纤维混凝土范文

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[关键词] 混凝土；纤维；分类；进展

[中图分类号] TU528.527 [文献标志码] A [文章编号] 1003-1324（2012）-04-0071-04

混凝土是一种多相复合材料，由于各组成材料性质的差异和施工养护的影响，混凝土内部不可避免地存在大量的微裂缝，这些裂缝的存在，影响了混凝土的性能，特别是降低了混凝土抗拉强度，这也是混凝土呈脆性破坏的主要原因。通过加入掺合料和化学外加剂实现混凝土的密实性和强度的提高，是制备高性能混凝土的主要途径。但是，混凝土的抗拉强度与抗压强度之比仅为6%作用，仍存在拉压比低、韧性差与收缩大等缺点。随着抗压强度的提高，混凝土脆性表现得愈明显[1]。而纤维具有抑制混凝土收缩、提高混凝土抗拉强度、增加混凝土韧性的作用，能够解决高强高性能混凝土中出现的拉压比低、韧性差和收缩大的问题，也能适应现有施工水平和设备条件[2]。因此，纤维混凝土是当今混凝土技术发展的重要趋势。

1 分类

1.1 钢纤维混凝土

在普通混凝土中掺入适量钢纤维配制而成的混凝土，称为钢纤维混凝土或钢纤维增强混凝土。与普通混凝土相比，其抗拉强度、抗弯强度、耐磨、耐冲击、耐疲劳、韧性、抗裂和抗爆等性能都得到很大提高[3]。

早期混凝土工程中采用的钢纤维主要品种有：用细钢丝切断生产的圆直型钢纤维，用熔抽法生产的钢纤维，用薄钢板剪切生产的平直型或扭曲型钢纤维。随着混凝土应用技术的发展，人们对钢纤维性能的认识不断深入。根据试验研究和工程应用实际情况，钢丝切断圆直型纤维与基体的粘结性能差，碳钢熔抽型纤维在高温冷却过程中表面往往会形成氧化皮，从而严重降低了纤维与基体的粘结性能。因而这几种类型的钢纤维在工程中被逐渐淘汰。相应的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，因其增强了与混凝土基体的粘结力，对混凝土的阻裂、增强、增韧的效果显著，在工程中逐渐得以广泛应用。

1.2 碳纤维混凝土

碳纤维混凝土是将碳纤维均匀地分散在水泥基体中，用以增加混凝土的物理力学性能的一种复合材料。碳纤维混凝土的主要特征具有普通增强型混凝土所不具备的优良机械性能、防水渗透性能、耐自然温差性能，在强碱环境下具有稳定的化学性能、持久的机械强度和尺寸的稳定性[4]。用碳纤维取代钢筋，可消除钢筋混凝土的盐水降解和劣化作用，使建筑构件重量减轻，安装施工方便，缩短建筑工期。

碳纤维还具有震动阻尼特性，可吸收震动波，使防震能力和抗弯强度提高十几倍。碳纤维混凝土具有很高的抗拉性、抗弯性、抗断裂性、抗蚀性等特点。由于碳纤维的较小的膨胀系数，碳纤维混凝土的耐热性较好，温度变形也较小。

碳纤维混凝土中碳纤维主要作用是：阻止混凝土内部微裂缝的扩展并阻止宏观裂缝的发生及发展。因此对于其抗拉强度和主要由主拉应力控的抗剪、抗弯、抗扭强度等均有明显改善；同时具有高基体的抗变形能力，从而改善其抗拉、抗弯和冲击韧性。碳纤维体积分数为1.18%时，试件劈拉强度提高1.2%，按复合规则，碳纤维的增强作应随水泥中纤维含量的增大而增加，在碳纤维的重量百分含量小于5%时，这个关系几乎是线性的，含量再增加时，碳纤维难以在基体中分散均匀，不能起到增强效果，甚至使碳纤维混凝土抗拉强度降低。此外，碳纤维混凝土还具有良好的耐腐蚀性、抗渗透性、耐磨性、耐干缩性及耐久性。

1.3 玻璃纤维混凝土

玻璃纤维混凝土（GRC）是将弹性模量较大的抗碱玻璃纤维，均匀地分布于水泥砂浆、普通混凝土基材中而制得的一种复合材料。近20年来，玻璃纤维混凝土在英国、美国、日本等40多个国家已开始大量应用。它将轻质、高强和高韧性优点集于一体，在建筑领域中占有独特地位。特别自20世纪90年代以来，低碱度水泥和超抗碱玻璃纤维的相继出现，把玻璃纤维混凝土技术引向新的发展阶段。

由于玻璃纤维的直径仅为5～20μm，几乎与水泥的颗粒相接近，使用玻璃纤维时，所用的结合材料为水泥浆，或者在其中掺入细砂来使用，几乎不使用粒径较大的粗骨料。所以，用这种素材制作而成的复合材料，又称为增强补强水泥。

采用玻璃纤维混凝土是建筑工程今后发展方向，它不仅可以弥补普通混凝土制品自重大、抗拉强度低、耐冲击性能差等不足，而且还具有普通混凝土所不具有的特性。玻璃纤维混凝土制品较薄，质量较轻。由于采用抗拉强度极高的玻璃纤维作增强材料，因而其抗拉强度很高。玻璃纤维均匀分布于混凝土中，可以防止混凝土制品的表面龟裂，由于在破坏时能大量吸收能量，因而耐冲击性能优良、抗弯强度较高[5]。此外，玻璃纤维混凝土制品脱模性好、加工方便，易做成各种形状的异型制品。

1.4 聚丙烯纤维混凝土

聚丙烯纤维混凝土是将切成一定长度的聚丙烯纤维，均匀地分布在水泥砂浆或普通混凝土的基材中，用以增强基材的物理力学性能的一种复合材料。这种纤维混凝土具有轻质、抗拉强度高、抗冲击和抗裂性能等优点，也可以以聚丙烯纤维代替部分钢筋而降低混凝土的自重，从而增加结构的抗震能力。

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关键词：混凝土路面；钢纤维；聚丙烯纤维

中图分类号：U416 文献标识码：A

1 前言

水泥混凝土路面具有刚度大，扩散荷载能力强等优点，但是随着公路交通的发展、交通量的增大，运输荷载的不断增大，水泥混凝土日益显示其弱点和不足。由于混凝土的抗弯拉强度低、耐磨耗性能差等缺点，使其在未达到寿命期就已出现了各种不同类型的损坏。目前加强混凝土及沥青混凝土路面，改善混凝土路面的使用品质，延长路面的使用寿命，提高投资效益是面临的重要课题。

为了进一步提高水泥混凝土的耐久性和强度，改善其使用性能。近年来，采用纤维混凝土作为面层材料，引起了国内外工程界的重视。试验和应用表明，纤维混凝土比水泥混凝土有着优良的抗拉、抗弯、抗裂、抗冲击、抗收缩、韧性好等一系列力学性能，因此，在各工程中得到广泛的应用，并取得良好的效果。

2 增强机理

在混凝土中掺入纤维是公认的改善混凝土脆性的有效方法，纤维的阻裂增韧效应能有效降低塑性裂缝和内部微裂隙的数量和尺度，提高混凝土材料介质的连续性，改善混凝土的综合性能。通过在混凝土中掺加纤维，可以提高混凝土的抗拉、抗弯和抗剪强度[1]，增加混凝土的韧性[2]、抗冲击[3]和疲劳性能[4]，改善混凝土的抗裂性[5]，抗冻性[6]及耐磨性[7]等。将纤维混凝土作为路面铺装材料时，可以实现：（1）在特大交通量条件下, 能够延长或保证水泥混凝土路面使用寿命；（2）在特重、重轴载条件下, 可以实现较经济且较薄的面板结构厚度。

3 纤维混凝土路面

3.1 钢纤维混凝土路面

钢纤维混凝土是在普通水泥混凝土中掺配一定数的短而细的钢纤维所组成的复合型材料，其钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的产生与扩展，从而具有良好的抗折、抗冲击、抗疲劳及抗磨性能。钢纤维混凝土的性能受到水泥品种、砂率、粗骨料最大粒径、钢纤维种类和掺量、掺和料等因素的影响，其中钢纤维类型、钢纤维掺量和钢纤维长径比是影响钢纤维混凝土性能的主要因素。

