行早期的濕潤養護，待混凝土強度達到其標準強度的80%時，對預應力鋼筋進行張拉。
三、防治裂縫現象的措施
施工過程中，由于現場施工人員沒有按照要求來認真完成鋼釬維混凝土的施工，經常會出現裂縫現象，使得主梁今后的正常使用直接受到影響。所以，在主梁混凝土施工過程中，施工人員要加強質量意識，把工作落實到實處。質檢人員在質量驗收中一旦發現問題要立刻采取防治和補救措施。
（一）落實施工質量監控工作
施工質量包含著施工原材料的質量以及施工人員的施工操作正確性。首先，在澆筑前，施工單位必須規定用于本橋梁的所有原材料要按技術規范的要求進行嚴格的檢查，并定期進行抽檢，不合格的材料堅決不能用于本橋梁。另外，還須督促試驗員及時留取強度試塊，以便與普通混凝土強度進行對比。
（二）采用合理的澆筑方法
合理有效地澆筑方法是保證施工質量的基礎。主梁的澆筑，一般采用二次成型法，即先澆筑底板和腹板，再澆筑頂板的方法。將施工縫留在翼板與腹板交接處，然后逐孔分層澆筑。對于鋼釬維混凝土頂板的澆筑，應當嚴格控制其標高，為防止混凝土收縮裂縫，可在鋼釬維混凝土表面初凝時進行二次抹面。
（三）有效維護混凝土保護層
在主梁混凝土施工過程中，要經常對其保護層進行維護，增加主梁使用保護層墊塊厚度。這樣可以很好的隔絕產生裂縫而出現二氧化碳氧化橋梁鋼筋的現象。在主梁混凝土保護層施工過程中，一定要注意將保護層墊塊擺放的位置和距離按照設計圖紙的規定擺放。最關鍵的是，在澆筑過程中，施工人員要注意保護層是否存在損壞，一旦發現問題，必須立刻停止澆筑，補充后再繼續澆筑，以確保橋梁施工的質量符合標準要求。
（四）該立交橋工程檢驗結果
該立交橋工程完工后，對其進行了荷載試驗，檢驗結果表明：該立交橋在試驗荷載作用下量測的控制截面的撓度、應變值均低于設計計算值，最大撓度和最大應變處的殘余變形均小于20%。試驗前后對試驗主梁進行了裂縫檢查，未發現有明顯裂縫，檢測指標滿足規范要求。同時也表明，該立交橋工程施工人員質量意識較高，基本是按照工程要求來完成混凝土施工。
在水泥混凝土中摻加纖維可以改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺點，提高其抗摻性能、抗沖擊性能。本文簡要地介紹了纖維混凝土這種新型的建筑材料，就聚丙烯纖維混凝土的抗摻性能、抗拉性能開展試驗研究。
關鍵詞：纖維混凝土；物理性能；試驗研究
1 纖維混凝土概述
纖維作為建筑材料使用已有相當長的歷史，早期人們就把天然纖維，例如稻草、麥稈、棉、麻等添加到墻體材料中，以增加墻體的強度和韌性，防止墻體裂紋[1]。近代關于纖維混凝土的理論研究開始于1910 年，由美國的Porter 首創。1911 年美國的Graham 正式將鋼纖維摻到混凝土中，并初步驗證了它的優越性。著名的化學公司如杜邦公司、3M 公司、日本帝人公司等都開發出了多種水泥增強用纖維品種，并已經在高速公路、橋梁、摩天大樓、地鐵、隧道等土木工程中獲得廣泛應用。
國內的研究起步較晚，上海合成纖維研究所研究了錦綸短纖維對水泥混凝土的增強效果，安徽皖維公司將高強高模聚乙烯醇短纖維用于增強混凝土。目前的相關標準有YB/T 151—1999《混凝土用鋼纖維》、GB/T 21120—2007《水泥混凝土和砂漿用合成纖維》、GB/T 23265—2009《水泥混凝土和砂漿用短切玄武巖纖維》、GB/T 15231—2008《玻璃纖維增強水泥性能試驗方法》等。
纖維混凝土通常是以水泥凈漿或者砂漿為基體，以非連續的短纖維或者連續的長纖維做增強材料所組成的水泥基復合材料。纖維在其中起著阻止水泥基體中微裂縫的擴展和跨越裂縫承受拉應力的作用，因而使復合材料的抗拉與抗折強度以及斷裂能較未增強的水泥基體有明顯的提高。纖維混凝土增強機理主要有兩種理論。一種是纖維間距理論，另一種是復合力學理論。纖維間距理論由 Romualdi 和 Batson 于 1963 年提出，根據線彈性斷裂力學來說明纖維對裂縫發生和發展的阻滯作用。該理論認為要增強混凝土的抗裂性和延性，必須盡可能地減小基體內部缺陷的尺寸，降低裂縫端的應力集中程度。而纖維的摻入起到了優化材料內部組織結構和降低裂縫端應力集中的雙重效應。后來英國 Swamy mangat 教授提出了“復合材料機理”，從復合材料的混合原理出發，將纖維增強混凝土看作纖維的強化體系，用混合原理推求纖維混凝土的抗拉和抗彎拉強度。
2 用于水泥混凝土的纖維
