時間：2023-02-06 14:31:20
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中圖分類號：TU74文獻標識碼： A
隨著橋梁工程建設的不斷發(fā)展，鋼纖維混凝土作為一種新型材料以性能的優(yōu)越性被廣泛應用于橋梁工程中，并取得了良好的效果。因此,重視鋼釬維混凝土技術的總結運用顯得尤為必要。
1 鋼纖維混凝土的主要特性
1.1 抗裂、抗剪性能強
傳統(tǒng)混凝土開裂荷載與極限荷載無明顯差異，但鋼纖維混凝土即使出現(xiàn)開裂荷載，其荷載還是能夠保持增大趨勢。在一定程度上來說，如果鋼纖維混凝土體積增大，那么其開裂荷載、極限荷載與韌性均能增大。對鋼纖維混凝土的剪切性能進行直接剪切試驗檢驗，實驗數(shù)據(jù)結果表明：鋼纖維混凝土基體錯動移位后，仍然具有良好的承載能力，承載強度為400～800mpa[1]。
1.2 抗凍、耐磨性能強
鋼纖維具有較強的伸縮能力，可以隨著溫度的變化伸縮，因此，對比傳統(tǒng)混凝土，鋼纖維混凝土能夠很好的抑制由于溫度應力導致的橋梁橋面裂縫和擴張情況，這表明鋼纖維混凝土抗凍、耐磨性能強。
1.3 抗壓、抗拉、抗彎、抗沖擊性能強
鋼纖維混凝土主要由鋼纖維和傳統(tǒng)混凝土構成，在混凝土中，鋼纖維不規(guī)則分布，這樣的分布有利于加強鋼纖維混凝土抗壓、抗拉、抗彎、抗沖擊性能。實驗研究鋼纖維混凝土在橋梁施工中的應用，結果表明：在混凝土中適當加入鋼纖維，可以有效提高50%～150%抗彎與40%～50%單軸抗拉的極限強度，若鋼纖維在混凝土中的含量為0.8%～2.O%，抗沖擊可達普通混凝土的50～100倍極限強度。在鋼纖維混凝土中，鋼纖維消耗量很小，比例約為0.8%～2.0%，鋼纖維本身并不能有效提高混凝土抗壓強度，但在混凝土中適當加入鋼纖維后，混凝土整體抗壓破壞形式出現(xiàn)明顯變化，雖然受到破壞后會碎，但不會散，因此混凝土結構抗壓性能顯著加強。
1.4 改善混凝土變形性能
在混凝土中適當加入鋼纖維，可以有效改善混凝土長期收縮變形性能，且能顯著提高混凝土抗拉彈性模量，此外，還能使混凝土收縮率降低10%～30%。
2 鋼纖維混凝土配合比設計
鋼纖維混凝土施工配料主要有水泥、卵石、砂、鋼纖維、外加劑、摻合料等，水泥選用型號規(guī)格為P.O.42.5的普通硅酸鹽水泥；卵石型號規(guī)格為5～25mm，含泥量低于1%；砂型號規(guī)格為中砂，含泥量低于3%；鋼纖維型號規(guī)格為長度60mm、直徑0.9mm，最低抗壓強度為1000N/m2型號規(guī)格為泵送劑；摻合料型號規(guī)格為I級粉煤灰。鋼纖維混凝土的配料選用標準為：
2.1 加強控制鋼纖維長徑比，鋼纖維長度不宜過長，最佳直徑為0.45mm～0.70mm，以保證鋼纖維混凝土力學性能盡可能符合施工和易性要求。
2.2 適當采用減水劑或外摻劑，使混凝土施工和易性得到改善，同時降低水泥用量及成本。
2.3 必須確保鋼纖維無油污、銹漬、碎屑與雜質等。
2.4 鋼纖維品種與基材強度相適應，且抗拉極限強度不低于500MPa。
2.5 鋼纖維混凝土中鋼纖維最佳含量為0.5%～2.O%。
2.6 采用10mm～20mm粒徑的主骨料，確保鋼纖維與基體結合的牢固度。
2.7 采用攪拌機拌和鋼纖維混凝土時，其砂率應比相同標號同類傳統(tǒng)混凝土高，而且控制鋼纖維長徑比為50～80[2]。
3鋼纖維混凝土施工技術
3.1攤鋪、整平
①將鋼纖維連續(xù)、均勻在面板中攤鋪。
②通過分散機均勻分散鋼纖維后，加入攪拌機。
③攤鋪時摻和物塌落度應保持一致。
④投料攪拌時采用先干后濕方式，并嚴格控制攪時間。
⑤攤鋪同一道路作業(yè)時，應盡可能持續(xù)攤鋪與澆筑。攤鋪工作完成后，必須進行整平、初步壓實工作。
3.2 振搗
縱向條狀集束排列鋼纖維，可以加強混凝土邊緣的密度。采用機械振搗鋼纖維混凝土，可以增加其強度與密實度，有效保障鋼纖維混凝土路面的強度與抗裂性。在機械振搗過程中，應按照一定順序和頻率進行振搗，不能出現(xiàn)過振、漏振等問題，而且鋼纖維嚴禁出現(xiàn)空洞、溝槽等現(xiàn)象。
3.3 整形
鋼纖維混凝土的特點主要有纖維分布不規(guī)則、含砂率大、粗骨料稀等，為免鋼纖維外露，應采用機械進行抹平整形。與此同時，采用壓紋機壓紋技術，可以避免或減少拉毛與拆模后出現(xiàn)的鋼纖維外漏、外露現(xiàn)象。
3.4 施工注意事項
①加快施工進度或適當增加水分，可使鋼纖維混凝土延遲凝結、硬化。
②為免影響鋼纖維混凝土強度，運輸和攤鋪時間必須在規(guī)范要求范圍內。
③攤鋪或澆筑過程中，必須經(jīng)過科學計算，才能增加摻和物，如水、外加劑等。
4鋼纖維混凝土施工技術運用
4.1 橋梁工程中的運用
橋梁工程在使用的過程中，在時間周期的作用下，受到來自地面上部的荷載力比較大，經(jīng)常需要承載很大的重力，并且在結構方面的特殊性，所以鋼纖維混凝土應用的比較廣泛。主要應用的部位是在橋梁和墩臺的外部位置噴射五到二十厘米厚的鋼纖維混凝土，以此來提高橋梁的承載力。在長期的使用過程中，可以有效的加強橋梁的強度，抗壓力等相關方面的性能，避免橋梁發(fā)生裂縫等現(xiàn)象。
4.1.1 橋面鋪裝
在橋面鋪裝鋼纖維混凝土，可提高橋面耐久性、抗裂性與舒適性，增強橋梁剛度與抗折強度，并減少鋪裝厚度，使結構自重降低，很好的改善橋梁受力狀況。此外，還能有效提高橋面抗沖擊力，加強混凝土結構和伸縮縫間的連接強度，減少橋面出現(xiàn)坑槽、剝落、裂縫等情況，有效延遲橋梁損壞速度[3]。
4.1.2 橋墩結構局部加固
在長期動載作用下，若橋墩、橋面板出現(xiàn)裂縫、表層剝落等問題，為滿足橋梁結構抗震性與整體性要求，可采用轉子型噴射機向出現(xiàn)問題的部位噴射5cm～20cm鋼纖維混凝土。橋墩結構局部加固方式為：①采用10%摻量的剪切鋼纖維；②噴砂或鑿毛舊混凝土表面，加強新舊混凝土整體密實性、牢固性；③為提高早期抗裂性能，適當采用硫鋁酸鹽快硬水泥、TS型速凝劑。
4.1.3 橋梁上部承載部位
采用鋼纖維混凝土加強橋梁上部應力集中的部位，可有效改善橋梁結構受力性能，控制結構變形的同時降低結構自重，使橋梁結構逐漸呈現(xiàn)輕型化、大跨度發(fā)展趨勢。在橋梁上部結構采用鋼纖維混凝土，可以提高結構承載力與抗變形性能，而且能減少上部結構材料用量與下部墩臺數(shù)量，進而有效降低施工造價，提高經(jīng)濟效益。
4.2 道路工程的運用
在道路施工工程中，可以根據(jù)實際狀況的不同，將鋼纖維混凝土施工進行分類，主要有復合式、碾壓式和全截面式。
使用鋼纖維混凝土的優(yōu)勢是要比普通的混凝土節(jié)省材料，以全截面式為例的話，可以節(jié)省將近一半的材料；在雙向行駛的車道工程中，不需要進行縱縫的設置，各橫縫的間距保持在50cm之內，間隔距離在20cm～30cm之間；三層式復合路面施工時，鋼纖維混凝土材料的摻入量最好保持在0.8%到1.2%左右。而雙層式的路面施工是指將鋼纖維混凝土材料鋪設在道路路面的上部位置，路面的施工厚度最好占整個路面厚度的40%到60%左右。