钢纤维混凝土路面可分为单层式钢纤维混凝土路面、复合式钢纤维混凝土路面和碾压式钢纤维混凝土路面3种。（1）单层式钢纤维混凝土路面。单层式钢纤维混凝土路面是指路面板全断面均采用钢纤维混凝土浇筑而成。该种路面的厚度约为同类水泥混凝土路面的厚度的 50 % -60 %， 钢纤维的体积率一般为0.8%-1.5%。（2）复合式钢纤维混凝土路面。为了充分发挥钢纤维混凝土优良的抗弯拉、 抗疲劳性能和韧性,根据路面板的受力状况, 将钢纤维混凝土配置在路面板的受拉区,在路面板的上部为普通混凝土,由此复合而成的路面成为双层复合式路面。（3）碾压式钢纤维混凝土路面。碾压式钢纤维混凝土路面是在碾压混凝土路面基础上发展起来的,它是利用震动、 碾压机械对拌和而成的干硬性钢纤维混凝土实行强制性碾压而成的一种路面。

虽然钢纤维混凝土路面具有良好的性能，但是也存在不足，从而阻碍了钢纤维混凝土金属腐蚀是影响其功能的根源，它增加了混凝土的导电性，因而助长了电化学腐蚀；钢纤维作为金属材料，与混凝土具有不相融性，使其与混凝土混合后粘附性能较差，握裹力低；另外由于金属的磨损系数小于混凝士，使得钢纤维混凝土路面产生后期效应-“凸尖现象”,对车轮的磨损非常不利。

3.2 合成纤维混凝土路面

合成纤维是继钢纤维混凝土后发展起来的纤维混凝土。由于其是惰性材料，不受混凝士碱性环境影响而衰变，同时它还具有高强度、高弯曲弹性、高延伸率、高取向性、易拌和等路用性能。尤其是在纤维混凝土路面应用中，完全克服了钢纤维混凝土路面出现的“腐蚀锈”、“凸尖” 等路面现象。目前应用较多的合成纤维主要有聚丙烯纤维。

聚丙烯纤维作为混凝土的掺合料被世界上很多国家所接受。聚丙烯材料是一种居玻璃和尼伦之间的中性材料，其抗拉强度根据不同的工艺过程，通常可达到 300-800MPa。虽比玻璃纤维低，但经过特殊工艺成形的聚丙烯纤维，可以与钢纤维相媲美(钢纤维抗拉强度为 600MPa左右)，其抗拉强度已达到了纤维混凝土要求的最佳强度，同时也避免了玻璃纤维极脆易断的弊端。聚丙烯纤维适合于公路水泥混凝土路面、机场跑道、桥涵等多种混凝土工程的加强。

在路面工程中，应优先使用网状纤维。因为单丝纤维多适用于石、骨料直径小于10 mm的砂浆混合料中，在大骨料的混凝土中,由于砂石的搅拌、碰撞间隙过大，使得单丝纤维不易分散。而网状纤维成片状体，很容易被拌和，分散形成初步的均匀分布 (第一次分布 )；搅拌中期，每片纤维被骨料冲击展开成网状，且每根网丝都裹着水泥;随着搅拌，裹着水泥的加重网丝被撕开，最终完成单丝状纤维的均匀分布 (第二次分布 )。此“二次分布法” 确保了纤维能在混凝土中的绝对分布均匀。

纤维网用于桥面或桥面铺装层，可有效地控制和减少收缩性和桥面震动引起的裂缝以及延缓结构性裂缝，提高桥面的防水性能，延缓和减少钢筋的锈蚀而延长桥结构的使用寿命。纤维网用于旧混凝土路面上的加铺，虽然纤维价格较贵，但可节约大量圬工体积，相应也节约了工程总造价。与金属网、钢纤维相比较，又具有无磁、防锈、防碱等优点。

4 纤维混凝土路面的展望

4.1 混杂纤维混凝土

单掺纤维难以全面解决混凝土存在的问题。如低弹模纤维可有效限制早期混凝土中原生裂缝发生和发展，但对提高硬化后混凝土的力学性能则作用不大。高弹模纤维，如钢纤维，则可以有效地提高混凝土硬化后的性能，但对混凝土在塑性阶段的裂缝控制效果不明显。将多种纤维同时掺入混凝土中，从不同层次上改善纤维三维分布的均衡性及集料与纤维的协调作用，提高增强效率，充分挖掘材料性能，促进混杂纤维混凝土的开发与应用。

4.2 高强及超高强纤维混凝土

路面材料的耐磨性能影响路面的使用寿命，纤维混凝土路面的基体混凝土的强度决定纤维混凝土的耐磨性能，因此采用高强及超高强混凝土是改善路面耐磨性能，延长纤维混凝土路面的使用寿命的重要途径。

参考文献：

[1] Lee H H. Shear strength and behavior of steel fiber reinforced concrete columns under seismic loading [J]. Engineering structures, 2007, 29(7): 1253-1262.

[2] M. Taylor, F. D. Lydon, B. I. G. Barr. Toughness measurements on steel fibre-reinforced high strength concrete [J]. Cement and Concrete Composites, 1997, 19(4): 329-340.

[3] Khaled Marar, Ozgur Eren, Tahir C¸elik Relationship between impact energy and compression toughness energy of high-strength fiber-reinforced concrete [J].. Materials Letters, 2001, 47(4-5): 297–304.

[4] Paulo B Cachim, Joaquim A Figueiras, Paulo A.A. Pereira Fatigue behavior of fiber -reinforced concrete in compression [J]. Cement and Concrete Composites, 2002, 24(2): 211-217.

[5] 施钟毅, 林贤熊, 陆善后, 樊钧. 钢纤维增强砂浆和混凝土抗裂性能试验研究 [J]. 建筑材料学报, 1998, 1(3): 239-244.

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[关键词]混凝土；纤维；纳米；抗火

引言

从国内外混凝土技术发展历程可知[1-4]，首先无论研究者或是工程技术都要求混凝土具有更高的强度。各种大型结构的兴建要求混凝土强度设计等级不断提高，虽然混凝土技术在不断发展，但飞速增长的混凝土强度似乎仍然不能满足结构的要求。其次，由于机械施工水平和生产效率的不断提高，混凝土的生产已经走上了商品化的道路，而且混凝土的品种也在不断增多，如泵送混凝土、水下不分散混凝土、免振捣自密实混凝土、智能混凝土等等，这都要求混凝土要有良好的流动性、可泵性、保塑性、保水性等施工性能。再次，混凝土材料的耐久性能也越来越成为国内外混凝土研究人员关注的热点，良好的耐久性能不仅意味着混凝土材料的寿命延长，而且更重要的是其能适应各种不同的恶劣环境，抵御不同侵蚀介质的破坏，如在大型水利大坝、海洋石油钻井平台等特殊工程中混凝土的耐久性能往往比强度更为重要。另外，为了适应新材料的发展趋势，人们还对混凝土的某些特殊功能提出了要求，如超早强、自呼吸、高耐磨、吸声、抗高温和自清洁等性能。总之，如何提高混凝土强度、韧性、抗高温性和耐久性，这些都是急需解决的课题。

1、混凝土性能改善方法及国内外研究现状

1.1钢纤维混凝土

纤维混凝土（Fiber Reinforced Concrete，简称FRC）又称纤维增强混凝土，它以混凝土为基体，以纤维为增强材料，通过一定数量的纤维均匀分散于混凝土基体中来改善混凝土的性能[5，6]。

纤维混凝土力学特性的研究开始于本世纪60年代。J.P.Romualdi等[7]通过系列研究讨论了钢纤维混凝土裂缝开展的机理，提出了基于断裂分析的纤维间距理论，为钢纤维混凝土的实用化开辟了道路，RN.Swamy和A.E.Naamaii等则对钢纤维混凝土的增强机理提出了复合材料强化法则。随着钢纤维混凝土的推广应用，美国混凝土学会根据需要增设了专门的纤维混凝土委员会（ACI 544），国际标准化协会也增设了纤维水泥制品技术标准委员会（ISO TC77）。许多专家学者[5-10]对钢纤维混凝土的基本强度特性和基本变形特性进行了大量试验研究，对钢纤维混凝土的断裂性能和疲劳特性也开展了部分试验研究。

