鋼纖維與鋼纖維混凝土材料的選擇

 鋼纖維混凝土的拌合料是由水泥、水、粗細(xì)骨料、鋼纖維及必要時摻入化學(xué)外加劑或摻加劑，按一定比例配制而成，拌合料各組成材料的正確選擇，對鋼纖維混凝土的物理力學(xué)性能和施工有重要的影響。

一、剪切型鋼纖維的主要性能

1、抗拉強(qiáng)度

為使鋼纖維混凝土具有良好的力學(xué)性能，要求鋼纖維具有一定的抗拉強(qiáng)度。鋼纖維的抗拉強(qiáng)度，根據(jù)鋼纖維的材質(zhì)和生產(chǎn)工藝不同，其抗拉強(qiáng)度也有所區(qū)別。剪切型鋼纖維的抗拉強(qiáng)度一般為380~800MPa。

2、粘結(jié)強(qiáng)度

鋼纖維的粘結(jié)強(qiáng)度，可按《鋼纖維混凝土試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（CECS13：89）用直接拉拔法測定鋼纖維與水泥砂漿之間的粘結(jié)強(qiáng)度。

由于鋼纖維混凝土的破壞主要是鋼纖維的拔出而不是拉斷，因此鋼纖維的增強(qiáng)主要取決于鋼纖維混凝土基體界面的粘結(jié)強(qiáng)度。提高粘結(jié)強(qiáng)度除與基體的性能有關(guān)外，就鋼纖維本身來說，應(yīng)該從鋼纖維的表面和形狀來改善它與基體的粘結(jié)性能。為了提高鋼纖維的粘結(jié)強(qiáng)度，常采用：使鋼纖維表面粗糙化、截面呈不規(guī)則形，增加與基體的接觸面積和摩擦力；將鋼纖維表面壓痕，或壓成波形，增加機(jī)械粘結(jié)力；使鋼纖維的兩端異形化，將兩端制成彎鉤或大頭形等，以提高其錨固力和抗拔力。

試驗表明，異形鋼纖維比平直形鋼纖維的增強(qiáng)效果可提高約一倍。

3、硬度

各種鋼纖維的表面硬度較高，在與混凝土攪拌時，一般不易發(fā)生彎折現(xiàn)象。鋼纖維應(yīng)能經(jīng)受沿直徑為3mm鋼棒彎折90度不斷。

4、耐腐蝕性

澆筑在鋼纖維混凝土內(nèi)部的鋼纖維，只要搗固密實，與空氣隔絕，鋼纖維一般不發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。露于混凝土表面或在裂縫寬度超過0.25mm時，跨接在裂縫處的鋼纖維，易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。

二、鋼纖維的幾何參數(shù)和體積率

表示鋼纖維幾何參數(shù)的有鋼纖維長度、直徑（等效直徑）及長徑比。

鋼纖維長度指鋼纖維兩端點間的直線距離，用Lf 表示，其尺寸可為15~60mm。

鋼纖維截面的直徑或等效直徑（當(dāng)鋼纖維為非圓形截面時，其截面積相當(dāng)于圓形截面面積時計算所得到的直徑），用df 表示通常為0.3~1.2mm。

鋼纖維的長徑比即指鋼纖維的長度與直徑或等效直徑之比，即Lf/ df，通常為30~100。

鋼纖維體積率，指鋼纖維所占鋼纖維混凝土體積的百分?jǐn)?shù)。用pf 表示,它表明鋼纖維在拌合料中摻入量的多少。

三、鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)對鋼纖維幾何參數(shù)和體積率的選用范圍

鋼纖維的增強(qiáng)效果與鋼纖維長度、直徑（等效直徑）及長徑比有關(guān)。鋼纖維增強(qiáng)作用隨長徑比增大而提高。鋼纖維長度太短不起增強(qiáng)作用，太長施工較困難，影響拌合物的質(zhì)量，直徑過細(xì)在拌合過程中被彎折，過粗則在同樣體積率時，其增強(qiáng)效果較差。

試驗研究和工程實踐表明，鋼纖維的長度為15~60mm，直徑或等效直徑為0.3~1.2mm，長徑比在30~100的范圍內(nèi)選用，其增強(qiáng)效果和施工性能滿足要求。如超出上述范圍，經(jīng)試驗在其增強(qiáng)效果和施工性能方面能滿足要求時，也可根據(jù)需要采用。根據(jù)國內(nèi)外工程應(yīng)用經(jīng)驗，對不同類別鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)，提出常用的鋼纖維幾何參數(shù)選用范圍，列于表1-1。

鋼纖維幾何參數(shù)選用表1-1

鋼纖維混凝土中鋼纖維的體積率小到一定程度時將不起增強(qiáng)作用，對于不同品種、不同長徑比的鋼纖維，其最小體積率略有不同，國內(nèi)外一般以0.5%為最小體積率。鋼纖維體積率超過2%時，拌合物的和易性變差，施工較困難，質(zhì)量難以保證。但在特殊需要時，經(jīng)試驗和采取必要的施工措施，在保證質(zhì)量和增強(qiáng)效果的情況下，可將鋼纖維體積率增大。