5 結語
隨著人類社會的快速發(fā)展，橋梁工程的建設日益加快，橋梁的運用越來越廣泛，而廣泛應用于橋梁施工中的鋼纖維混凝土質量需要隨之提高，所以，重視鋼釬維混凝土的施工技術，重視鋼釬維混凝土的質量控制點十分重要，只有這樣，才能保證工程質量，確保安全。
［參考文獻］
[1] 鄒孟義.橋梁施工中鋼纖維混凝土的施工技術分析[J].廣東科技，2010年06期
[2] 張湘文.橋梁施工中鋼纖維混凝土的施工技術分析[J].四川建材，2008年02期
論文摘要：鋼纖維混凝土的高強等顯著優(yōu)點，使其在大跨度橋梁、高層建筑、隧道等工程應用中具有巨大的技術經(jīng)濟優(yōu)勢和突出的社會效益，正成為現(xiàn)代混凝土的一個重要發(fā)展方向。本文主要介紹了從鋼纖維混凝土的配備材料到泵送和施工等方面的控制技術。
1.原材料配比方面的質量控制
1.1單位水泥用量
在保持水灰比不變的情況下，單位體積混凝土拌合料中，如水泥漿用量愈多，拌合料的流動性愈好，反之，較差。在鋼纖維混凝土拌合料中，除必須有足夠的水泥漿填充的空隙外，還需要有一部分水泥漿包裹骨料和鋼纖維的表面形成層，以減少骨料和鋼纖維彼此間的摩擦阻力，使拌合料有更好的流動性。
1.2水泥
水泥品種對混凝土的可泵性也有一定影響。一般宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥以及礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥，但均應符合相應標準的規(guī)定。
1.3鋼纖維
在一定范圍內，鋼纖維增強作用隨長徑比增大而提高。鋼纖維長度太短起不到增強作用，太長則施工較困難，影響拌合物的質量，直徑過細易在拌合過程中被彎折，過粗則在同樣體積率時，其增強效果較差。
1.4粗集料
粗集料的級配、粒徑和形狀對于混凝上拌合物的可泵性影響很大。級配良好的粗骨料，空隙率小，對節(jié)約砂漿和增加混凝土的密實度起很大作用。因而泵送混凝土應用較多的國家，對粗集料的級配都有規(guī)定。
1.5細集料
又稱細骨料，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。在保證鋼纖維混凝土強度相同時，粗砂需要的水泥用量較細砂為少。顯然，當水泥用量相同時，用粗砂配制的混凝上強度要比用細砂配制的混凝土強度為高。
1.6減水劑
減水劑可分為普通減水劑和高效減水劑。普通減水劑是一種對規(guī)定和易性混凝土可減少拌和用水量的外加劑，這種減水劑一般為可溶于水的有機物質。它可以改變新拌和硬化混凝土的性能，特別是提高混凝土的強度和耐久性。
1.7其它摻合料
除去水、水泥、粗細集料、粉煤灰等材料外，在攪拌時還可加入其它摻合料，如礦渣、超細粉等。
2.鋼纖維混凝土施工方面控制
2.1泵送混凝土的質量控制
泵送混凝土的連續(xù)不間斷地、均衡地供應，能保證混凝土泵送施工順利進行。泵送混凝土要按照配合比要求、拌制得好，混凝土泵送時則不會產(chǎn)生堵塞。因此，泵送施工前周密地組織泵送混凝土的供應，對混凝土泵送施工是重要的。
泵送混凝土的供應，包括泵送混凝土的拌制和泵送混凝土的運送。泵送混凝土宜采用預拌混凝土，在商品混凝土工廠制備，用混凝土攪拌運輸車運送至施工現(xiàn)場，這樣制備的泵送混凝土容易保證質量。泵送混凝土由商品混凝土工廠制備時，應按國家現(xiàn)行標準，《預拌混凝土》的有關規(guī)定，在交貨地點進行泵送混凝土的交貨檢驗。
拌制泵送混凝土時，應嚴格按混凝土配合比的規(guī)定對原材料進行計量，也應符合《預拌混凝土》中有關的規(guī)定。
混凝土攪拌時的投料順序，應嚴格按規(guī)定投料。如配合比規(guī)定摻加粉煤灰時，則粉煤灰宜與水泥同步投料。外加劑的添加時間應符合配合比設計的要求，且宜滯后于水和水泥。泵送混凝土的最短攪拌時間，應符合《預拌混凝土》中有關的規(guī)定，一定要保證混凝土拌合物的均勻性，保證制備好的混凝土拌合物有符合要求的可泵性。
攪拌好的混凝土拌合物最好用混凝土攪拌運輸車進行運輸?，F(xiàn)在大量使用的是攪拌筒6-7m，的混凝土攪拌運輸車。用攪拌運輸車運輸途中，攪拌筒以3-6r/min的緩慢速度轉動，不斷攪拌混凝土拌合物，以防止其產(chǎn)生離析。
攪拌運輸車還具有攪拌機的功能，當施工現(xiàn)場距離混凝土攪拌站很遠時，可在混凝土攪拌站將經(jīng)過稱量過的砂、石、水泥等干料裝入攪拌筒，運輸途中加水自行攪拌以減少長途運輸中混凝土坍落度的經(jīng)時損失，待攪拌運輸車行駛到臨近施工現(xiàn)場攪拌結束，隨即進行澆筑。
2.2混凝土泵送施工質量控制
開始泵送時，混凝土泵應在可慢速、勻速并隨時可反泵的狀態(tài)。待各方面情況都正常后再轉入正常泵送。正常泵送時，泵送要連續(xù)進行，盡量不停頓，遇有運轉不正常的情況，可放慢泵送速度。當混凝土供應不及時時，寧可降低泵送速度，也要保持連續(xù)泵送速度，但慢速泵送的時間不能超過從攪拌到澆筑的允許延續(xù)時間。不得己停泵時，料斗中應保留足夠多的混凝土，作為間隔推動管路中的混凝土之用。
3.噴射混凝土施工控制
（1）上料速度要均勻、連續(xù)、適中，始終要保持噴射機進料斗中有一定的貯存量，并及時清除振動篩上大粒徑粗骨料和雜物；
（2）噴射過程中，噴射手后方的助手應及時協(xié)助噴射手，理順混凝土管。避免噴射手在更換方向時使混凝土管產(chǎn)生急拐彎，引起堵管；
（3）噴射手在操作噴嘴時，應盡量使噴嘴與受噴面垂直距離0.8-1m，噴射壓力保持在200-500kPa左右，才能保證有效施工噴射作業(yè)時噴射手要時刻注意觀察噴嘴情況，一旦堵管，要讓助手立即與操作司機聯(lián)系停機關風，檢查管路是否暢通；
（4）在噴射作業(yè)時，坍落度要根據(jù)實際情況進行調整，噴上部時坍落度控制在8cm，噴邊墻時坍落度控制在12cm；
（5）在施工噴射混凝土時，側墻壁由下至上部由一側末端開始向另一側延續(xù)，噴射混凝土的一次噴射設計厚度在5cm以內，在第二次噴混凝土作業(yè)時，完全除去附著在第一次噴射混凝土面的異物，噴射混凝土的操作人員要使用護具注意安全；
（6）噴射混凝土的連接部分，應在需要連接的部分約13cm以前厚度開始變薄，在受噴面各種機械設備操作場所配備充足照明及通風設備；
（7）噴射鋼纖維混凝土厚度一般比普通混凝土薄，水泥含量多，因此要經(jīng)常保持適當?shù)沫h(huán)境溫度和受噴面濕潤以防干縮裂縫。
結語