我国对钢纤维混凝土基本理论的研究开始于70年代，进入80年代后，这一领域的试验研究有了迅速的开展。大连理工大学赵国藩教授[6]首先从断裂力学理论出发，导出了与复合材料理论相一致的乱向分布钢纤维混凝土抗拉强度公式，并分析了钢纤维混凝土的增强机理和破坏形态。

钢纤维可提高混凝土的抗拉强度、抗弯韧性、抗剪强度、抗冲击性以及提高混凝土的抗裂性、耐磨性等。钢纤维混凝土以其优良性能而广泛应用于隧道、地铁、矿井等地下工程；公路、机场路面和工业地坪；建筑工程、桥梁工程；水利水电工程；筒仓、管道、烟囱等薄壁结构；各类建筑物及构筑物的维修补强和抗震加固工程等[5，6]。

1.2合成纤维混凝土

合成纤维用于增强水泥混凝土最早由Goldfein.S.于1965年提出，并建议用聚丙烯纤维作为混凝土的掺合料建造美军工兵部队的防爆结构，此后逐渐引起工程界的广泛关注。目前美国和欧洲等地出现了一些生产和销售混凝土用纤维的专业公司，通过对合成纤维的改性研究，使纤维在混凝土中的分散和粘结得到改善，并研制出高强度高弹模的改性纤维[11-13]。目前，合成纤维混凝土得到了广泛的研究和应用，应用较多的纤维品种有聚丙烯纤维、尼龙纤维、聚乙烯醇纤维和高弹模聚乙烯纤维。

我国对合成纤维研究和应用比较晚。上世纪80年代末中国建筑材料科学研究所和北京建筑材料研究所等开始研究聚丙烯纤维和维纶纤维用于混凝土。目前国内合成纤维应用领域几乎遍布土木、水利各个领域，其中以路面、桥面、房屋外墙抹面、防渗结构应用较多[14]。

以聚丙烯纤维为代表的合成纤维可提高混凝土的早期抗收缩裂缝性能，还能提高混凝土的抗渗、抗冻性能。合成纤维混凝土的主要应用领域为：地下防水工程；路面、桥面和工业地坪；输水管道、水滤等工程[9]。

1.3混杂纤维混凝土

混杂纤维混凝土是将两种或两种以上不同的纤维混杂掺加到混凝土中，以获得单掺一种纤维所达不到的性能。例如钢纤维和聚丙烯纤维的混杂既可减少混凝土的干缩裂缝又可增加混凝土的韧性；不同长径比的钢纤维混杂后可优化其增韧增强效果。混杂纤维不但可以发挥纤维各自的增强效果，而且可以发挥各种纤维间的协同工作能力，形成优势互补的混杂效应，从而更为有效地改善混凝土的性能。将钢纤维和合成纤维混杂使用给降低钢纤维混凝土的成本带来可能性，对于扩大钢纤维混凝土的工程应用具有现实意义。另外，将不同纤维混杂使用不仅可发挥每种纤维各自的性能，由于不同纤维在不同层次上对混凝土基体产生约束和增强，因此还能形成不同纤维间的混杂效应，这一混杂效应不是每种纤维增强效应的简单叠加，而是具有l+1≥2的特点，可以更为有效地改善混凝土的性能[4]。

东南大学孙伟院士对聚丙烯纤维和钢纤维混杂增强高强混凝土的弯曲性能进行的试验研究结果表明：钢纤维与聚丙烯纤维组成三维乱向支撑网，在一定程度上弥补了混凝土的初始缺陷，增强了基体的抗拉能力；钢纤维与聚丙烯纤维缠绕在一起，在承受弯曲拉伸荷载时产生“纤维连锁”效应，更大程度地提高了试件的抗弯强度；在裂缝扩展过程中，钢纤维与聚丙烯纤维先后起阻裂的主导作用，对裂缝的扩展进行全过程抑制，明显地增大了基体的韧性；从经济上考虑混杂纤维混凝土也有一定的优势，钢纤维增强、增韧效果好，但会导致工程造价高；聚丙烯纤维增韧效果好，价格较低，但仅聚丙烯纤维难以提高混凝土的强度，只能延缓其后期破坏过程。在钢纤维掺量较低的基础上加入低掺量的聚丙烯纤维，工程造价提高少，但却使混凝土的强度、韧性、阻裂能力等性能得到很大提高，大大改善了混凝土的脆性，特别适合抗震等级要求较高的工程。

2、纳米技术在混凝土中应用

混凝土纳米科学是将混凝土这种复杂非均质材料体系分解到材料固有特性的尺度（纳米尺度），在此尺度上一种材料的性质不同于另一种材料。研究者期望从纳米尺度到宏观尺度“纳米工程化”这些材料固有特性，以供大规模的工程应用。这项研究类似于人类基因组项目，是将混凝土切分到基本单元或分子尺度，以描述水泥基材料的矿物学组成和其在时间、空间中的转换。混凝土纳米科学研究将为我们呈现水泥基材料的力学蓝图，这不仅增进对水泥基材料的宏观特性上的强度和缺陷的认识，也为下一代可持续水泥基材料的开发提供基础。当前正在开发水泥基材料力学蓝图测定方法，即高非均匀水泥基材料的纳米压痕技术及其应用。采用新的格栅压痕技术，已鉴别出水泥基材料的基本单元-水化硅酸钙的刚度、强度和徐变。

普通水泥的颗粒粒径通常在7μm～200μm，但其约为70%的水化产物水化硅酸钙（C-S-H）凝胶尺寸在纳米级范围，经测试，该凝胶的比表面积为200～300m2g-1，可推算得到凝胶的平均粒径为10nm，即混凝土中的水泥硬化基体实际上是由水化硅酸钙凝胶为主凝聚而成的初级纳米材料，但是这些纳米结构在细观上是相当粗糙的。

材料的各种性质是由其内部结构而决定的，换句话说，材料性质可以因适当地改变材料的结构而予以改性。水泥硬化浆体在微细观上具有高度不均匀性及复杂的结构，且随时间、环境湿度和温度的变化而变化。因此可以通过控制水泥硬化浆体内各相的结构，从而改善材料性能。

纳米材料在水泥混凝土中的应用研究始于上世纪90年代。研究表明，在混凝土中掺入纳米颗粒后可以使混凝土更加密实，早期强度提高，韧性增强，并可以显著提高混凝土的耐久性。因为混凝土的耐久性除了受其本身的化学组成的影响外，主要是由孔隙率、孔隙特征和微裂缝等因素决定。吴中伟[4]院士依据孔径大小可将水泥基材料的孔结构分为四类：孔径小于20nm的为无害孔，孔径在20～50nm的为少害孔，孔径在50～200nm的为有害孔，200nm以上的为多害孔。国外也有学者将孔径大于100nm的毛细孔称为有害孔。由于纳米材料的颗粒粒径小于100nm，可以对水泥硬化浆体中20～150nm的微孔起到填充效应，有效改善孔隙率和孔隙结构。并且均匀分散纳米颗粒，在水泥水化中起到类似“晶核效应”的作用，提高凝胶体形成数量并使水化产物在整个界面过渡层内分布趋于均匀。

目前用于混凝土中的纳米材料主要有硅灰、稻壳灰、纳米SiO2，纳米CaCO3和纳米纤维、碳纳米管等。

3、混凝土高温性能研究概况

国内外对混凝土的高温性能及其抗火能力、火灾后钢筋混凝土结构损伤评估以及灾后的加固修复，都做了较多的试验研究和理论分析。

尽管已有的研究报道有限，但钢纤维（SF）特别是不锈钢纤维用于高温条件下（达到1500℃）的耐火混凝土中已经被证实是有效的。国内外的研究表明钢纤维混凝土在高温下抗火性能较普通混凝土有明显的改善。钢纤维对混凝土高温性能的影响主要包括以下几个方面：混凝土在40℃～1000℃导热系数不变，限制了裂纹扩展；提高了600℃前混凝土的比热，因而在温度较低时钢纤维控制了混凝土的裂纹扩展；低于800℃时，对试件的热膨胀没有显著影响。但是目前对于钢纤维掺入对混凝土高温性能是有利还是有弊，颇有争议。钢纤维确实提高了混凝土的抗拉强度和韧性，但不能明显地降低混凝土发生爆裂的可能性。