用于水泥混凝土的纖維按其材質可分為三類。金屬纖維：鋼纖維、鍍銅微絲鋼纖維等；無機纖維：又分為天然礦物纖維（如玄武巖纖維）和人造礦物纖維（如耐堿玻璃纖維、碳纖維、碳化硅纖維）；有機纖維：又分為植物纖維（如木質素纖維）、動物纖維和合成纖維。幾種纖維性能對比見表1。
2.1 鋼纖維
鋼纖維是當今世界各國普遍采用的混凝土增強材料。它具有抗裂、抗沖擊性能強、耐磨強度高、與水泥親和性好，可增加構件強度，延長使用壽命等優點。但是鋼纖維攪拌時易結團，混凝土和易性差，泵送困難、難以施工且易銹蝕，鋼纖維混凝土的自重大、振搗澆注時往往會沉于混凝土下部，不可能均勻分布。
2.2 耐堿玻璃纖維
耐堿玻璃纖維強度/重量比要比鋼大，具有高抗拉強度，延伸性低，很高的抗變形能力。玻璃纖維在道路工程施工中，有很廣泛的應用，因為它與路面混合料具有良好的相容性。但玻璃纖維混凝土暴露于大氣中一段時間后，其強度和韌性會有大幅度下降，即由早期高強度、高韌性向普通混凝土退化。
2.3 碳纖維
碳纖維是20世紀60年代開發研制的一種高性能纖維，具有抗拉強度和彈性模量高、化學性質穩定，與混凝土粘結良好的優點，但由于碳纖維價格昂貴，工程應用中受到很大限制。
2.4 玄武巖纖維
玄武巖纖維是典型的硅酸鹽纖維，比重為2.63g/cm3～2.8g/cm3，用它與水泥混凝土和砂漿混合時易于分散，新拌玄武巖纖維混凝土的體積穩定、耐久性好，耐酸又耐堿，具有優越的耐高溫性、防滲抗裂性和抗沖擊性。
2.5 合成纖維
常用的大多數合纖，如經機械、表面活性劑、氧氟等表面處理后，其短纖都可用于混凝土的改性，從而提高或改善其物理力學性能，尤其是可大幅度提高其韌性。而且價格低廉，生產工藝先進，且施工方便，被廣泛應用于廣場、機場等大面積混凝土工程中。采用高彈性模量纖維可大幅度提高混凝土抗拉、抗彎強度。
2.5.1 按彈性模量可分為：
①高彈性模量纖維混凝土（如高強高模聚乙烯醇纖維、芳香族聚酰胺纖維），高彈性模量纖維混凝土在未產生裂紋之前，因纖維彈性模量較高，根據“混合定律”，復合材料的彈性模量隨纖維摻量增加而增加，開裂之后主要是纖維受力，只要纖維體積摻量超過臨界纖維體積摻量，復合材料承載能力就不會降低，反而增加。采用高彈性模量纖維可大幅度提高混凝土抗拉、抗彎強度，對韌性也有提高，但費用大。
②低彈性模量纖維混凝土（如：聚丙烯纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯腈纖維）。它們與鋼纖維的相似點是不受水化產物的侵蝕，有一定的抗拉強度，可三維亂向分布于混凝土基體中，其阻裂原理是充分發揮了纖維數量（每公斤數千萬根）優勢，具有很大的表面積，對微裂縫約束，使之不至于連通，效果顯著。
2.5.2 按作用方式可分為：
①短纖維，改善纖維在水泥混凝土中的分散性，通過傳遞應力吸收高能量，有效抗擊沖擊力和控制裂縫。
②短纖維鋪網或網狀纖維，增加纖維與基體的接觸面積和接觸力，有效降低水泥混凝土固化過程中的塑性收縮，提高構件的耐沖擊力，延長構件的使用壽命。
③異型化纖維。如V形纖維、Y形纖維、帶鉤形纖維等，異型化能夠增加纖維與基體的接觸表面，加強二者之間的有效粘結，提高增強增韌效果。
④表面涂層改性纖維，利用有機或無機化合物處理或涂層，改善纖維在混合過程中的分散性，提高纖維與基體材料的粘結力。
2.5.3 合成纖維加入水泥基體中的作用
①阻裂。阻止水泥基體中原有缺陷（微裂縫）的擴展并有效延緩新裂縫的出現。
②防滲。通過阻裂提高水泥基體的密實性，防止外界水分侵入。
③耐久。改善水泥基體抗凍、抗疲勞等性能，提高其耐久性。
④抗沖擊。提高水泥基體的耐受變形的能力，從而改善其韌性和抗沖擊性。
⑤抗拉。在使用高彈性模量纖維前提下，可以起到提高基體的抗拉強度的作用。
⑥美觀。改善水泥構造物的表觀形態，使其更加致密、細潤、平整、美觀。
大力開發合成纖維在非紡織類領域中的應用，已成為世界合纖市場保持持續發展的應對策略之一。開發我國合成纖維在產業中的應用，潛力巨大，而其中開發合纖在混凝土建材中的大量應用，對擴大合纖在產業中的應用領域，以及改善我國混凝土建材的性能具有重要意義。
3 物理性能試驗
3.1 抗滲性能試驗