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、與水泥親合性好，可增加構件強度，延長使用壽命等優(yōu)點。鋼纖維在水泥制品中的應用盡管起步比較晚，但其發(fā)展速度卻相當迅猛。目前鋼纖維增強混凝上己廣泛應用于公路路面、橋梁、隧洞、機場道面、建筑、水利、港工、軍事及各種建筑制品等混凝土領域，它有著極大的生命力。應用前景十分廣闊，并朝向高性能與超高性能方向發(fā)展。
參考文獻：
關鍵詞：混凝土；纖維；增強理論
中圖分類號： Q539 文獻標識碼： A 文章編號：
1纖維對混凝土的作用
1.1阻裂作用
纖維可阻礙混凝土中微裂縫的產(chǎn)生與擴展，這種阻裂作用既存在于混凝土的未硬化的塑性階段，也存在于混凝土的硬化階段。水泥基體在澆注后的24 小時內抗拉強度低，若處于約束狀態(tài)，當其所含水分急劇蒸發(fā)時，極易生成大量裂縫，此時，均勻分布于混凝土中的纖維可承受因塑性收縮引起的拉應力，從而阻止或減少裂縫的生成?；炷劣不?，若仍處于約束狀態(tài)，因周圍環(huán)境溫度與濕度的變化，而使干縮引起的拉應力超過其抗拉強度時，也極易生成大量裂縫，在此情況下纖維仍可阻止或減少裂縫的生成。
1.2 增強作用
混凝土不僅抗拉強度低，而且因存在內部缺陷而往往難于保證。當混凝土中加入適當?shù)睦w維后，可使混凝土的抗拉強度、彎拉強度、抗剪強度及疲勞強度等有一定的提高。
1.3 增韌作用
纖維混凝土在荷載作用下，即使混凝土發(fā)生開裂，纖維還可橫跨裂縫承受拉應力，并可使混凝土具有良好的韌性。韌性是表征材料抵抗變形性能的重要指標，一般用混凝土的荷載——撓度曲線或拉應力——應變曲線下的面積來表示。另外，還可提高和改善混凝土的抗凍性、抗?jié)B性以及耐久性等性能。應該強調的是纖維混凝土中纖維的作用。并非所有纖維都能同時起到以上三方面的作用，有時只起到其中兩方面或單一方面的作用，這與纖維品種、纖維性能、纖維與混凝土界面間的黏結狀況以及基體混凝土的類別和強度等級等因素密切相關。
2纖維增強混凝土的基本理論
2.1 纖維間距理論
纖維間距理論是1963年由美國J.P.Romualdi, J.B.Batson和J.A.Mandel等[1-3]人提出來的一種闡述纖維增強混凝土的理論。該理論是在線彈性斷裂力學基礎上，假定混凝土的破壞是因為其內部的微裂紋、微孔洞等初始缺陷，在外力作用下產(chǎn)生的應力集中造成的。鋼纖維混凝土的增強效果與纖維間距有關，采用如圖2.1所示的模型來說明混凝土中摻入纖維后強度提高的原因。
圖2.1 纖維間距理論模型
假定單向連續(xù)纖維增強混凝土的纖維在拉應力方向呈棋盤狀分布。設纖維平均間距為s，半徑為a的裂紋發(fā)生在四根纖維所圍成的區(qū)域中心。由于拉應力的作用，在臨近裂縫的纖維周圍將產(chǎn)生如圖2.1所示的粘結力分布，起著約束裂紋開展的作用。
根據(jù)Griffith理論，由于存在粘結應力，裂縫尖端的總應力強度因子為
式中：
——外力作用下無鋼纖維時的應力強度因子；
——鋼纖維摻入后粘結應力產(chǎn)應力強度因子；
——沿纖維方向施加的均勻拉應力；
——纖維阻裂產(chǎn)生的反向應力。
若為臨界應力強度因子，當時，材料發(fā)生斷裂破壞。Romualdi根據(jù)試驗得到鋼纖維混凝土的抗拉強度計算公式為
式中：
為鋼纖維混凝土的抗拉強度；
為與裂紋形狀有關的常數(shù)；
纖維間距理論是一種經(jīng)驗型的鋼纖維混凝土增強理論。雖然它是一種大家非常熟悉鋼纖維混凝土增強理論，但其本身也存在一些明顯的缺陷。首先，它忽略了纖維自身的復合增強效應，其次纖維間距理論忽略纖維長度對增強效果的影響。因此只能定性地對纖維增強原理作一物理上的闡述。
2.2界面應力傳遞的剪滯理論
一般當纖維長徑比減小時，纖維與周圍基體的應力、應變場因纖維的不連續(xù)發(fā)生了改變，纖維對基體的增強效果下降，短纖維端部應力和分布對短纖維復合材料性能的作用逐漸顯得重要。1952年，H.L.Cox為求解復合材料的界面應力，提出了所謂的剪滯理論，其基本原理是纖維受到的軸向應力由其界面上的剪應力來平衡[4-5]?；炯俣ㄈ缦拢?/p>
(1)基體與纖維都保持在彈性范圍內；
(2)界面厚度無限??；
(3)纖維與基體的界面為理想粘結，即界面上應變連續(xù)；
(4)纖維周圍材料的性能不受界面的影響；
(5)纖維呈有規(guī)則排列。
通過假定，可求出在基體上作用有平行于纖維方向的應力作用下，纖維長度方向z處（如圖2.2所示），纖維的拉應力和界面剪應力：
式中：
——纖維半徑；
——基體應變；
——纖維的彈性模量；
Gm——基體的彈性剪切模量；
、——纖維的拉應力和界面剪應力。
圖2.2z位置處纖維拉應力和界面剪應力圖
由式(2-3)和圖2.2可知，纖維拉應力在其端部（z =1/2)為0，在纖維中點為最大；剪應力在纖維端部最大，在中點幾乎減少為0。這些結果表明，由于纖維端部的某段長度沒有承擔足夠的荷載，將使得在同樣外荷載條件下長度為1的纖維中的平均應力小于連續(xù)纖維中的平均應力。纖維的增強效果隨平均長度的減小而下降，這是因為纖維總長度的更大比例沒有充分承載。纖維可能達到的最大應變值為作用于整體復合材料上的應變，因此，纖維中的最大應力為。為了達到這一值，纖維的長度必須大于臨界長度Lc。圖2.3的簡圖表明，對長度大于LC的纖維端部區(qū)域未充分受載的長度為1/2L。
圖2.3為不同長度纖維承受應力的分布圖。對長度為臨界長度Lc的纖維，有如下平衡條件:
式中：
——纖維拉伸屈服應力；
——界面屈服應力；
ac——纖維臨界長徑比。
可見，復合材料的應力是在段靠界面剪切應力逐步傳遞給纖維，故稱為載荷傳遞長度，是復合材料應變(應力)函數(shù)，最大值由上式纖維的極限強度來確定。要達到纖維的最大應力值，纖維長度必須大于臨界纖維長度或達到臨界長徑比，且大于臨界長度的纖維端部亦未充分受載，其長度為。纖維長度小于Lc，復合材料破壞時，纖維應力達不到極限值，故不能充分發(fā)揮纖維的增強作用。只有當纖維長度L>Lc時，復合材料中的纖維才有可能發(fā)生拉斷破壞，即；對于L
當纖維長度L>Lc，復合材料破壞時，纖維被拉斷；當纖維長度L
圖2.3不同長度纖維受力分布
由于荷載傳遞需要很強的界面粘結，因此，主要依賴于界面的粘結強度。但纖維端部很高的剪應力會導致多種形式的破壞：
(1)界面剪切脫粘；
(2)基體的內聚破壞；
(3)纖維的內聚破壞；
(4)基體的剪切屈服。
這些破壞形式要依賴于與這些過程相關的相對破壞強度。除界面粘結強度外，復合材料增強效果還與纖維本身的強度有關，纖維強度是限制增強效果的另一重要因素。纖維端部的最大界面剪切力與纖維中部(纖維長度大于Lc時)的最大拉應力之比，可由本節(jié)纖維拉伸應力與界面剪切應力公式(2.3)得到:
從以上分析可以看出短纖維復合材料中纖維均有端部效應基體應力通過界面逐漸傳遞給纖維，當纖維長徑比較小時，纖維的增強作用不能得到充分的發(fā)揮，而荷載傳遞長度與界面屈服應力密切相關。剪切滯后法推導的式(2.3)基本上反映了短纖維應力分布、界面剪切應力分布的規(guī)律。