根據(jù)國內(nèi)外工程和應(yīng)用經(jīng)驗，不同的鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)工程，常用體積率選用范圍列于表1-2。選用時根據(jù)鋼纖維的性能、結(jié)構(gòu)對增強(qiáng)效果的要求，以及經(jīng)濟(jì)合理的原則選定。當(dāng)鋼纖維的性能較好或結(jié)構(gòu)對增強(qiáng)要求較低時，可選用低值，結(jié)構(gòu)對增強(qiáng)要求較高或鋼纖維性能較差時可選高值。

鋼纖維體積率選用范圍表1-2

1-1-2水泥水泥在鋼纖維混凝土中是一種膠結(jié)材料，與水拌合形成水泥漿，具有很高的粘結(jié)力，它把砂、石和鋼纖維膠結(jié)成一整體，經(jīng)凝結(jié)硬化，具有一定強(qiáng)度的鋼纖維混凝土。因此水泥是鋼纖維混凝土的重要組成材料。

目前在鋼纖維混凝土中常用的水泥是425和525號普通硅酸鹽水泥。鋼纖維混凝土中水泥用量比普通水泥用量要大，一般為360~450kg/m³。

1-1-3砂常稱細(xì)骨料，用于填充碎石或礫石等粗骨料的空隙并共同組成鋼纖維混凝土的骨架。

砂的粗細(xì)程度用砂的細(xì)度模數(shù)表示。砂的細(xì)度模數(shù)對鋼纖維混凝土強(qiáng)度與和易性有一定影響，相同數(shù)量的粗砂與細(xì)砂相比，粗砂的比表面積較小，因而，在保證鋼纖維混凝土強(qiáng)度相同時，粗砂需要的水泥用量較細(xì)砂少。顯然，當(dāng)水泥用量相同時，用粗砂配制成的鋼纖維混凝土強(qiáng)度要比用細(xì)砂配制的鋼纖維混凝土強(qiáng)度為高。此外，當(dāng)鋼纖維混凝土的拌合料和易性相同時，細(xì)砂混凝土的拌合料需水量較多，但如用過粗的砂拌制容易產(chǎn)生離析和泌水現(xiàn)象；若用過細(xì)的砂拌制，雖不產(chǎn)生離析和泌水現(xiàn)象，卻需要較多的水泥漿才能包裹砂的表面，水泥用量大。為此，砂的細(xì)度模數(shù)要適中，配制鋼纖維混凝土的砂宜用中粗砂。

砂的級配應(yīng)符合要求。砂的密度一般為2.5~2.7g/cm³。

1-1-4石料碎石或礫石是組成鋼纖維混凝土的骨架材料，常稱粗骨料。鋼纖維混凝土所用石料，通常選用碎石。因碎石的顆料表面較粗糙，富有棱角，能產(chǎn)生良好的機(jī)械嵌鎖作用，與水泥漿有較強(qiáng)的粘結(jié)力。因此，在同樣條件下用碎石比用礫石所配制成的鋼纖維混凝土強(qiáng)度為高，但需水泥漿較多。

鋼纖維混凝土所用石料粒徑，不宜大于鋼纖維長度的2/3，一般為5~20mm，最大粒徑不宜大于20mm, 如果石料粒徑過大，削弱了鋼纖維的增強(qiáng)作用，并易于集中于大石料周圍，不便于鋼纖維的分散。

石料的級配應(yīng)符合要求，否則會影響鋼纖維混凝土混合料的流動性和水泥用量。

1-1-5水凡能飲用的水和潔凈的天然水，均可用于鋼纖維混凝土，因海水對鋼纖維有銹蝕作用，一般不允許用海水拌制鋼纖維混凝土。

1-1-6外加劑在鋼纖維混凝土拌合過程中，為了改善拌合料的和易性、減少水泥用量或提高強(qiáng)度，可摻入一定量的外加劑。

外加劑按使用效果分為減水劑、引水劑、防凍劑、膨脹劑、促凝劑等。在鋼纖維混凝土中，使用較多的是減水劑（普通減水劑和高效減水劑），以提高其和易性。

在使用外加劑時應(yīng)注意的事項是：

1）根據(jù)使用目的，選擇品種，并根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行比較確定。

2）所加摻量應(yīng)按所用品種，并根據(jù)使用要求，施工條件，拌合的原材料等因素經(jīng)試驗確定。摻量以水泥重量的百分率表示。

3）摻量為1％以下的外加劑（如高效減水劑）應(yīng)以水溶液摻入為宜。

4）注意外加劑與水泥的適應(yīng)性。

5）外加劑的性能應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑應(yīng)用規(guī)程》的規(guī)定。

另外，根據(jù)需要和可能，在鋼纖維混凝土中還可摻入一定量的粉煤灰或硅粉等混合材料，以改善拌合料的和易性，節(jié)約水泥用量以及提高強(qiáng)度。其拌合材料性能應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和《用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料》的規(guī)定，其摻量可通過試驗確定。

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