試驗依據GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[2]的規定進行。參照生產企業的建議（每方混凝土纖維摻量為0.9kg～1.8kg、長度為12mm～19mm）。試驗采用的聚丙烯工程纖維長度為19mm，摻量分別為0、0.9kg/m3、1.2kg/m3、1.5kg/m3、1.8kg/m3。試件共分為5組。每組6個試件。試件上口內部直徑為175mm，下口內部直徑為185mm，高度為150mm。混凝土配合比為水泥：石子：砂：水=360：1065：720：205。使用同一臺攪拌機，纖維加在集料之間，干拌30s左右，然后加水泥和水進行強制攪拌。
試件試驗齡期為28d，使用同一臺混凝土抗滲儀（HP-4.0自動調壓混凝土抗滲儀），采用逐級加壓法，每次試驗安排一組度件（6個）。試驗時由初始0.1MPa開始加壓，以后每隔8h增加0.1MPa，隨時觀察試件端面滲水情況。當6個試件中有3個試件表面出現滲水時，試驗結束，記錄此時的水壓。
抗滲等級計算公式為：P=10H-1。其中：P——混凝土抗滲等級，H——6個試件中有3個試件滲水時的水壓力（MPa）。試驗結果如表2所示。
試驗結果表明，混凝土中摻入聚丙烯工程纖維后，大幅度提高了混凝土的抗滲性能，摻量越大，抗滲性能等級越高。
3.2 抗壓強度、劈裂抗拉強度試驗
試驗依據GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法》[3]進行。所用水泥為市售P.O42.5水泥，配制C40混凝土，水灰比為0.41。采用的聚丙烯工程纖維長度為19mm。試件共分為5組（聚丙烯工程纖維摻量分別為0、0.9kg/m3、1.2kg/m3、1.5kg/m3、1.8kg/m3），每組3個試件。
試驗結果如表3所示。
試驗結果表明，混凝土中摻入聚丙烯工程纖維后，對28d抗壓強度有一定幅度（1.4%～3.3%）的提高，但對混凝土劈裂抗拉強度的影響明顯，最高增幅為27.8%。
3.3 抗沖擊試驗
試驗依據GB/T 21120—2007《水泥混凝土和砂漿用合成纖維》附錄C[4]規定的混凝土抗沖擊性能試驗方法進行。所用水泥為市售P.O42.5水泥，配制C40混凝土。采用的聚丙烯工程纖維長度為19mm。試件共分為5組（聚丙烯工程纖維摻量分別為0、0.9kg/m3、1.2kg/m3、1.5kg/m3、1.8kg/m3），每組6個試件。按附錄C.1自制沖擊裝置，方形鋼錘重4.5kg，垂直距離為457mm。
試驗結果值如表4所示。
試驗結果表明，混凝土中摻入聚丙烯工程纖維后，對抗沖擊性能有明顯影響，可提高破壞沖擊次數233%。
4 試驗結論和建議
1）摻入聚丙烯工程纖維的混凝土抗滲性能改善效果與纖維摻量有關，在一定范圍內，摻量越大，效果越好。摻入聚丙烯工程纖維后，對混凝土劈裂抗拉強度的影響明顯，增幅為8.3%～27.8%，對抗沖擊性能也有明顯影響，破壞沖擊次數提高2～3倍。綜合考慮性能改善與經濟成本，建議摻量為1.5kg/m3～1.8kg/m3。
2）相對于低彈性模量的聚丙烯纖維，高彈性模量纖維對混凝土性能的改善更為明顯。杜修力[5]等研究表明，隨著高強高模聚乙烯醇（PVA）纖維摻量由0.5%增加到1.5%，混凝土劈裂抗拉強度幾乎呈線性增長，分別比基體混凝土提高14.695%、35.23%，拉壓比提高了56.36%。彭苗[6]等研究表明，當玄武巖纖維摻量為4 kg/m3，28d抗壓強度提高率為46.3%。具體纖維摻量和纖維長度等應根據纖維類型、混凝土用途等來確定。
3）日本防災科學技術研究所與東京工業大學合作，用長度為1.2cm、截面寬度為0.03mm、1.5%比例摻加聚丙烯纖維制成混凝土，用這種混凝土建造的橋墩模型能夠抵抗相當于1995年阪神大地震1.5倍的巨大晃動。我國在纖維混凝土的研究和推廣應用方面應進一步加強，此外，摻入纖維對混凝土各項性能的長期影響方面的研究還有待深入進行。
參考文獻：
[1]徐建軍，葉光斗，李守群.用于混凝土增強的化學纖維[J].紡織科技進展，2006（2）：12-14.
[2]GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[S].
[3]GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法》[S].
[4]GB/T 21120—2007《水泥混凝土和砂漿用合成纖維》[S].
[5]杜修力，田予東，竇國欽.纖維超高強混凝土的制備及力學性能試驗研究[J].混凝土與水泥制品.2011（2）：44-48，71.