3 結語
在混凝土中摻加纖維,既保留了新拌混凝土優(yōu)異的工作性能，又能增加其抗拉強度、彎曲韌性等力學性能，符合新型建筑材料的要求。纖維混凝土的應用可減小結構構件的尺寸,從而節(jié)約材料、降低造價,更主要的是纖維混凝土增強了結構的使用性能,大大降低了維護費和維修費,帶來的綜合經(jīng)濟效益是相當可觀的。
參考文獻：
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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(fā)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(shù)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(shù)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(shù)，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(jīng)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(yè)?；旌狭贤ㄟ^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(jù)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(xù)平穩(wěn)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?shù)娘L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(xiàn)象產(chǎn)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(yǎng)護?；炷潦┕べ|量的好壞，受養(yǎng)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(yǎng)護。避免因養(yǎng)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(xiàn)場人員。施工人員的熟練程度、專業(yè)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(huán)環(huán)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(chǎn)生嚴重影響。加強施工現(xiàn)場的管理與協(xié)調顯然是必要的。
關鍵詞:鋼纖維混凝土;配合比;設計
中圖分類號:F407.9文獻標識碼:A
隨著國民經(jīng)濟建設和公路交通事業(yè)的飛速發(fā)展,城市道路和國道干線公路上的車輛荷載及密度越來越大,行駛速度越來越快,致使路面的損壞也日趨嚴重起來。特別是對損壞的橋面而言,它不僅翻修投資大,且施工周期較長,嚴重影響交通暢通及行車安全。如用普通水泥混凝土修復橋面缺陷是脆性大、易開裂、抗溫性差,板塊容易受彎折而產(chǎn)生斷裂,所以就要求橋面應有足夠的抗壓強度和厚度。
一、概述
五河淮河大橋1974年6月開始施工,1977年10月大橋全部竣工,淮河大橋全長1,031.3m,由主橋、南、北引橋3部分組成,主橋為6孔預應力筋混凝土T型鋼構,其中4個主孔,每孔跨徑90m,2個過渡孔,每孔跨徑60m。南北引橋均為跨徑30m的預應力鋼筋混凝土簡支梁橋,其中南岸引橋8孔,北岸引橋10孔,另一孔為跨徑5.5m的簡支板梁式連接孔,具體跨徑組合為:5×30+1×5.5+5×30+1×60+4×90+1×60+8×30,臺背長2×2.9。以下結合五河淮河大橋橋面鋪裝鋼纖維混凝土的應用加以分析總結。
二、鋼纖維混凝土的特點
本標段鋼纖維混凝土采用的是由水泥、集料、粉煤灰、外加劑和隨機分布的短纖維摻配而成一種新型高強復合材料。摻加了泵送劑的鋼纖維混凝土在橋面施工中起到早強緩凝作用。與普通混凝土相比,其抗拉、抗彎、抗裂及耐磨、耐沖擊、耐疲勞、韌性等性能都有顯著提高,它不僅可使橋面減薄,縮縫間距加大,改善橋面的使用性能,延長橋面使用壽命,縮短施工工期。用鋼纖維混凝土修筑橋面,就是將鋼纖維均勻地分散于基體混凝土中(與混凝土一起攪拌),并通過分散的鋼纖維,減小因荷載在基體混凝土引起的細裂縫端部的應力集中,從而控制混凝土裂縫的擴展,提高整個復合材料的抗裂性。同時,由于混凝土與鋼纖維接觸界面之間有很大的界面粘結力,因而可將外力傳到抗拉強度大、延伸率高的纖維上面,使鋼纖維混凝土作為一個均勻的整體抵抗外力的作用,顯著提高了混凝土原有的抗拉、抗彎強度和斷裂延伸率。
三、橋面改建設計方案
(一)病害分析。近年來,交通量大且超重車輛多,原設計荷載等級為汽-15,掛-80,在承受超重荷載的情況下,變形大,導致橋面受拉而出現(xiàn)裂縫。橋面砼已達到其疲勞強度,抗壓和抗彎拉功能已大量喪失,無法承受外界荷載對其產(chǎn)生的作用而出現(xiàn)損壞。砼風化嚴重,出現(xiàn)脫皮、開裂、滲水等病害,逐步發(fā)展成坑槽、坑洞。
(二)橋面結構設計。本次橋面鋪裝改造采用:1、雙鋼混凝土橋面鋪裝,即C40鋼纖維混凝土,鋼纖維用量70kg/m3,同時配置防裂鋼筋網(wǎng),直徑為10mm圓鋼筋自行綁扎加工成鋼筋網(wǎng)片,縱橫間距為10cm×10cm(綁扎);2、設計橫坡為1.0%。
四、鋼纖維混凝土配合比設計
(一)設計依據(jù)
1、公路水泥混凝土路面設計規(guī)范(JTG D40-2003);2、公路水泥混凝土路面施工技術規(guī)范(JTG F30-2003);3、普通混凝土配合比設計規(guī)程(JGJ55-2000);4、公路工程集料試驗規(guī)程(JGJ E42-2005);5、硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥(GB175-1999)。
(二)C40鋼纖維砼材料。水泥產(chǎn)地:蚌埠海螺、規(guī)格型號:P.O42.5級;碎石產(chǎn)地:安徽省泗縣、規(guī)格型號:4.75-26.0mm碎石;砂產(chǎn)地:安徽明光、規(guī)格型號:中粗砂;粉煤灰產(chǎn)地:河南永城、規(guī)格型號:IFA-I級;外加劑產(chǎn)地:南京、規(guī)格型號:UC-II高效泵送劑;鋼纖維產(chǎn)地:宜興市軍威、規(guī)格型號:波紋型DM-02;水:飲用水。(表1)