试验研究已发现，在混凝土中掺入聚合物纤维（如聚丙烯纤维）能有效减小爆裂的机会。聚丙烯纤维（PPF）细度高（当量直径0.02～0.1mm）、数量多（0.9kg/m3的掺量充分分散可获得700～3000万根纤维单丝）、在混凝土中的纤维间距小，上述特点使聚丙爆纤维能有效限制早期（塑性期和硬化初期）混凝土由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂隙的发生和发展，减小原生裂隙的数量和尺度，而原生裂隙通常是混凝土破坏或性能劣化的起源。从此角度理解，可认为聚丙烯纤维上述阻裂效应的意义不仅在于有效地阻止了早期混凝土塑性裂缝的发生和发展，更在于提高了材料介质的连续性，使硬化后的混凝土性能得到显著改善。

在混凝土中掺入聚丙烯纤维和钢纤维的混杂纤维后，不仅能够有效地阻止混凝土在高温下发生爆裂，并且能够较好地保持混凝土的完整性，高温后仍能承受较高荷载。温度达到180℃时，混凝土还处于自蒸阶段时，内部压力还不大，由于聚丙烯纤维的熔点低，在该温度下己经熔化，但因其液态体积远小于固态所占空间，于是形成众多小孔隙，并由于聚丙烯纤维分散的均匀性及纤维细小而量又多，使得混凝土内部孔结构发生了变化，孔隙的连通性加强，为混凝土内部水分的分解蒸发提供了通道，也就缓解了由于水分膨胀所形成的分压，使内部压力大大降低，防止了爆裂的产生。温度达到450℃时，钢纤维与混凝土间的粘结力下降约80%左右，但对混凝土内部裂缝的产生和发展仍能起到一定的约束作用，从而基本保证混凝土的完整性，并使得混凝土强度的降低幅度不大，高温后仍有较高的强度。这表明混杂纤维混凝土具有优异的高温性能。

4、结论

在混凝土中掺入适量的纤维和纳米材料，改善了混凝土的微观结构，增加了混凝土的密实性，提高了混凝土的物理力学性能。随着钢纤维掺量的增大，纤维混凝土抗压、劈拉和抗折性能均显著增加，受荷后的变形性能显著改善；混凝土中掺入聚丙烯纤维，有效改善了混凝土的早期性能，减少塑性干缩，高温后由于聚丙烯纤维高温熔化，在混凝土中形成均匀分布的细小孔隙，减少了混凝土受到高温时的内部蒸气压，明显降低甚至消除了混凝土的高温爆裂；掺入纳米材料，增加了混凝土的密实度，细化了水泥水化产物，改善了混凝土的微观结构，提高了混凝土的界面性能。综上，纤维纳米混凝土是满足工程实际对混凝土高性能的需求新型混凝土材料。

参考文献

[1]路春森等.建筑结构耐火设计[M].北京：中国建材工业出版社，1995.

[2]过镇海，时旭东.钢筋混凝土的高温性能及其计算[M].北京：清华大学出版社，2003.

[3]吴人洁.复合材料[M]. 天津大学出版社，2002：1-16.

[4]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999.

[5]黄承逵.纤维混凝土结构[M]. 北京：机械工业出版社，2004.

[6]赵国藩，彭少民，黄承逵等.钢纤维混凝土结构[M]. 北京：中国建筑工业出版社， 1999.

[7]Romualdi， J P and Mandel. Tensile Strength of Concrete Affected by Uniformly Distributed and Closely Spaced Short Lengths of Wire Reinforcement. ACI Journal Proceedings.Vol.61， No.6， June 1964， pp657-670.

[8]高丹盈，刘建秀著.钢纤维混凝土基本理论[M].北京：科学技术文献出版社，1994.

[9]邓宗才.高性能合成纤维混凝土[M].北京：科学出版社，2003.

[10]徐志钧. 纤维混凝土技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社， 2003.

[11]Banthian N， Yan C， Mindess S. Restrained shrinkage cracking in fiber reinforced concrete： a novel test technique. Cement and Concrete Research， 1996， 26（1）：9-14.

[12]Tan K H， Paramasivam P. Punching shear strength of steel fiber reinforced concrete slabs. Journal of Materials in Civil Engineering， 1994， 6（2）： 240-253.

[13]Falkner H， Huang Z， Teutsch M. Comparative study of plain and steel fiber reinforced concrete ground slabs. Concrete International， 1995， 17（1）：45-51.

[14]袁勇，邵晓芸.合成纤维增强混凝土的发展前景[J].混凝土，2000（12）.

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[关键词]聚丙烯纤维混凝土；建筑工程；应用

中图分类号：TU689 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0110-01

聚丙烯纤维混凝土作为新型的新型建筑材料，由于它具有减少和防止混凝土在塑性和初期硬化阶段的收缩裂缝产生，从而提高防渗、抗冻、抗冲磨等性能。近年来在我国的工程建筑界已经有了长足的发展。

一、聚丙烯纤维混凝土的概况

1、聚丙烯纤维混凝土含义

聚丙烯（polypropylene单体分子式为C3H6）是一种结构规整的结晶型聚合物。聚丙烯纤维是一种新型的混凝土增强纤维，被称为混凝土的“次要增强筋”，乳白色、无味、无毒，耐酸碱，表面疏水，化学稳定性好；主要缺点是分散性能差、与基体间的粘结力差，经改性处理掺入混凝土中，可明显改善其韧性，有时还能改善强度指标，增强抗渗能力。聚丙烯纤维混凝土（PolypropyleneFiberConcrete，简称PPFC）是近年来迅速发展起来的一种优良且应用广泛的新型复合材料，广泛应用于水利、交通、城市建设等工程中。目前美国所用混凝土总量中，合成纤维混凝土约占7%。

2、聚丙烯纤维混凝土的工艺原理

从微观的角度来看，任何密实的混凝土都存在微裂缝。混凝土在硬化形成强度的过程中，初期由于水和水泥的反应形成结晶体，这种晶体化合物的体积比原材料的体积要小，因而引起混凝土体积的收缩；在后期又由于混凝土内自由水分的蒸发而引起干缩。这些应力某个时期超出了水泥机体的抗拉强度，于是在混凝土内部引起微裂缝。在混凝土内掺入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀；同时由于细微，故比表面积大，0.9kg聚丙烯纤维分布在1m3的混凝土中，则可使每立方米混凝土中就有2000～3000万根纤维不定向分布在其中，故能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系。当微裂缝在细裂缝发展的过程中，必然碰到多条不同向的微纤维，由于遭到纤维的阻挡，消耗了能量，难以进一步发展。因此，聚丙烯纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂的产生和发展，极大地减少了混凝土收缩裂缝。从宏观上解释，就是微纤维分散了混凝土的定向拉应力，从而达到抗裂的效果。聚丙烯纤维可以大大增强混凝土的抗裂、抗渗能力，作为混凝土刚体自防水的效果显著，可以有效地解决混凝土渗裂问题的困扰，延长使用寿命。

二、聚丙烯纤维混凝土在建筑工程的应用

1、工程概况

某城市商业大楼占地面积6000O左右，其中地下11000O，地上5000O，结构形式为框架剪力墙结构。地下商场按设计要求，商场大厅、出入口以及一些上部有覆土要求的结构构件，不得漏水、渗水和出现大的裂缝的要求。本工程对这些有特殊要求的构件在混凝土中掺入聚丙烯纤维材料，使其达到设计的要求。

2、聚丙烯混凝土施工技术要点

（1）聚丙烯混凝土原材料要求：

①水泥：在满足混凝土强度的前提下，尽量采用低标号、低细度、少用量；对于控制混凝土的收缩、减小水化热具有很大的作用；水泥中C3A（铝酸三钙）含量小于8%；水泥细度宜小于3500cm2/g；水泥中游离氧化钙、氧化镁和三氧化硫应尽可能的少；水泥的碱含量（Na2O+0.658K2O）小于0.6%；；最小水泥用量不得小于300kg/m3，加入活性掺合料时，可适当降低。混凝土的胶凝材料总量小于550kg/m3。

②粉煤灰：应选用Ⅱ级以上粉煤灰，烧失量小于3%，三氧化硫含量小于3%，需水量比小于100%；粉煤灰掺量为20%胶结材料总量。

③细骨料：选用含泥量小于1.5%的级配良好的中砂（河砂或人工砂），细度模数不宜小于2.6，同时应满足《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JGJ52-92）。