【關鍵詞】 鋼纖維混凝土 性能 施工
鋼纖維混凝土之所以比普通混凝土的性能更好，主要是亂向分布的短鋼纖維能夠起到有效阻礙混凝土內部微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，從而大大的改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊以及抗疲勞等性能，具有了較好的延性，發揮了其在各項工程中的作用。
一、鋼纖維的品種和特性
鋼纖維混凝土性能最重要的一個因素就是鋼纖維與基體的粘結性能是否良好。高強鋼絲切斷端鉤型纖維、鋼錠銑削端鉤型纖維、剪切異型纖維、低合金鋼熔抽型纖維，由于有很好的性能并且在國內已有工程經驗，所以將其列入規程。剪切直型、微扭型和波紋型，其優點是它的生產工藝簡單而成本相對較低，并由于表面不規則而有利于與基體粘結，故規程中仍保留。注意到低碳鋼板剪制的纖維，在基體開裂后其扭曲或波紋很容易拉直，其增強增韌效果與直形差別很小，故使用中可劃歸一類。
二、鋼纖維幾何參數和摻量范圍
在施工中如果是有特殊要求的，則鋼纖維不宜太長摻量也不宜太高；而對那些對韌性有較高要求的，則可以鋼纖維宜長些，摻量也高些。
有一點是要特別注意的：鋼纖維的長度應該能夠和基體混凝土所用骨料的粒徑相匹配，鋼纖維的長度應不小于骨料粒徑的1.5倍。骨料粒徑最好不要超過20mm，如果粒徑大于20mm 時應通過專門試驗確定鋼纖維的品種、尺寸和摻量。下表給出的是參考范圍，具體的應通過設計計算和纖維混凝土試驗確定。（表1）
三、鋼纖維混凝土的基本性能
1. 鋼纖維混凝土的力學性能
鋼纖維混凝土的纖維體積率在1%-2%之間，所以要比普通混凝土的抗拉強度提高50%-80%，而且抗彎強度和抗剪強度分別提高60%-110%和50%-100%，相對來講抗壓強度提高的幅度是最小的，通常都是在0-20%之間，但抗壓韌性的提高幅度卻較大。
2. 鋼纖維混凝土抗折、抗壓強度大
由于鋼纖維混凝土比普通混凝土的抗剪強度、劈拉強度、抗彎強度有很大的提高，所以鋼纖混凝土要比普通混凝土更適用于做市政道路的路面維修。
3. 降低變形性能
鋼纖維混凝土和混凝土相比韌性有了很大改善。在一般的纖維摻量下，彎曲沖擊韌性能夠給提高2 -4 倍，抗壓韌性能夠提高2 -7倍以上，而抗彎韌性甚至能夠提高幾十倍，極好的韌性性能使其變形大大降低。
4. 減薄面層厚度、加大縮縫間距
鋼纖維混凝土耐疲勞、強度高、抗沖擊等良好性能，使得在同樣使用條件下比普通混凝土，減薄鋪設厚度大概50%-60%。而且一般的縮縫間距是4m-6m 之間， 但如果滲入2%的鋼纖維后， 縮縫的間距就就會加大到30m 左右，這樣就大大減少了維修費用，另外還在很大程度上減輕了車輛通過縮縫時產生的振動。
5. 延長路面使用壽命
鋼纖維混凝土在道路路面的使用中，表現出很強的抗裂能力和變形能力，且有很好的抗凍融性能。以上優點都有利于延長處于重要地位的道路路面的使用壽命。
四、鋼纖維混凝土在道橋施工中的應用
1.路面修補
普通混凝土路面斷裂或者是破損了可以用鋼纖維混凝土進行局部的修補。在澆筑鋼纖維混凝土之前，應把破損或斷裂的舊混凝土板塊鑿除掉，并對局部的板底基層做適當的補強處理。
2.支護工程
由于鋼纖維混凝有良好的抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度，以及抗沖擊和抗開裂性能且能承受較大的壓力而保持一定的連續性和整體性，基于這些優點可以將其用于隧洞支護和山體護坡等工程中。
3.處于腐蝕環境中的構件
鋼纖維混凝土的一個主要優點就是抗腐蝕性比較強，所以可以把鋼纖混凝土使用在易腐蝕的環境中，例如：把它用作輸水管道的防蝕層或結構層，能有效降低輸水管道被腐蝕的時間利于延長管道的使用。
4.應力復雜部位
鋼纖維在混凝土中像各個方向的不均勻分布，使得其沿各個方向都有很強的韌性，除此之外鋼纖維在混凝土中的分布使其容易澆筑成型，這一優勢要比鋼筋更能適應一些復雜的結構形式。
5.橋梁與隧道工程
在橋梁表面或者隧道工程中使用鋼纖維混凝，能夠有效的減少橋面出現裂縫，從而增強了橋面的抗壓能力和防水能力，很大程度上降低了鋼筋銹蝕的速度并延長了使用的時間。
五、施工控制要點
施工質量是影響鋼纖維混凝土路面質量的一個重要因素，不容忽視。那么鋼纖維混凝土路面的整個施工過程，在滿足普通混凝土施工標準外還要注意以下問題：
1.設置鋼纖維分散裝置
如果將鋼纖維直接一次性的投入到攪拌機中，則非常容易出現結團現象，所以需要在攪拌機上安裝振動式鋼纖維分散機（功率1kW，分散能力40kg/min），能有效避免鋼纖維結團。當然這種也存在一定的弊端，就是會增加攪拌的時間，從而降低生產效率。
2.攪拌投料的順序和時間
攪拌投料的順序和時間都要嚴格按程序就行，通常按砂—鋼纖維—石子—水泥的順序投放到料斗中。遵照先干后濕的工藝進行，首先干拌1-2分鐘，然后再濕拌2-3分鐘，整體的攪拌時間控制在6分鐘之內不易過長，另外每次的攪拌量應保持在攪拌機容量的1/3 以下。
3.攤鋪與振搗
在澆注鋼纖維混凝土的時候應避免出現明顯的澆注接頭，在倒料的時候每次都要相壓20cm左右，這樣能夠保證鋼纖維混凝土的連續性。鋼纖維混凝土的路面通常都是以攤鋪機攤鋪為主，人工整平為輔。為保證鋼纖維的均勻分布，應使用平板振動器將其振搗成型。
4.抹面、壓紋
首先應把外露的鋼纖維壓入混凝土中，并在鋼纖維混凝土抹平的表面采用滾式壓紋機進行壓紋l-2mm，壓紋方向應沿路線橫斷面；其次在鋼纖維混凝土強度達到設計強度的50%時，用切割機進行切縫，切縫的深度為3cm，并和舊縫要對齊，并保持施工縫和脹縫或縮縫設計位置完全吻合。
結束語