碎石采用連續(xù)級配,技術等級不應低于II級,由于集料級配對混凝土的彎拉強影響很大,主要表現(xiàn)在振實后,集料能夠逐級密實填充,形成高彎拉強度所要求的嵌擠力;另一方面集料級配對混凝土的干縮性為敏感,逐級密實填充的良好級配有利于減小混凝土的干縮;砂采用中粗砂,技術等級為II級,細度模數(shù)為2.8,屬II區(qū);水泥采用散裝普通硅酸鹽42.5,各項指標送檢檢測均合格;粉煤灰符合I級粉煤灰指標要求;泵送劑、鋼纖維及拌和用水均送有質資的檢測部門進行檢驗合格。
(三)計算初步配合比
1、計算砼的配置強度fcu。o設計要求砼強度fcu,k=40Mpa(標準差δ=6.0Mpa)。試配強度:fcu,o=fcu,k+1.645δ=40+1.645×6.0=49.87Mpa。
2、計算水灰比W/C。計算水泥實際強度。采用海螺P.O42.5級普通硅酸鹽水泥fcu,k=42.5Mpa,水泥富余系數(shù)γ取1.13。水泥實際強度為:Fce=γ×fcu,k=1.13×42.5=48.03Mpa。
3、計算砼水灰比。砼的配置強度fcu,o=49.87Mpa,水泥強度fce=48.03Mpa,可查JTGF30-2003表5.0.4回歸系數(shù)aa、ab選用表:aa=0.46,ab=0.07;W/C=(0.46×48.03)/(49.87+0.46×0.07×48.03)=0.43。
耐久性校核。查JTGF30-2003表4.2.2-2鋼纖維混凝土滿足耐久性要求最大水灰比0.44,按規(guī)范要求取鋼纖維混凝土基體的水灰比的計算值與規(guī)定值兩者中的小值,取水灰比W/C=0.43。
4、確定用水量MWO。鋼纖維采用波紋型DM-02,厚×寬×長(mm)=0.5×0.5×32 長徑比為59,按設計文件要求的鋼纖維混凝土配合比選取每方混凝土鋼纖維用量為70kg/m3。
要求砼拌和物坍落度75-90mm。碎石最大粒徑為25mm,查表選用水量取MWO=205Kg。
5、單位水泥用量MCO。MWO=MWO/W/C=205/0.43=477,設計砼所處環(huán)境屬于經(jīng)受凍害和除冰劑的鋼筋砼,查JTGF30-2003表4.0.4得最小水泥用量為320/m3,按強度計算單位水泥用量為477/m3,符合強度要求,故采用單位水泥用量為477/m3。粉煤灰取代水泥率取10%(符合相應標準),超量系數(shù)取1.5,粉煤灰取70,水泥取407。
6、確定砂率βS。集料采用碎石的最大粒徑為25mm水灰比W/C=0.43,查JTGF30-2003表4.0.2取砼砂率βS=38%。
7、粗細集料單位用量(MsO、MgO)
假定每立方米砼重:2450
MsO+MgO=2450-205-477=1768
MsO=1768×38%=671
MgO=1768-671=1097
8、外加劑單位用量的確定。外加劑采用產(chǎn)地:南京UC-II高效泵送劑,添加用量為水泥用量的1.3%,即外加劑的單位用量為6.4/m3。
9、每m3砼材料用量。水∶水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑∶鋼纖維=205∶407∶671∶1097∶70∶6.4kg∶70kg=1∶1.99∶3.27∶5.35∶0.34∶0.03∶0.34。
(四)驗證強度。為了驗證C40鋼纖維水泥砼的強度,擬定三個不同的配合比,其中一個為了按上述得出的基準配合比,另外兩個配合比的水灰比值,比基準的配合比分別增加、減少0.02。
試配一:水灰比為W/C=0.45,砂率βS=40%
MwO∶McO∶MsO∶MgO∶粉煤灰∶外加劑∶鋼纖維=205kg∶385kg∶680kg∶1110kg:70kg:6.4kg:70kg=1∶1.88∶3.32∶5.41∶0.34∶0.03∶0.34
試配二:水灰比為W/C=0.41,砂率βS=40%
MwO∶McO∶MsO∶MgO∶粉煤灰∶外加劑∶鋼纖維=205kg∶430kg∶663kg∶1082kg∶70kg∶6.4kg∶70kg=1∶2.10∶3.23∶5.28∶0.34∶0.03∶0.34
通過對幾種不同水灰比的7天及28天強度來看,水灰比為W/C=0.41,7天平均抗壓強度達到53.5MPa,28天平均抗壓強度達到58.4Mpa,坍落度為90mm;水灰比為W/C=0.43,7天抗壓強度達到50.2MPa,28天抗壓強度達到57.4MPa,坍落度為110mm;水灰比為W/C=0.45,7天平均抗壓強度達到40.5MPa,28天平均抗壓強度達到48.5MPa,坍落度為130mm。以上幾種不同的水灰比強度都能達到設計強度要求,但從設計強度上考慮,項目部決定采用水灰比為W/C=0.43的設計配比。
項目部在本橋的主橋上現(xiàn)澆了一塊于橋面鋪裝層同樣的鋼纖維混凝土與試驗室內試塊做為同樣對比,現(xiàn)取芯送檢做7天抗劈裂強度來看平均強度4.23Mpa,7天抗壓強度平均強度為41.1Mpa。試驗室標準養(yǎng)護室內7天抗折強度為4.92Mpa,28天抗折強度為5.57Mpa,3天平均抗壓強度為41.1Mpa,7天抗壓強度平均強度為48.9Mpa,28天抗壓強度平均強度為59.0Mpa。以上數(shù)據(jù)可以看出受橋面行車撓度及外觀的影響,現(xiàn)場強度要比試驗室內強度要低。
本次攪拌的為JD-1500型砼拌和機,運輸采用砼攪拌車進行運輸,設計的坍落度為120mm,通過對不摻加鋼纖維和摻加鋼纖維,兩種拌和出來的成品料,坍落度指標完全不同。試驗人員在攪拌站做出的坍落度和橋面上做出的坍落度相差為30～40mm。
五、施工工藝
在保證橋面車輛單向通行的前提下,所采取的半幅施工方法,先切割老橋面鋪裝層再進行人工破除,清理老橋面鋪裝層后,對橋面進行施工放樣測量,控制兩側伸縮縫高程。鋪筑厚度控制在邊口最薄處厚度在8cm以上。清理后進行植筋、綁扎鋼筋、立模完進行澆筑砼,用土工布進行養(yǎng)生,養(yǎng)生期10d左右,待強度測試達設計要求時開放交通。
六、施工質量控制
施工前對各種原材料進行質量檢驗。在施工過程中,應檢查鋼纖維混凝土的配合比是否符合設計要求,尤其是對鋼纖維混凝土攪拌時的投料順序、拌和時間,以及鋼纖維混凝土澆筑過程中攤鋪和振搗質量進行有效控制,確保鋼纖維在混凝土中分布均勻,達到良好的力學性能。按施工規(guī)范要求對每一工作日澆筑的混凝土制作抗壓試件。與普通混凝土一樣,鋼纖維混凝土也應加強早期養(yǎng)護。
七、結束語
(一)能有效控制路面裂縫,延長使用壽命,經(jīng)濟效果顯著。
(二)加大縮縫間距,減少縮縫養(yǎng)護成本,提高行車舒適性。
(三)鋼纖維混凝土面層厚度可比普通混凝土減少30%～50%,有效縮短施工工期。
(四)早期強度高,對橋面修復改建可提前開放交通。
(五)粘聚性、和易性特別好。
(作者單位:蚌埠市公路管理局五河分局)
主要參考文獻:
[1]高丹盈,趙軍.鋼纖維混凝土設計與應用.中國建筑工業(yè)出版社,2003.