④粗骨料：控制含泥量小于0.7%，且应进行级配优化，选择最佳级配，堆积密度应大于1500kg/m3，对致密石子如石灰岩应大于1600kg/m3。骨料粒径越大，纤维越容易受骨料排挤压迫，单位体积内纤维含量增加，纤维容易互相纠结成球，纤维球又会造成骨料间分离。为了避免上述情形发生，必须选用粒径较小的骨料。因此，粗骨料粒径应≤20mm。

⑤外加剂：外加剂选择与使用应满足《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）。选择各类外加剂时，应考虑外加剂对混凝土后期收缩的影响，尽量选择后期收缩小的外加剂。

⑥水灰比：水灰（胶）比应适中。满足混凝土和易性前提下，综合考虑掺合料及外加剂等其他因素后，水灰（胶）比及用水量应取小值，混凝土水胶比控制在0.45以下。

⑦拌制水：用于拌制混凝土的水，其质量应符合《混凝土拌合用水标准》（JGJ63-89）。

⑧混凝土避免使用碱活性骨料，当使用碱活性骨料时，混凝土各组份（含外加剂）中的含碱量（Na2O+0.658K2O）不宜大于3kg/m3。混凝土各组份（含外加剂）中的氯离子含量小于水泥重量的0.06%。

（2）聚丙烯混凝土施工。

①由于本工程对聚丙烯纤维混凝土质量要求很高，浇筑量大，且要保证连续浇注，因此选择离施工现场近、交通便利、质量稳定的商品混凝土搅拌供。

②本工程聚丙烯纤维混凝土要求最大泵送长度80m，将采用HBT100高压混凝土泵，其最大泵送混凝土压力可达到16MPa，最大理论输送距离垂直350m、水平1500mm。开始泵送时，混凝土处于慢速、匀速并随时可反泵的状态。泵送速度，先慢后快，逐步加速。同时，观察混凝土泵的压力和各系统的工作情况，待各系统运转顺利后，方可以正常速度进行泵送。

③泵送前，应先用适量的与混凝土内成分相同的水泥砂浆输送管内壁。预计泵送间歇时间超过45min或混凝土出现离析现象时，应立即用压力水或其他方法冲洗管内残留的混凝土。

④从构件底部开始浇筑，浇筑前须先清理模板内垃圾，保持模内清洁、无积水。混凝土浇筑时，振捣的方法应能充满模板，达到流平、密实的程度，减少表面气泡。

⑤混凝土振点应从中间开始向边缘分布，且布棒均匀，层层搭扣，并应随浇筑连续进行。振捣棒的插入深度要大于浇筑层厚度，插入下层混凝土中50-100mm，使浇筑的混凝土形成均匀密实的结构。

⑥聚丙烯纤维混凝土下料不宜太快，一般将混凝土摊铺高出20mm-40mm后，用插入式振动器振捣后，再用平板振动器振动、抢平。

⑦一般采用一刮、二滚、三纵、四抹的方法，确保混凝土平整度。振动棒的操作要做到“快插慢拔”，以便更有效的排出混凝土中的气体，使之更加密实；振动棒插点应均匀有序，插点间距宜为500mm左右，每点振捣时间宜为5s-15s左右，以混凝土面不再下降，表面出现浮浆为止。在柱、梁与板变截面结构宜分层浇筑。

⑧在纤维混凝土初凝前，必须对混凝土进行二次振捣，并对纤维混凝土表面拍打振实。收浆在聚丙烯纤维混凝土刚初凝开始，并在终凝前完成。

（3）聚丙烯混凝土的养护。在施工过程中，应根据当时天气的冷热状况，风力大小等具体情况进行收浆，收浆过早或过晚，都有可能影响平整度或出现早期裂缝等。最后一次抹面应在刚初凝，并在终凝前完成，目的是将表面裂纹全部消除。混凝土凝固前应保持表面湿润状态，防止水分蒸发。在终凝后立即用塑料薄膜覆盖养护。纤维混凝土浇水养护的时间不得少于14d，施工放样后，也必须立即浇水并覆盖养护。

3、施工效果

经上述施工后，现场检查地下商场大厅、出入口结构梁板均未出现较大面积裂缝，混凝土试块按标准养护28d送检强度全部合格，实践证明纤维混凝土具有抗裂性好、弯曲韧性优良、抗冲击性能强的特性。

三、结束语

目前，在国内许多大型的混凝土工程中，为提高混凝土的抗裂性能都采用聚丙烯纤维混凝土。混凝土硬脆性能的缺陷，促成纤维在建筑混凝土的进一步应用，以此来改善工程的品质，增长建筑物的使用寿命。由此可见，随着技术的发展，聚丙烯纤维混凝土将作为今后混凝土的一个发展方向，有广泛的应用前景。

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钢纤维混凝土配合比设计的目的是将组成材料，即钢纤维、水泥、水、粗细集料及外掺剂合理配合，使配制的钢纤维混凝土能够最大限度的满足施工和工程使用要求。

(1)满足公路桥梁抗压强度和抗折强度要求，提高桥面的耐久性能；

(2)使配制的钢纤维混凝土有较好的和易性，方便和满足施工要求；

(3)充分发挥钢纤维混凝土的特点，合理确定钢纤维及水泥用量，最大限度地降低工程成本。

二、原材料质量要求

钢纤维：表面应洁净无锈无油，无粘结成团现象，保证钢纤维与混凝土的粘结强度，尺寸和抗拉强度符合技术要求；单根钢纤维丝的最低抗拉强度800N/㎜2，掺加量不超过70㎏/M3。

水泥：采用32.5级或42.5级普通硅酸盐水泥。

碎石：应采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、表面粗糙，近立方体颗粒的碎石。

细集料：宜采用天然中粗砂或机制砂。细集料的洁净程度，天然砂以小于0.075㎜含量的百分比表示，机制砂以砂当量或亚甲蓝值表示，其质量必须满足规范的要求。

水：无污染的自然水或自来水。

外加剂：宜选用优质减水剂，对抗冻性有明确要求的钢纤维混凝土宜选用引气型减水剂。

三、钢纤维混凝土配合比设计步骤

钢纤维混凝土配合比设计与普通混凝土配合比设计一样，一般采用计算法。可按下列步骤进行：

（1）根据强度标准值或设计值及施工配置强度提高系数确定试配抗压强度和抗折强度。

（2）按试配抗压强度计算水灰比，一般应控制在0.45-0.50之间。可按普通水泥混凝土抗压强度、水泥标号、水灰比的关系式求得。

（3）根据试验抗折强度，按规定计算钢纤维体积率。一般体积率选1.0～1.5%。

（4）根据施工要求通过试验确定单位体积用水量(掺用外加剂时应考虑外加剂的影响)。

（5）根据试验确定合理砂率(现场应根据材料品种，钢纤维纤维体积率，水灰比等适当调整),一般应控制在1.1-1.6%之间.

（6）按体积法计算材料用量确定试验配合比。

（7）按配合比进行拌和物性能检测，调整确定施工配合比。

四、钢纤维混凝土的拌和

(1)必须使用滚动式混凝土拌和设备。当钢纤维体积率较高，拌和物稠度较大时，应对拌和量进行控制，一般应不超过设备拌和量的60%。

(2)注意拌和料的投放顺序，一般按水泥、钢纤维、细集料、粗集料、水的顺序进行，先进行干拌后再加水湿拌，同时，钢纤维应分2-3次投放，保证钢纤维在拌和机内不结团，不弯曲或拆断。

(3)应根据拌和物的粘聚性、均匀性及强度稳定性要求通过试拌确定合理的拌和时间。先干拌后湿拌，一般按干拌时间不少于80秒，湿拌时间不少于100秒（总拌和时间必须控制在300秒以内）。