總之，鋼纖維混凝土越來越廣泛的應用在路面、橋面和機場跑道等工程中，也日益得到了社會的好評和認可，這主要源于它有很好的抗彎強度、抗沖擊性、抗開裂性能等等，而更重要的是運用鋼纖維混凝土比用普通的混凝土早期強度高，實現了提前通車的目的，可以說鋼纖混凝土的廣泛應用取得了豐厚的經濟效益和社會效益。
參考文獻
[1] 曹桂蘭， 張慶杉. 淺談：鋼纖維混凝土在建筑施工中的應用[J]. 黑龍江科技信息， 2004，（09）
[2] 陳水根， 王憲法， 薛海友. 論鋼纖維混凝土在廠房建設中的應用[J]. 民營科技， 2007，（03）
關鍵詞：聚丙烯纖維；混凝土；抗裂性；經濟性
中圖分類號：TB3文獻標識碼：A
混凝土中摻加聚丙烯纖維，可大大提高其抗腐蝕性、抗裂性、抗滲性、抗沖擊性，摻加了聚丙烯纖維的混凝土，可用于一般工業與民用建筑剛性自防水、大體積混凝土的防裂，也可用于路面、橋面等易開裂的薄板混凝土結構。混凝土中摻加聚丙烯纖維，摻加量小、成本低、操作簡便但效果明顯，因而在工程建設領域得到了廣泛應用。
一、概述
聚丙烯纖維是一種新型的混凝土纖維，被建筑工程界稱為混凝土的“次要增強筋”，它是一種經特殊工藝進行紡絲、切斷、親水處理后生產的高強度束狀單絲纖維，加入混凝土或砂漿中后，可起到有效控制混凝土因固塑性收縮、干縮、溫度變化等引起的微裂縫，防止或抑止裂縫形成及發展，大大改善混凝土防裂、抗滲、抗沖擊能力等作用。
二、聚丙烯纖維的作用機理
聚丙烯纖維化學性質穩定，它主要通過改變混凝土的物理力學性能來達到改變混凝土內部結構的效果。聚丙烯纖維本身與混凝土骨料、水泥、外加劑不會發生任何沖突，與混凝土有良好的親和性，可以迅速而輕易地與混凝土材料混合，而且它在混凝土中的分布極其均勻，在電子顯微鏡下觀察，每立方厘米混凝土內的纖維絲可達到20多條。由于聚丙烯纖維同水泥基體有緊密的結合力，能在混凝土中形成一種均勻的亂向支持體系，所以它摻入混凝土能產生有效的三維加強效果，就像在混凝土中加入了大量的微小細筋，同時它的效果又遠遠比加強鋼筋的效果明顯。聚丙烯纖維在混凝土中的亂向分布有助于減弱混凝土的塑性收縮，它使收縮能量被分散到混凝土中具有高強度低彈性模量的纖維上，使纖維吸收部分能量，從而極大地提高了混凝土的韌性，抑制了微細裂縫的產生和發展。同時，由無數根纖維在混凝土內部形成的支撐體系，可以有效地防止混凝土骨料的離析，保證混凝土早期泌水性的均勻，從而防止了沉降裂紋的形成。工程實踐也表明，加入聚丙烯纖維，是控制混凝土塑性收縮、干
裂等非結構性裂縫的有效手段。
三、混凝土中添加聚丙烯纖維的作用效果
（一）保證混凝土的均質性。混凝土在澆灌后，通常都會發生離析現象，即比重較大的骨料下沉與水泥砂漿有所分離，同時混凝土表面出現析水，并因此降低了混凝土的均質性，使混凝土上、下部位的性能出現差異，嚴重時還會使混凝土出現裂縫。而在混凝土中摻加適量聚丙烯纖維后，均勻分布于混凝土中的纖維，可以起到承托作用并阻止上述離析現象的發生，從而保證了混凝土的均質性。
（二）提高混凝土的抗裂性。塑性狀態的混凝土強度極低，而剛澆灌后的混凝土，常會因氣候干燥或刮風等原因導致混凝土表面失水較大，使混凝土發生塑性收縮而出現裂縫。硬化的混凝土由于存在干燥收縮、溫度收縮及碳化收縮，內部會產生各種收縮應力（拉應力），當混凝土結構內產生的拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就會產生大量裂縫。而聚丙烯纖維加入混凝土后，就有大量的單絲纖維均勻地分布于混凝土中，并在混凝土內部構成了均勻的亂向支撐體系，從而使收縮變形引起的微裂縫，在產生過程中遭遇到纖維的阻擋，能量被消耗后微裂縫就難以進一步發展。
（三）提高混凝土的抗滲性。摻入聚丙烯纖維可大幅度提高水泥基材的抗滲性，這也要歸功于均勻分布在混凝土基材中的數以千萬計的細纖維。摻加纖維的混凝土基材，在限制收縮的條件下，因失水干縮而引發裂縫，但由于纖維存在阻裂作用，從而顯著減少了初始裂縫的數量，有效地抑制了裂縫的寬度和長度，從而大大降低了生成連通裂縫的可能性。測試表明：0.1體積摻量的纖維混凝土比普通混凝土抗滲能力提高100%以上。
（四）提高混凝土的抗凍融性。摻入少量短切聚丙烯纖維的混凝土，其抗凍融性會大大提高。按混凝土抗凍試驗法，經25次反復凍融，混凝土不會發生分層與龜裂現象。其原因就在于：纖維在混凝土材料內部各方向上的隨機均勻分布，對材料整體產生微加筋作用，緩解了溫度變化引起的混凝土內部應力作用，阻止了溫度裂縫的擴展；同時，聚丙烯纖維混凝土抗滲能力的提高，也有利于其抗凍能力的提高。
（五）提高混凝土的耐火性和遇火時的安全性。混凝土受熱爆裂的過程，就是混凝土中的水分從混凝土內部逸出的過程。隨著溫度的不斷升高，混凝土強度損失的速率隨之增加，溫度達到600℃時，混凝土的強度會損失50%，達到800℃時，強度損失80%左右。高強度混凝土，由于密實度高、孔隙率低，蒸發通道不暢，水分能盡快逸出，從而會產生幾乎達到飽和蒸汽壓的過高蒸汽分壓，由于蒸汽分壓遠遠超過了混凝土抗拉強度，最終必然導致混凝土不能抵御內部壓力而爆裂。但高性能混凝土加入聚丙烯纖維后，情況會發生變化。當溫度為180℃，混凝土還處于自蒸階段時，結構的內部壓力還不是很大，同時由于聚丙烯纖維的熔點極低（杜拉纖維的熔點為165℃），它在較低的溫度下就會熔化，而且熔化后的液態體積遠小于其為固態時所占的空間，于是聚丙烯纖維熔化后會形成眾多小孔隙，而且由于聚丙烯纖維分散均勻性，纖維細小、量多，從而使得混凝土內部孔隙結構發生變化，孔隙的連通性加強，為混凝土內部水分的分解蒸發提供了方便通道，也就降低了由于水分蒸發所形成的氣壓，使混凝土結構內部壓力大降低，從而防止了爆裂現象的產生。
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.