關鍵詞：纖維素纖維；抗?jié)B性能；抗凍性能；抗裂性能；耐久性
中圖分類號：U444文獻標志碼：A文章編號：
1672-1683（2015）001-0096-03
Research on durability of High-strength cellulose fiber reinforced concrete
LIU Jie1，ZHANG Jian-feng2，PENG Shang-shi2，XIAO Kai-tao2
（1.Construction and Administration Bureau of South-to-North Water Diversion Middle Route Project，Beijing 100038，China；2.Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）
Abstract：Efect of cellulose fiber on permeability resistance，freeze-thaw resistance，and early cracking resitance of high-strength concrete was investigated in this paper.The experimental results indicate that permeability resistance are improved and inhibited because of the addition of cellulose fiber.The freeze-thaw resistance was scarcely changed，but the plastic cracks of the concrete during the early period are inhabited which mean that freeze-thaw resistance are improved.When the water-cement ratio is the same，there are almost no changes on concrete durability of different the largest particle size of aggregate.
Key words：cellulose fiber；permeability resistance；freeze-thaw resistance；cracking resitance；durability
1概述
南水北調是優(yōu)化我國水資源配置，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略性基礎工程。大型輸水渡槽作為關鍵的控制性工程，其結構不僅要有足夠的強度和承載力，還應具有良好的抗裂、抗?jié)B和抗凍等耐久性能。南水北調中線湍河渡槽作為世界上最大的U型輸水渡槽工程，其對渡槽混凝土的耐久性能要求更高。但高強混凝土由于水泥用量大，水膠比低，使得混凝土的溫度收縮和自收縮大[1-2]，這將導致混凝土結構極易開裂?；炷烈坏┏霈F(xiàn)裂縫，就會破壞結構的完整性，降低混凝土的耐久性[3]。
纖維素纖維作為一種新型的工程用纖維，與傳統(tǒng)的聚丙烯等合成纖維相比，其直徑和比表面積更小，因此其與水泥漿體的黏結力更強；此外纖維素纖維作為一種木質纖維，本身就具備極好的親水性，在新拌混凝土中能夠吸附一部分自由水，而且纖維基體內部有天然空腔，能夠儲存一定量的自由水，在水泥水化的過程中，這兩部分水分會緩慢釋放，促進水泥繼續(xù)水化，補償混凝土的收縮[4]；此外纖維素纖維的抗拉強度和彈性模量也比傳統(tǒng)的合成纖維更大。本文結合南水北調中線干線湍河渡槽工程，研究摻纖維素纖維高強混凝土的抗?jié)B、抗凍和抗裂等耐久性能，以為摻纖維素纖維高強混凝土更廣泛應用提供一定的技術依據(jù)。
2原材料及配合比
2.1原材料
試驗水泥采用中國聯(lián)合水泥集團鄧州中聯(lián)水泥公司生產(chǎn)的“中聯(lián)”牌42.5普通硅酸鹽水泥，水泥物理性能試驗結果見表1；粉煤灰為河南鴨河口粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的I級粉煤灰，粉煤灰品質檢驗結果見表2；細骨料為天然砂，取自湍河渡槽工程施工現(xiàn)場張坡砂場，粗骨料為人工碎石，取自鄂溝西石料場；外加劑采用上海馬貝建筑材料有限公司生產(chǎn)的SP-1聚羧酸減水劑和PT-C1引氣劑。
試驗采用上海羅洋新材料科技有限公司生產(chǎn)的UF500纖維素纖維。纖維性能檢測結果見表3。
2.2配合比
混凝土設計強度等級為C50，水膠比為0.30，二級配混
表1水泥的物理性能
表2粉煤灰品質檢驗結果
表3纖維檢測結果
凝土骨料組合選擇為中石∶小石=55∶45，由于渡槽的配筋密集，鋼筋間距較小，為了更好的滿足現(xiàn)場澆筑要求，因此還選擇骨料最大粒徑為30 mm和25 mm的配合比，骨料最大粒徑為30 mm或25 mm時，中石∶小石=50∶50，具體配合比見表4。
表4混凝土配合比
3試驗結果及分析
3.1纖維素纖維對混凝土力學性能的影響
不同配合比的混凝土抗壓強度、軸拉強度、極限拉伸值和拉壓比結果見表5。從表中可知，摻入纖維素纖維后，抗壓強度基本無明顯變化，7 d軸拉強度則提高了7%，28 d軸拉強度則提高了4%，7d極限拉伸值基本相同，28 d極限拉伸值則提高了10%；7 d拉壓比提高了8%，28 d拉壓比僅提高了3%；隨著骨料最大粒徑的降低，28 d齡期的拉壓比也有降低的趨勢。實際上拉壓比和極限拉伸值在一定程度上表征了混凝土的抗裂性能，一般認為極限拉伸值和拉壓比越大，混凝土的抗裂性能越好，而摻入纖維素纖維的混凝土拉壓比和極限拉伸值都有一定的增加，說明纖維素纖維對提升混凝土抗裂性能是有利的。
表5混凝土力學性能試驗結果
3.2纖維素纖維對混凝土抗?jié)B性能的影響
混凝土28 d齡期的抗?jié)B性能部分試驗結果見表6。試驗結果表明，摻入纖維素纖維后，混凝土的滲水高度和相對滲透系數(shù)都有一定程度的降低，滲水高度降低了20%，相對滲透系數(shù)降低了約36%，降低幅度并不是很大主要是由于高強混凝土膠凝材料用量大，本身就比較密實。相同水膠比，不同骨料最大粒徑的混凝土抗?jié)B性差別不大，其中最大粒徑為20 mm的混凝土抗?jié)B性最好。
由此可見，摻入纖維素纖維可以明顯改善高強混凝土的抗?jié)B性能，這主要是因為纖維的摻入增加了拌和料的剛性，減少集料沉降，減少了泌水通道的形成，增加了流體由泌水通道進入混凝土內部的難度[5]；此外，纖維還能限制混凝土基體收縮，阻止微裂縫的形成與擴展，并且還能改善孔結構，增加混凝土基體的密實程度，從而提高其抗?jié)B透能力[6]。而且纖維素纖維內部特有的天然空腔，能夠儲存一定量的自由
表6混凝土抗?jié)B性能試驗結果
水，在水泥水化的過程中，這兩部分水分會緩慢釋放，促進水泥繼續(xù)水化，補償混凝土的收縮。N.Banthial等人[7]系統(tǒng)研究了混凝土試件在不受壓力荷載、受不同壓力荷載作用下，纖維素纖維對混凝土的抗?jié)B性能的影 響。其研究結果表明：在不受壓力荷載作用下，纖維素纖維的摻入能夠明顯降低混凝土的滲透性能；在受壓力荷載作用下，當壓力 從0增加到0.3（為試件的抗壓強度）時，素混凝土與纖維素纖維混凝土的滲透性都明顯降低；隨著壓力的增加并超過一臨界值時，素混凝 土的滲透性快速明顯增加，纖維素纖維混凝土的滲透性雖然也增加，但是其抗?jié)B性還是要優(yōu)于 相應不加壓力荷載的情況 。
3.3纖維素纖維對混凝土抗凍性能的影響