五、钢纤维混凝土的施工与养护

（1）清除垃圾，清洁桥面，洒水湿润，浇洒水泥浆（水泥浆可按重量比水：水泥=1∶1配制）。

（2）检查桥面铺装钢筋网片摆放位置的正确性及钢筋网片的搭接情况。

（3）钢纤维混凝土卸料后应用人工摊铺找平，振捣密实，振平板粗平（不宜使用振动梁拉动找平），振平板每次重叠1/2。

（4）用钢管提浆滚滚动碾压数遍，使用提浆滚滚平提浆，避免钢纤维外露。

（5）使用3米长铝合金方尺从钢模板一侧向外刮平（精平），每次刮平时方尺应交叉1/3以上。

（6）钢纤维初凝后人工拉毛处理，使桥面粗糙。

（7）混凝土完成初期可喷洒养生剂，喷洒均匀，表面无色差，初凝后使用土工布覆盖洒水养生，保持土工布湿润。土工布覆盖养生7天，洒水养生14天。

（8）如果桥面铺装钢纤维混凝土为C60时，因混凝土标号较高，水泥凝固快，应集中设备、人员突击施工，力争使钢纤维混凝土从拌和到精平完成的时间控制在4小时以内。

六、钢纤维混凝土质量控制

（1）钢纤维的质量检验

一是钢纤维的长度偏差不应超过标准长度的10%，每批次至少随机抽查10根以上；

二是钢纤维的直径或等效直径合格率不得低于90%，可采取重量法检验，每批次抽检100根，用天平称量，卡尺测其长度，要求得到的等效平均值满足规定；

三是钢纤维的抗拉强度检验，要求其抗拉强度不低于380MPA；

四是钢纤维的抗弯拆性能，钢纤维应能经受直径3㎜钢棒弯拆90°不断，每批次检验不少于10根；

五是杂质含量，钢纤维表面不得有油污，不得镀有有害物质或影响钢纤维与混凝土粘接的杂质。

（2）原材料的检验

必须满足上述原材料的质量控制标准，应按照公路工程施工技术规范的要求进行检验。

（3）钢纤维混凝土的检验

应重点检验钢纤维混凝土的和易性、塌落度和水灰比等，同时必须现场目检钢纤维在混凝土的分布情况，发现有钢纤维结团现象应延长拌和时间。

七、注意事项

（1）由于钢纤维混凝土拌和时对水灰比的控制有严格要求，不宜在阴雨天气或风力较大的条件下进行施工。应选择晴好天气时进行，遇雨必须停止施工，并及时使用土工布覆盖尚未硬化的混凝土桥面，必要时可搭建临时施工防雨棚，在防雨棚下尽快完成剩余作业。

（2）根据气温、风力大小及时调整钢纤维混凝土拌和用水量，保证混凝土的和易性，建议施工时间应安排在气温不高于22℃时进行。

（3）气温较高或大风条件下应及时调整养生剂的喷洒量，喷洒养生剂后应及时覆盖土工布，混凝土初凝后立即在土工布上洒水湿润，防止桥面混凝土发生收缩开裂。

（4）在通行条件下桥梁加宽使用钢纤维混凝土桥面铺装时，除做好现场施工保通外，由于旧桥车辆通行振动对桥面钢纤维混凝土的开裂有很影响，建议将新旧桥桥面间保留30㎝宽暂时不做铺装，待新格面铺装完全成型后补做。

八、结束语

钢纤维混凝土可以较好地解决普通混凝土难以解决的裂缝、耐久性等问题，对提高桥面的使用质量，延长桥面的使用寿命十分有利。在公路旧桥加固改造、桥面修补、桥梁缺陷修复等方面的应用会更加广泛。

[摘要]钢纤维混凝土克服了普通混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、脆性等缺点,具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能,通过在桥面铺装中的应用，总结了钢纤维混凝土施工方法，技术要求及有关注意事项，为钢纤维混凝土的推广应用提供了经验。

[关健词]钢纤维配合比设计质量控制

参考文献:

[1]钢纤维混凝土结构与施工规程.中国工程建筑标准化协会标准.

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纤维沥青混凝土配合比的确定至关重要，在配合比的设计阶段应对材料进行取样和分析，明确各热料仓的材料配比。同时应根据测试数据对冷料仓的材料配比进行及时的调整，使供料平衡。

2施工技术

2．1纤维沥青混凝土的拌制

2．1.1纤维的添加纤维沥青混凝土的制作工艺主要是在沥青混凝土的搅拌过程中添加纤维，在添加纤维的过程中需要两名以上的员工在热仓口人工添加。首先，按照拌合混合料的数量，准确的称量纤维的使用量。在集料干拌开始投入适量的纤维，干拌30s，并在湿拌开始前，投放完毕，以保证纤维能够均匀的混合在沥青中。

2．1.2拌合温度加入博尼维纤维之后，沥青混凝土材料会出现温度流失加快的现象，为了能够保障施工温度，需要对拌合温度进行控制，在拌合时，沥青混凝土的温度应当控制在160到170℃之间，出厂温度也应当控制在这一温度之间，当沥青混凝土的温度超过正常温度30℃时，应当废弃。每辆料车在出厂时都应当对温度进行检测，可以将温度计直接插入料车中，如此反复多次，使料车温度始终控制在160℃到175℃之间，并对温度进行调整。但是，不能对温度进行大幅度的调整，会造成材料温度的稳定性降低，在调节温度时应当小幅度的调整，并且，并不能仅在刚开始混合时测量温度，在拌合过程中也要对温度加以控制。

2．2纤维沥青混凝土的运输

2．2.1装料在装料过程中，经常会出现沥青混凝土粗细颗粒分离的现象，为减少这种情况的发生，通常采用缩短出料口与运输车辆之间的距离，并且，每装一斗料，车辆都要移动一次位置。

2．2.2运输车辆的清洁运输车辆的车厢应当经常清洗，时刻保持车厢内的清洁，严禁有其他泥沙或者残留物残留在车厢中，为避免沥青混凝土与车厢粘连，可以在车厢中均匀的涂抹一定比例的食用油与洗涤剂混合液。

2．2.3运输运输车辆在运料的途中应尽量匀速行驶，避免突然刹车和加速，车辆的行驶路线要按照事前的计划，不能随意停留和修改路线，在沥青混凝土卸料之后要对车厢进行及时的清理，防止残料在车厢内硬结。

2．3沥青混合料的摊铺低温条件对沥青混凝土的摊铺要求较高，需要高温度和高粘度的混合料。由于铺断面较宽，在摊铺的过程中必然会出现沥青混合料的离析问题，因此在施工的过程中可以采用两台摊铺机前后交错使用的方法，同时还要注意路面的碾压技术。低温环境，且摊铺的厚度较薄的情况下，应当对混合料的温度进行控制，具体的施工温度应当根据现场的施工环境进行调整。在摊铺的过程中，应当保证工作的连续性，对摊铺速度进行及时的调整，不能够随意的在摊铺过程中停顿。

2．4沥青纤维混合料的压实

2．4.1在进行碾压工作时要分清主次首先要进行轻碾，然后再进行重碾，而且对于碾压的方向也有所要求，要由外向内碾压，而且其碾压速度要和摊铺机的速度相协调，这样才能保证碾压的工作量。相邻碾压的距离一般都在1/3轮宽以上，1/2轮宽以下，压路机的转向幅度不宜过大，只能在35度角以内。经过初次碾压的路面不能出现推移、开裂等现象，这不仅影响美观，更降低了道路质量。而且，经过复压的路面必须平整，避免出现轮痕。最终碾压完成后，路面必须是完整的，而且平滑，甚至连路面的颜色都要求均匀一致。与此同时，道路施工还应处理好粘轮与水隔离的关系，为防止出现粘轮现象，可以适时的在胶轮上人工涂抹隔离剂，但是这一环节禁止柴油的使用。值得注意的是，在低温环境下要减少水的用量，避免出现急剧降温的现象。

2．4.2碾压时还应注意将驱动轮面向摊铺机在碾压过程中不宜出现机械设备突然变向的情况，这样会减少因方向改变而产生的路面推移。压路机在启动以及停止的时候都要缓慢进行，行动不宜太快，尤其要注意的是避免在已完成或正在碾压的道路上进行急刹车，这样就会提高路面的完工率。另外，在混合料接缝处要实行横缝横压，冷热搭接处也是如此。

2．4.3碾压的长度要适当碾压路程太短不易于出效果，相反，则容易出现温差大幅度变化，这样就造成路面的不平整，由此看来，碾压长度必须控制在一定的范围内，一般是30～50m。

3结束语

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Abstract： Steel fiber reinforced concrete has characteristics of strong crack resistance， resistance to impact toughness and resistance to the fatigue limit. This paper describes the properties of steel fiber reinforced concrete material and the application of highway road surface and deck construction， which provides a theoretical basis and engineering practice for the application of steel fiber reinforced concrete material in road works.