關鍵詞:鋼纖維混凝土;增強機理;力學性能;耐久性
Key words: steel fiber reinforced concrete;mechanism strengthening;mechanical property;durability
中圖分類號:TU528 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)21-0143-01
1鋼纖維對混凝土的增強機理
鋼纖維對混凝土的增強機理,一種是運用復合力學理論。最先將復合力學理論用于鋼纖維混凝土的有:英國的R?N?Swamy,P?S?Mangat等。該理論將鋼纖維混凝土簡化為鋼纖維和混凝土兩相復合材料,復合材料的性能為各相性能的加和值。復合力學理論僅適用于鋼纖維混凝土初裂前的情況,一旦基體開裂,該理論就不能適用了。
另一種是建立在斷裂力學基礎上的纖維間距理論。纖維間距理論的主要代表有:J?P?Romualdi,J?B?Batson和J?A?Mandel。該理論建立在線彈性斷裂力學的基礎上,認為混凝土內部有尺度不同的微裂緩、空隙和缺陷,在施加外力時,孔、縫部位產生大的應力集中,引起裂縫的擴展,最終導致結構破壞。而在脆性基體中摻人鋼纖維后,有效地提高了復合材料受力前后阻止裂縫引發與擴展的能力,達到纖維對混凝土增強與增韌的目的。
2鋼纖維對混凝土的物理力學性能的影響
2.1 鋼纖維混凝土抗壓性能一般情況下,鋼纖維對提高混凝土的抗壓強度不明顯,在鋼纖維混凝土結構的保守設計中,鋼纖維對混凝土抗壓強度的改善作用可以忽略。
2.2 鋼纖維混凝土抗拉性能鋼纖維混凝土試件的劈裂抗拉強度隨鋼纖維體積率的增加而增加。
2.3 鋼纖維混凝土抗彎性能鋼纖維增強混凝土的抗彎性能主要包括初裂彎拉強度、彎拉強度、彎曲韌性和彎拉彈性模量等,其中初裂彎拉強度是反映鋼纖維增強混凝土初裂前阻裂能力的指標,彎拉強度是路面、道面等工程設計與工程質量檢驗和驗收的主要指標。通過對鋼纖維增強混凝土在彎曲荷載作用下的初裂彎拉強度、彎拉強度、彎曲韌性及彎拉彈性模量等抗彎性能的實驗,并與普通混凝土相比較表明:鋼纖維增強混凝土抗彎性能比普通混凝土有顯著的提高和改善。
2.4 鋼纖維混凝土抗剪性能混凝土的抗剪性能以抗剪強度為衡量指標。影響鋼纖維混凝土抗剪強度的主要因素有混凝土基體、鋼纖維的品種、體積率、長徑比及界面黏結狀況等。
2.5 鋼纖維混凝土抗沖擊性能鋼纖維增強混凝土的沖擊試驗,目前國內外尚無統一的方法,常用的有受壓沖擊法和受彎沖擊法兩種,受彎沖擊法比較能反映鋼纖維增強混凝土的特性。總之,在沖擊荷載作用下,普通混凝土一旦裂縫出現,隨即引起崩塌,其初裂和破壞時的沖擊次數(沖擊耗能)相近。鋼纖維增強混凝土則隨體積率的增大,不僅初裂次數增多,沖擊耗能增大,初裂強度提高,而且破壞時呈多點開裂,且裂而不斷。初裂與破壞沖擊次數(沖擊耗能)隨鋼纖維的體積率、長徑比及基體強度等級的增大而提高。
2.6 鋼纖維混凝土彎曲疲勞性能當混凝土中摻入適量的鋼纖維時,鋼纖維將明顯的提高抗疲勞性能。鋼纖維混凝土疲勞方程與素混凝土疲勞方程的最大不同點是包含了鋼纖維體積率、鋼纖維長徑比,即在混凝土基材中摻入不同體積率和長徑比的鋼纖維。因此,鋼纖維混凝土的疲勞性能不僅受混凝土基材疲勞特性的影響,而且與鋼纖維的體積率、長徑比有很大關系。其中長徑比是影響疲勞壽命的重要因素。我國有關設計規范中,沒有鋼纖維混凝土疲勞應力系數的規定,只是簡單套用較早的普通混凝土路面的疲勞方程,加上鋼纖維的體積率和長徑比對疲勞性能的影響。
3鋼纖維對混凝土耐久性的影響
3.1 鋼纖維混凝土的抗凍性根據趙國藩等著的《鋼纖維混凝土結構》,鋼纖維體積率對混凝土的抗凍性影響十分明顯,其影響程度與混凝土基體強度等級或W/C大小有關。通過大量的實驗結果可知:鋼纖維對高W/C的混凝土比對低W/C的混凝土有更好的抗凍效果。因為W/C越大,抗凍能力越低,鋼纖維對提高這類混凝土的抗凍效果就越突出。
3.2 鋼纖維混凝土的抗滲性由大量實驗結果可知:鋼纖維的摻入對于混凝土的抗滲性有很大的改善。混凝土的抗滲性與其內部的微裂縫有很大的關系。摻入鋼纖維后,由于纖維與混凝土之間的粘結作用,纖維降低了原生裂縫的發生;纖維的存在使得裂縫不能直通,阻礙了次生裂縫的發展。當裂縫得不到發展而停留在微裂縫的階段,即可有效地阻止水的滲透,從而提高了混凝土的抗滲性 。