混凝土28 d齡期的抗凍性能部分試驗結果見表7。試驗結果表明，混凝土的質量損失率隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增大，相對動彈模量隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低，摻入纖維素纖維后，混凝土的質量損失率和相對動彈模量基本沒有變化，說明在凍融循環(huán)初期，尤其是200次循環(huán)前，纖維素纖維對改善混凝土抗凍性能的作用并不顯著，這是因為早期混凝土的初始缺陷對其抗凍性能的影響要比纖維明顯。相同水膠比，不同骨料最大粒徑的混凝土抗凍性差別不大。
表7混凝土抗凍性能試驗結果
3.4纖維素纖維對混凝土抗裂性能的影響
混凝土抗裂性的平板試驗裝置及測試方法最早由日本大學笠井芳夫（Yoshio KASAI，1976年）和美國圣約瑟（San Jose）州立大學的kraai（1985年）提出[8]，此后平板試驗裝置的尺寸有所變化。在對混凝土因塑性收縮和干燥收縮而引起開裂問題的研究中，美國密西根州立大學Parviz Soroushian等人采用了一種彎起波浪形薄鋼板提供約束的平板式試驗裝置。此方法也被ICC-ES推薦為檢測合成纖維混凝土抗裂性能的標準方法（AC 32-2003）。
混凝土平板法抗裂試件的試驗結果見表8，平板法試件
表8混凝土平板法抗裂試驗結果
的開裂參數(shù)見表9。
表9混凝土平板法試件的開裂參數(shù)
試驗結果表明，摻入纖維素纖維后，混凝土的開裂時間延后了40 min，最大裂縫寬度減小達60%以上，平均開裂面積減少70%，單位面積的裂縫數(shù)目減少50%，單位面積的開裂面積降低更是降低85%，抗裂等級也明顯提升，這說明可有效抑制混凝土早期塑性收縮，提高混凝土的抗裂性能。相同水膠比，不同骨料最大粒徑的混凝土抗裂性能之間相差較小。一方面這是因為存在于混凝土表層的纖維阻止了表面水分的遷移，從而降低了毛細管失水收縮形成的毛細管張力；另一方面數(shù)量眾多的纖維在混凝土中形成了三維亂向分布，纖維與水泥基之間的界面黏結力、機械咬合力等增加了混凝土塑性和硬化初期的抗拉強度[10]，從而有效地抑制早期收縮裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。
4結論
（1）纖維素纖維的混凝土拉壓比和極限拉伸值都有一定的增加，其中極限拉伸值的增加幅度較大，可達到10%；抗?jié)B性能也能得到明顯改善，滲水高度降低了20%，相對滲透系數(shù)降低了約36%，但對混凝土早期抗凍性能的作用不明顯。
（2）纖維素纖維能推遲混凝土開裂時間、減少開裂面積和裂縫數(shù)目，有效抑制混凝土早期塑性收縮，提高混凝土的抗裂性能。
（3）相同水膠比，不同骨料最大粒徑的混凝土對混凝土力學性能、抗?jié)B性能、抗凍性能和抗裂性能影響較小。
參考文獻：
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關鍵詞：鋼纖維 混凝土 性能 應用
鋼纖維混凝土就是在普通混凝土中摻入適量鋼纖維而成的一種新型復合材料，近年來在國內外得到迅速發(fā)展。它克服了混凝土抗拉強度低、極限延伸率小、性脆等缺點，具有優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗剪、阻裂、耐疲勞、高韌性等性能，已在建筑、路橋、水工等工程領域得到應用。
一、鋼纖維的基本性質
1.鋼纖維的類型及特征參數(shù)
鋼纖維按材質分，有普通碳鋼鋼纖維和不銹鋼鋼纖維，其中以普通鋼鋼纖維用量居多;按外形分有長直形、壓痕形、波浪形、彎鉤形、大頭形、扭曲形;按截面形狀分有圓形、矩形、月牙形及不規(guī)則形;按生產(chǎn)工藝分有切斷型、剪切型、銑削型及熔抽型;按施工用途分有澆筑用鋼纖維和噴射用鋼纖維。
為滿足鋼纖維的增強效果與施工性能，通常采用鋼纖維長度為15～60mm，直徑或等效直徑為0.3～1.2mm，長徑比為30～100，纖維的體積摻量為0.5%～2%。
2.鋼纖維的主要性能
鋼纖維的主要性能包括抗拉強度與黏結強度。試驗表明，由于普通鋼纖維混凝土主要是因鋼纖維拔出而破壞，并不是因鋼纖維拉斷而破壞，因此鋼纖維的抗拉強度一般能滿足使用要求，而其與混凝土基體界面的黏結強度是影響鋼纖維混凝土性能的主要因素。黏結強度除與基體的性能有關外，就鋼纖維本身而言，與鋼纖維的外形和截面形狀有關。
二、鋼纖維混凝土的基本性能
國內外對鋼纖維的作用機理和鋼纖維混凝土的基本性能做了大量的研究，現(xiàn)歸納如下:
鋼纖維混凝土中亂向分布的短纖維主要作用是阻礙混凝土內部微裂縫的擴展和阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)展。在受荷(拉、彎)初期，水泥基料與纖維共同承受外力，當混凝土開裂后，橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。因此鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優(yōu)越的物理和力學性能。
1.強度和重量比值增大
這是鋼纖維混凝土具有優(yōu)越經(jīng)濟性的重要標志。
2.具有較高的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強度
在混凝土中摻入適量鋼纖維，其抗拉強度提高25%～50%，抗彎強度提高40%～80%，抗剪強度提高50%～100%。
3.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，在通常的纖維摻量下，沖擊抗壓韌性可提高2～7倍，沖擊抗彎、抗拉等韌性可提高幾倍到幾十倍。
4.收縮性能明顯改善
在通常的纖維摻量下，鋼纖維混凝土較普通混凝土的收縮值降低7%～9%。
5.抗疲勞性能顯著提高
鋼纖維混凝土的抗彎和抗壓疲勞性能比普通混凝土都有較大改善。當摻有1.5%鋼纖維抗彎疲勞壽命為1×106次時，應力比為0.68，而普通混凝土僅為0.51;當摻有2%鋼纖維混凝土抗壓疲勞壽命達2×106次時，應力比為0.92，而普通混凝土僅為0.56。
6.耐久性能顯著提高
鋼纖維混凝土除抗?jié)B性能與普通混凝土相比沒有明顯變化外，由于鋼纖維混凝土抗裂性、整體性好，因而耐凍融性、耐熱性、耐磨性、抗氣蝕性和抗腐蝕性均有顯著提高。摻有1.5%的鋼纖維混凝土經(jīng)150次凍融循環(huán)，其抗壓和抗彎強度下降約20%，而其他條件相同的普通混凝土卻下降60%以上，經(jīng)過200次凍融循環(huán)，鋼纖維混凝土試件仍保持完好。摻量為1%、強度等級為CF35的鋼纖維混凝土耐磨損失比普通混凝土降低30%。摻有2%鋼纖維高強混凝土抗氣蝕能力較其他條件相同的高強混凝土提高1.4倍。鋼纖維混凝土在空氣、污水和海水中都呈現(xiàn)良好的耐腐蝕性，暴露在污水和海水中5年后的試件碳化深度小于5mm，只有表層的鋼纖維產(chǎn)生銹斑，內部鋼纖維未銹蝕，不像普通鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕后，銹蝕層體積膨脹而將混凝土脹裂。
三、鋼纖維混凝土設計與施工規(guī)程說明
我國于1996年出版了《鋼纖維混凝土試驗方法》CECS13:89和《鋼纖維混凝土結構設計與施工規(guī)程》CECS38:92，但本規(guī)程只對鋼纖維混凝土結構不同于混凝土結構設計與施工的專門要求作出規(guī)定。在進行鋼纖維混凝土結構設計和施工時，尚應與《水工鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》SL/T191-96和《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001配合使用。