关键词： 公路路面；钢纤维混凝土；路面修补

Key words： highway pavement；steel fiber concrete；pavement repair

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）28—0142—02

0 引言

随着经济的发展，路面的损坏程度随着汽车运力和流动密度及载荷的增大而日益加剧。对于传统的水泥路面的损坏，需要修补的费用高，工期长，容易影响交通和人们的需求。与普通混凝土材料相比，钢纤维混凝土能够明显地改善路面的抗扭、抗剪、抗磨和抗裂的性能，可以增强断裂韧性和抗冲击性，显著提高结构的疲劳性能以及耐久性能，在施工中等到广泛的应用。

1 钢纤维混凝土材料性质分析

钢纤维混凝土就是按照一定的配比方法，依据公路的使用级别，将一定数量的体积比较小的钢纤维复合材料掺配在一般普通混凝土中。根据根据已有的实验结果，钢纤维混凝土与普通混凝土相比，力学性能明显提高，对普通路面的修补具有重要的额作用，能够明显的改善道路的使用功能，抗拉强度是普通路面的2倍左右，抗弯强度是2.5～3.5倍，抗冲击强度的效果更为明显，可达混凝土的5倍以上，甚至可达20倍之多，这种优越的性能在施工上已经得到广泛的应用。

1.1 钢纤维的类型 钢纤维按材质可分为通碳钢钢纤维和不锈钢钢纤维，但是通碳钢钢纤维的用途最为广泛；按外形分有长直形、压痕形、波浪形、弯钩形、大头形、扭曲形等多种形状；按截面形状分有圆形、矩形和不规则形等；按生产工艺分有切断型、剪切型、铣削型等类型；按道路的施工用途分为浇筑用钢纤维和喷射用钢纤维。

1.2 钢纤维的特征参数 为实现钢纤维的增强效果和满足道路施工的要求，一般情况下，钢纤维的特征参数为：钢纤维长度为15～60mm，直径或等效直径为0.3～1.2mm，长径比为30～100，纤维的体积掺t为0.5%～2%，在施工的用途上以满足施工的要求为主，不能出现不符合系统的要求。

1.3 钢纤维混凝土材料的性能指标 主要体现在强度和重量比值大，具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度。抗拉强度提高25%～50%，抗弯强度提高40%～80%，抗剪强度提高50%～100%，这能够明显的体现系统的优越性能。

1.4 钢纤维混凝土浇捣 钢纤维混凝土浇捣质量的好与坏，将会影响钢纤维混凝土的自身属性，使其整体性和致密性下降，直接影响道路的使用性能。不同之处就是其流动性较差，在边角处容易产生蜂窝，因此，钢纤维混凝土浇捣可以采取不同的办法来进行，边角部分可先用捣棒捣实，然后用夯梁板来回找平，注意清除冒出路面的钢纤维，和不符合路面要求的钢纤维。

2 钢纤维混凝土在旧路面修补工程中的应用

在这里，以施工的某二级公路水泥混凝土路面为例，在修补前，公路遭到损坏呈破碎、断裂状，现用钢纤维混凝土进行修补路面，拟采用10cm厚，C30钢纤维混凝土对路面进行修补。其施工处理的方法采用基层处理及路面浇注，钢纤维混凝土搅拌钢纤维的投人以及混凝土振捣的控制。

2.1 施工所需原材料

2.1.1 普通的435#硅酸盐水泥；含泥量

2.1.2 钢纤维混凝土的配合比设计。依据道路的施工要求，钢纤维混凝土的配合比设计按照抗折强度和抗压强度为主要指标进行设计。设计抗折强度7.3MPa、抗压强度41MPa，配比方案经试验确定，通过实验之后选用合适的配比进行施工。

2.2 道路施工的工艺

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【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）

篇9

关键词：混凝土；聚丙烯长纤维；性能

中图分类号： TV331 文献标识码： A

引言：建筑行业的发展，也加大了对建筑材料的研究。这是因为建筑材料是建筑结构的物质基础。混凝土材料因其原料丰富、价格低廉等性能已经被建筑行业广泛应用到建筑工程当中。伴随着建筑业的发展，对混凝土材料也逐渐进行了改良。通过在混凝土中添加聚丙烯长纤维发现复合混凝土材料表现出优良的性能。推广其应用到建筑行业中具有很大的意义。

1聚丙烯长纤维混凝土的特点及研究现状

聚丙烯纤维多为长度在19到50毫米之间的单丝或网形状的纤维。聚丙烯纤维无毒不溶于水，具有很好的弹性模量和抗拉强度。因此，经过简单的改性处理其可以应用到很多领域当中。聚丙烯纤维的化学性质比较稳定，在混凝土当中，不与混凝土当中的其他材料发生化学反应，只需要通过改变混凝土的物理性能来改变混凝土的性能。同时，聚丙烯纤维对于混凝土的搅拌设备也没有特殊的要求。在施工过程当中，只需要提高一下搅拌时间，就能使混凝土的粘聚性能增强。聚丙烯长纤维能够抑制混凝土的塑性收缩引起的裂缝提高混凝土的抗裂能力。聚丙烯长纤维优良的不溶于水的性能,能在一定程度上提高混凝土的抗水能力。混凝土当中，加入一定量的聚丙烯纤维，同时能在一定程度上提高混凝土的抗冻能力和抗摩擦能力。自1985年开始 美国的军事工程当中就开始使用了聚丙烯长纤维混凝土来保障混凝土的强度。经过不断的研发改进，美国聚丙烯长纤维混凝土已经开始运用到了民用工程及地下防水工作当中。在我国，纤维混凝土是从玻璃纤维上演变而来。直到20世纪90年代初，我国才从外国进口有机聚丙烯长纤维运用于制备聚丙烯长纤维混凝土，才开始得到推广运用到工程建筑中。

2聚丙烯长纤维混凝土的工作机理

2.1纤维间距理论

在1963年外国学者最初提出了纤维间距理论，这一理论是建立在弹性断裂力学的基础之上的。当材料结构不均性时，在受到外力作用的情况下，会出现裂缝，随着压力的增大，裂缝会逐渐变大，直到裂缝使材料的物理表面结构破坏。如果在材料当中加入了聚丙烯长纤维之后，纤维的存在会改变材料的结构，约束材料在外界压力的条件下裂缝的形成。材料受到拉力之时，聚丙烯长纤维会产生反向应力场，降低裂缝处所受到的拉力，使材料的强度和韧性增强。同时纤维产生的反向应力场与纤维之间的距离和纤维的数量有一定的关系。聚丙烯长纤维之间的距离越短和聚丙烯长纤维的数量越多，这种作用力越大。

2.2复合材料理论

复合材料理论最初也是由外国专家先提出来的。这一理论主要是表明复合材料的混合率能够把复合材料的性能视为各个部分之间性能之和。聚丙烯长纤维混凝土多为纤维及混凝土二种相结构，复合材料的性能就是把这些相结构的性能进行叠加。纤维的不同又可以把复合材料理论分为定向连续纤维复合材料混合定律和乱向非连续纤维复合材料混合定律。定向连续纤维复合材料是纤维在混凝土中均匀排列，并且与混凝土的荷载方向是一致的。乱向短纤维复合材料对其进行分析研究时，要考虑到纤维的乱向分布对反向应力场的影响与混凝土当中其他材料之间的影响。

2.3聚丙烯纤维的作用机理

首先要对混凝土早期微裂缝的形成机理进行简单的叙述。混凝土在早期形成裂缝多是在其硬化期间和承载期间产生的。混凝土在硬化期间产生的裂缝是比较复杂的，在这时期的裂缝也是后期能够用肉眼看到巨大裂缝的开始。加入高弹性模量的聚丙烯长纤维能够提高混凝土的弹性模量，依靠纤维与混凝土材料之间的作用力，能大大增大材料抗拉强度，降低材料表面的裂缝的形成。纤维加到混凝土当中，在混凝土硬化之间就能够制止住微裂缝的形成。聚丙烯长纤维的低密度性，能使其加入到混凝土当中，减小混凝土当中孔隙的大小，增强混凝土的密实度,提高混凝土的耐久性。聚丙烯纤维经过特殊处理之后，能与混凝土当中其他的材料之间形成强的粘结力，能有效的抑制裂缝的产生。另外,聚丙烯长纤维均匀分布在混凝土中起到“承托”骨料的作用。总之，聚丙烯纤维通过其自身及与混凝土其他材料之间形成优良的作用保障了聚丙烯长纤维混凝土优异性能。