3.3 鋼纖維混凝土的耐磨性研究指明,在混凝土中摻入鋼纖維,其耐磨能力高于混凝土基體的耐磨能力。采用鋼纖維混凝土強度等級為CF35,中砂,碎卵石,鋼纖維摻量為1%,制成50mm×50mm×50mm的鋼纖維增強混凝土試件與同類配合比的普通混凝土試件,同時在國產耐磨機上進行實驗,每轉動10min,取三次磨耗損失質量的平均值。實驗結果表明,鋼纖維增強混凝土的磨耗損失比普通混凝土的磨耗損失降低了30%左右,因此,鋼纖維增強混凝土更適用于有耐磨要求的橋面、路面、溢洪槽以及工業廠房地面等。
3.4 鋼纖維混凝土的抗腐蝕性鋼纖維混凝土一般采用低水灰比、低滲透性配合比,混凝土質量一般較高,鋼纖維又能阻礙和約束裂縫的產生和發展。所以,腐蝕介質很難侵入鋼纖維混凝土內部,一般認為鋼纖維混凝土具有良好的抗銹蝕性。鋼纖維混凝土的工程應用有三十多年的歷史,至今未見因鋼纖維銹蝕而造成嚴重劣化或工程失效的報道。
4鋼纖維混凝土的發展
與普通的混凝土相比,鋼纖維造價較高,若能開發出更好的鋼纖維制造工藝,用較少的鋼纖維量達到更好的性能,必能降低成本,進一步推廣鋼纖維混凝土的應用。同時,鋼纖維混凝土的增強機理并不完善,纖維間距理論忽略了纖維自身的耦合作用,復合材料理論忽略了纖維復合帶來的耦合效應,都有應用局限性,需待進一步的探討和研究。理論研究的不斷深入,也必將使鋼纖維混凝土有著更為廣闊的工程應用前景,促進我國鋼纖維混凝土的研究再上一個新的臺階。
參考文獻:
[1]趙國藩,黃承逵.纖維混凝土的研究與應用[M].大連:大連理工大學出版社,1992.
【關鍵詞】纖維混凝土；種類；配合比設計；施工技術；研究
實踐中可以看到，利用纖維混凝土進行路面施工作業，車輛在上面行駛可有效降低振動、噪音，比較舒適，同時纖維混凝土路
第三種，合成纖維混凝土。對于合成纖維而言，其構造成分種類非常的多，而且經研究發現符合路面施工應用條件的玄武巖纖維，多由聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺以及聚乙烯醇等纖維構成，形成一種合成性的纖維結構。需要注意的是成分不同的纖維材料、配合比例，最終合成的纖維混凝土結構性能也存在著較大的差異性。實踐中，混凝土路橋面施工過程中要求用的合成纖維抗拉強度，應當保持在450MPa以上，而且其彈性模量也要超過5000MPa， 其中最大斷裂伸長率不能超過30%。
2、纖維混凝土配合方案研究
實踐中可以看到，鋼纖維、合成纖維以及玄武巖纖維等，是當前國內路橋面施工過程中最常用到的機制纖維類型，而且多以混合形式存在，混合比例與成分不同，其施工效果與技術要求也不相同。比如，將0.35%至1%的鋼纖維與其他一些纖維材料進行混合，通過具體將彎拉強度規范值提升到0.5至1MPa之間，該種混凝土通常被稱為是補強鋼纖維混凝土； 若鋼纖維在混凝土結構中的摻入量在0.1%至0.35%時，通常將該種混凝土稱為是抗裂鋼纖維混凝土；若將玄武巖、合成纖維以及0.05%以下的鋼纖維和其他類型的纖維相互混雜應用時，通常將其視為是抗裂玄武巖纖維。
第一，混雜鋼纖維混凝土配合設計。在設計混雜鋼纖維混凝土時，一定要在符合各種技術規范基礎上，最大限度地降低資金投入成本。設計中需注意的技術要素有彎拉強度、耐久性以及安全可靠性。其中，彎拉強度應當基于對路橋面交通承重量的計算進行全面的設計，而且路面的工作能力則注意體現在坍落度、減水劑等摻入量方面，通常補強鋼纖維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，摻雜劑的應用量應當根據具體要求進行設定。
第二，抗裂纖維混凝土配合設計。對于面結構較之于普通的混凝土路面，更加的牢固可靠。因此，在當前的形勢下，加強對纖維混凝土路面施工技術及相關問題的研究，具有非常重大的現實意義。
1、纖維混凝土應用種類分析
在路面施工過程中，纖維混凝土應用種類非常的多，主要表現為以下幾種：