3聚丙烯长纤维混凝土性能研究

3.1聚丙烯长纤维混凝土拌合物性能研究

高性能混凝土中需要保障混凝土具有高的流动性、稳定性及易密性性能。这样就能保障混凝土在搅拌下能与施工方法相适应。流动性是混凝土的一个主要指标。国内外主要是通过坍落度试验对其性能进行研究。通过研究发现，随着聚丙烯长纤维的添加量的增大，混凝土坍落度降低。当纤维添加量大于1.5kg/m3时，纤维对坍落度影响最大。因此，可以通过控制纤维的添加量来调控混凝土满足工作性能的需要。混凝土的保水性主要是指在施工过程中保证混凝土有一定的保水能力，不致产生严重泌水现象。可以通过对混凝土测试其泌水率来测定其保水性。随着聚丙烯长纤维量的增大，混凝土的泌水率有所降低，同时也能够保障了混凝土的流动性。

3.2聚丙烯长纤维混凝土力学性能研究

混凝土的重要性能是力学性能，在实际应用中也是主要考察的性能。混凝土的抗压指标是结构设计中主要考虑的指标。因此，聚丙烯长纤维混凝土考察的性能指标也是抗压强度。可以通过研究聚丙烯纤维的增加量来研究混凝土的抗压强度变化。改善混凝土抗拉、弯曲韧性、抗冲击性能。因此，高性能聚丙烯纤维混凝土的抗拉强度、弯曲韧性和抗冲击性能成为体现其优越性的主要性能。研究发现，在混凝土当中添加适量比例的聚丙烯纤维，能保障混凝土的这些优异性能。

3.3聚丙烯长纤维混凝土耐久性能研究

混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。其影响因素包含着物理因素和化学因素。混凝土的耐久性实质上就是抵抗这种劣化作用的能力，产生劣化作用的内部潜在因素是混凝土中的化学成份,外部条件是环境中侵蚀介质和水的存在,必要条件是外部侵蚀性介质和水能逐渐浸入混凝土的内部。混凝土中掺入聚丙烯纤维, 减少混凝土的收缩裂缝,降低了混凝土的孔隙率,大大提高了混凝土的抗渗性能。聚丙烯纤维的添加阻碍了混凝土搅拌和成型过程中的内部空气的溢出,使混凝土的含气量增加, 有益于混凝土低温环境下的强度增长和抗冻融耐久性的提高。

结论：

聚丙烯长纤维混凝土就是在原有混凝土成分的基础上添加了聚丙烯纤维以使混凝土材料具有优越的性能。聚丙烯长纤维混凝土对改善建筑工程质量、提高建筑工程中混凝土的耐久性具有很高的成效。本文介绍了聚丙烯纤维增添对混凝土性能的影响,为高性能聚丙烯纤维混凝土在工程中的应用提供了有效价值。

参考文献：

[1]刘旭晨,覃维祖等.环形约束试验方法研究较凝材料体系对早期收缩开裂的影响[J].高强

高性能混凝土及其应用专题研讨会论文集.福州.2002

篇10

1界面应力传递机理

采用数字光弹性实验分析钢纤维界面的残余应力，总结钢纤维在混凝土中的应力传递机理，为研究增强机理提供参考。

1.1直线形钢纤维由图1（a）可以看出在钢纤维附近出现明显的条纹，离着原理钢纤维的距离的增加条纹的数量逐渐表少，表明应力逐渐表小，数字光弹法计得到的应力等色线级数3D分布可以看出远离钢纤维区域的级数逐渐表小并趋向于零，钢纤维端的条纹级数最高，表现为红色。

1.2端钩形钢纤维由图2（a）可以看出在钢纤维以及弯钩附近出现明显的条纹，离着原理钢纤维的距离的增加条纹的数量逐渐表少，反应钢纤维附近的应力较为集中，数字光弹法计得到的应力等色线级数3D分布可以看出钢纤维端的条纹级数最高，表现为红色，钢纤维附近的应力变化较为突出，说明该位置的应力传递较快，传递的范围较小。钩形纤维在拔出时候消耗能量较大，纤维的抗拔能力较强，钢纤维在形状改变的位置较容易出现应力集中，让该位置的混凝土出现脱粘、开裂，钢纤维弯折形状和角度的不同，应力集中程度也会发生变化。

2钢纤维混凝土的增强机理

为研究钢纤维混凝土的增强机理，本文从理论角度分析聚合物混凝土的力学模型，通过设计一定配合比的混凝土，加入不同体积率、长径比钢纤维以及在混凝土的排列情况，分析对混凝土的性能的影响。根据上述分析可知，长径比是影响钢纤维混凝土的重要因素之一，本文将对三维乱向分布的钢纤维混凝土进行力学分析。当钢纤维的长径比为定值时，采用抗拔实验得到的聚合物混凝土的力学性能如表1，随着钢纤维含量的增加，聚合物混凝土的力学性能都得较大的提高，这主要是由混凝土中钢纤维让混凝土的整体性增强，载荷分布更加均匀，减小了薄弱的截面上裂纹的出现，三维乱向分布的钢纤维本身增强了混凝土的断裂应变。在进行加载荷前期，钢纤维聚合物混凝同承受荷载，能承受的荷载较大，随着荷载的不断增大到极限载荷，横贯于裂纹中的界面粘结力继续传递应力，使应力达到重新分布，混凝土能够继续承受荷载，载荷增加到破坏荷载的时候，钢纤维与混凝土的界面破坏，钢纤维被出或者拉断，吸收了较大的能量。本实验还对钢纤维的含量一定时，研究不同长径比的钢纤维配制聚合物混凝土的力学性能。由表2可得，在相同的钢纤维的掺量时，聚合物混凝土的力学强度与长径比成正比。钢纤维长径比相差不大，混凝土的力学强度较为接近，长径比增加到88时，力学强度增加较为显著，当增加在100时，钢纤维对混凝土的的增强效果下降，造成这种现象的原因是纤维的长度过长，施工中较为困难，达不到的理想的效果，在实际工程中，尽量控制钢纤维长径比在40~80之间。

3钢纤维聚合物混凝土的界面应力有限元分析

在实验的基础上，本文通过MARC有限元软件分析直线形和端钩形钢纤维界面残余剪应力分布情况，在进行有限元建模时候，假定钢纤维与混凝土的粘结完好，荷载作用在钢纤维上，方向与钢纤维轴向重合。基体弹性模量为1GPa，泊松比为0.4，钢纤维的弹性模量210GPa，泊松比0.3。模拟实验过程，直线形钢纤维的荷载为0～35N，钩形纤维荷载为0～40N。3.1直线形钢纤维界面应力分析图5（a）中钢纤维的直径为1mm并保持不变，当钢纤维埋入聚合物混凝土的长度改变后，有限元模拟的界面应力具有相似的分布规律，界面应力极值在钢纤维埋入端和埋入末端，界面应力最大值没有随着钢纤维埋入长度的增加而发生很大的变化，但最大值的位置向钢纤维中部移动。这表明钢纤维在保持直径不变的时候，纤维长度的改变对界面应力的影响不大。图5（b）钢纤维埋入长度为17mm并保持不变，改变钢纤维的直径，界面应力有限元数值模拟结果表明，钢纤维直径的增加，界面应力极值在钢纤维埋入端，界面应力最大值没有随着直径的改变而改变。弯钩形钢纤维界面应力分析图6（a）中钢纤维的直径为1mm并保持不变，当弯钩形钢纤维埋入聚合物混凝土的长度改变后，有限元模拟的界面应力具有相似的分布规律，应力极值出现在钢纤维埋入端和埋入末端弯折处，钢纤维埋入长度的增加，界面应力最大值变化较小，表明钢纤维直径不变，纤维长度的改变对界面应力影响不大。图6（b）中弯钩形钢纤维埋入长度为24mm并保持不变，改变钢纤维的直径，界面应力最大值没有随着直径的改变而改变。表明钢纤维埋入长度不变，钢纤维直径对界面应力影响不大。

4结论