第一種，鋼纖維混凝土。根據材質不同，纖維混凝土可分為碳素鋼纖維、、不銹鋼纖維、低合金鋼纖維以及表面拋法蘭防銹鋼纖維等幾種類型。其中，碳素鋼纖維自身的抗高溫性能比較強，而低合金鋼、不銹鋼以及表面拋法蘭防銹等幾種鋼纖維具有較強的抗銹蝕性。同時，纖維材質不同，其抗拉強度也存在著較大的差異性，通常路橋面施工過程中所用到的纖維抗拉強度應當超過600MPa；根據形狀不同，可將纖維混凝土分抗裂纖維混凝土而言，其在路橋面施工過程中的應用，不必可以考慮彎拉強度，主要能夠符合要求、確保工作性與 耐久性即可。在此過程中，每一項指標都應當也有計算公式，并且結合具體情況進行配比操作。
第三，路橋面以及隧道抗裂纖維混凝土的配合設計。在此過程中，不用可以的去考慮纖維對彎拉強度的影響；只要確保配合比設計方案能夠滿足相應的彎拉強度要求、工作性與耐久性規范的水灰比，根據普通混凝土基體進行計算。路橋面施工過程中，所應用到的抗裂鋼、玄武巖纖維與其他相應的合成纖維混凝土相互摻加時，具體通過試驗來確定。
3、纖維混凝土路面施工技術
對于纖維混凝土路面施工而言，在了解了纖維混凝土的具體類型、配合設計要求的基礎上，主要施工作業就是路面鋪筑操作。雖然不同種類的纖維混凝土材料在路面鋪筑過程中的技術要求存在著一定的差異性，但總體而言纖維混凝土路面施工技術要點表現在以下幾個方面：
第一，施工過程中應當注意補強以及抗裂纖維混凝土材料的拌合。路橋面施工過程中，其厚度平面尺寸以及鋼纖維摻量應當嚴格按照技術要求進行確定，同時纖維混凝土路面布料拌合工作應當與攤鋪作業同時進行，并且要確保面板中的纖維分布要均勻性、結構一定要連續，比如同塊面板中的澆筑與攤鋪施工作業一定要連續；布料松鋪高度一定要經試鋪操作來確定，拌和物坍落度相同時宜比相同機械施工方式的普通混凝土路面松鋪高度高出10毫米左右，并且一定要滿足滑模、三輥軸機組攤鋪混凝土路面的規范和要求。
第二，纖維混凝土路面振搗、整平操作過程中，不僅要保證路面的平整度、鋼纖維不存在上翹現象，而且還要確保纖維混凝土自身的密實度及其均勻性。實踐中，只成平直形、異形等形狀。其中，平直形即形狀為相對比較規范的立方體形狀、或者長方形。而異形，則主要是指大頭行、波形等不規則形狀。
第二種，玄武巖纖維混凝土。 實踐中可以看到，酸性腐蝕性一般都比較強，因此路面施工過程中若利用玄武巖作為纖維混凝土的組成成分，則一定要保證其為中性或者堿性。若為微酸性玄武巖纖維材料，則纖維的表面應當適量的設置一些防止堿集料；若用于水泥混凝土路面施工，武巖纖維的表面應當具有一定的親水性，以免難以有效的融合，同時瀝青混凝土路面施工過程中，用到的玄武巖纖維材料表面，一定要有足夠的親油性。具體操作過程中，玄武巖纖維的精度、規格以及尺寸等，如下表所示：
有通過該種操作，才能確保路面施工結構更加的穩定牢固，最大限度地減少路面施工中的開裂現象發生。路面施工過程中，應注意振搗棒的震動頻率，每分鐘應當保持在10000次以上，并且要盡可能地避免振搗棒插入路橋路面纖維混凝土中振搗。纖維混凝土拌合物運輸與振搗過程中，一定要控制好時間和程序，保證施工條件，尤其是氣溫、濕度等。實踐中，若氣溫升高快，可用噴霧減緩表面水分蒸發速度。抗滑溝槽制作過程中，以硬刻槽方式為宜。
第三，纖維混凝土路面施工過程中，應當注意切縫、硬刻槽、填縫以及養生等細節性工藝環節。具體施工過程中，通常采用的是不同的拌和纖維混凝土其配置結構成分及配合比也要根據公路的等級、交通量及相關的纖維混凝土路面規定進行。實踐中不僅要采用纖維混凝土進行路面施工作業，而且還要布設鋼纖維混凝土路面鋪筑、以及隧道內混凝土路面，不同種類的纖維混凝土結構，其適用范圍和技術要求也存在著較大的差異性，因此實踐中應當從實際出發，合理的選擇施工技術和操作工藝。
結語：纖維混凝土路面施工技術要求非常的高，同時路面質量直接關系著人們的生命和財產安全。因此在施工過程中應當注意材料的選擇、施工環境的檢查以及建成后的交通承載能力等，從而做出科學的施工建設方案。
參考文獻：
[1]陳澤新.纖維混凝土路面施工技術實際應用研究[J].建材與裝飾 ，2013（19）.
[2]周治中. 鋼纖維混凝土路面施工技術與質量控制措施的探析[J].建材與裝飾，2012（27）.