四、鋼纖維混凝土在水利水電工程中的應用
1.支護工程
鋼纖維混凝土由于抗拉、抗彎、抗剪強度高，能承受較大的圍巖和土體的變形作用而保持良好的整體性，因此可用于隧洞支護、山體護坡等工程。如浙江省開化縣齊溪水電站有壓隧洞在兩個工程段內采用噴射鋼纖維混凝土襯砌，使圍巖能在較大程度上發(fā)揮作用，減少了襯砌厚度，由原來的鋼筋混凝土襯砌厚度500mm減至鋼纖維混凝土噴襯厚度60mm，省去了鋼筋加工和綁扎工程量，同時不需立模和回填灌漿，造價由每延米1175元減至398元，施工工作量減少3/4。工程至今正常運行。
2.儲水、防滲、輸水管道工程
鋼纖維混凝土由于抗裂性能好、收縮率低，因而防水、防滲性能較好，可用于低壓輸水管、蓄水池、地下室防滲等工程。而在儲水和防滲結構中鋼纖維混凝土可作防水層，有時也可兼作結構層代替鋼筋混凝土。如浙江省余姚嶺水庫混凝土壩面多次出現(xiàn)裂縫、下游面局部出現(xiàn)滲水，在混凝土面層采用噴射鋼纖維混凝土，厚度50mm，達到了防滲效果，與高頻振蕩鋼絲網(wǎng)水泥砂漿防滲面板相比，具有工藝簡單、施工方便、造價低等優(yōu)點。
3.高速水流沖刷磨損部位
鋼纖維混凝土具有較高的抗沖磨、抗氣蝕能力，因此可用于溢洪道、消力池、閘底板等承受高速水流作用的部位。如:大渡河支流南椏河石棉二級電站，該電站是引水式徑流電站，1965年建成發(fā)電。當年汛期后，沖砂閘底板和護坦被沖成深槽，最深處達0.7m，埋設的28mm鋼筋全部磨斷，1968年和1969年先后兩次用輝綠巖鑄石板、環(huán)氧混凝土、呋喃混凝土進行修補加固對比試驗，除環(huán)氧混凝土在一個汛期內磨損10～50mm外(后來也被沖毀了)，其余材料不到一個汛期全部被砸碎沖掉。1977年在毀壞處采用硅錳渣鑄石板、改性環(huán)氧砂漿、膠乳水泥砂漿、MC尼龍板、高強混凝土、鋼纖維混凝土等材料進行補強試驗，結果表明鋼纖維混凝土是較好的抗沖耐磨材料。
4.處于腐蝕環(huán)境中的構件
鋼纖維混凝土具有良好的耐腐蝕性能，可用于海水等腐蝕環(huán)境中的閘門、輸水管道等構件的防蝕層或結構層。
5.動力荷載作用部位和抗震結構節(jié)點
由于鋼纖維混凝土具有較高的抗拉強度、斷裂韌性和抗疲勞等性能，因此，可用于承受動力荷載的機墩、抗震結構的框架節(jié)點等部位。
6.復雜應力部位
鋼纖維混凝土中的鋼纖維一般呈三維亂向分布，沿每個方向都有增強和增韌作用。鋼纖維對混凝土結構復雜應力區(qū)增強是非常有利的，而且容易澆筑成型，比鋼筋更能適應各種復雜的結構形式。此外，鋼纖維限制混凝土裂縫的作用也是鋼筋不能相比的。因此，可用于大壩內廊道、泄水孔等孔口復雜應力區(qū)和牛腿等受彎構件的抗剪以及板的抗沖切部位等。
7.部分應用鋼纖維混凝土的水利水電工程
浙江省淳安縣河村水庫泄洪洞支護，浙江省文成縣百丈際水電站引水隧洞、葛洲壩二江泄水閘、三門峽泄水排砂底孔、貴州烏江渡水電站、江西大港水電站的工程修補，湖南省永川市向阻壩渡槽局部槽身加強，浙江省玉環(huán)縣四海閘閘槽二期，三峽臨時船閘閘槽二期，杭州市德勝壩閘門門體等。鋼纖維混凝土在以上工程應用均取得良好效果。
五、結 語
①鋼纖維混凝土的優(yōu)越性能及在水利水電工程中成功的應用表明:鋼纖維混凝土不但可以解決鋼筋混凝土難以解決的裂縫、耐久性等問題，而且用于輸水隧洞等工程可以大幅度降低造價。因此，鋼纖維混凝土在水利水電工程中具有廣闊應用前景。
②目前鋼纖維混凝土在應用中主要的問題是鋼纖維生產(chǎn)成本較高，造成鋼纖維混凝土初始造價較高。為了使鋼纖維混凝土得到廣泛應用，一方面，應努力降低鋼纖維生產(chǎn)成本從而降低鋼纖維混凝土的造價;另一方面，在應用時，不應只計一次性投資，而應考慮鋼纖維混凝土的優(yōu)越使用性能、較低的維修費和使用壽命延長等綜合經(jīng)濟效益。
參考文獻
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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(chǎn)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(fā)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(tǒng)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?？傊?在沖擊荷載作用下,普通混凝土一旦裂縫出現(xiàn),隨即引起崩塌,其初裂和破壞時的沖擊次數(shù)(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(shù)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(shù)(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(guī)范中,沒有鋼纖維混凝土疲勞應力系數(shù)的規(guī)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(jù)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?jié)B性由大量實驗結果可知:鋼纖維的摻入對于混凝土的抗?jié)B性有很大的改善?；炷恋目?jié)B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(fā)生;纖維的存在使得裂縫不能直通,阻礙了次生裂縫的發(fā)展。當裂縫得不到發(fā)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?jié)B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(chǎn)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(yè)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(chǎn)生和發(fā)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(fā)展
與普通的混凝土相比,鋼纖維造價較高,若能開發(fā)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:
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關鍵詞:高溫；纖維；混凝土；力學性能
我國城市化水平的迅速提高，帶動建筑業(yè)的飛速發(fā)展。房屋密集程度加大，高層超高層建筑越來越多，人口居住密度不斷增大，建筑物發(fā)生火災的概率明顯加大。建筑物一旦發(fā)生了火災，將給人民群眾的生命財產(chǎn)和安全造成巨大的損失［1，2］。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)階段我國每年發(fā)生的火災中，建筑火災占火災總數(shù)的一半以上，直接經(jīng)濟損失占火災總損失的80%以上［3］?；炷烈云淙〔姆奖?、制備簡單、適應性強等特點，被作為結構的主導材料大量應用于土建工程中，并且還將會長期占據(jù)土木工程領域的主導地位。纖維混凝土是以混凝土為基體，以金屬纖維或有機纖維增強材料組成的一種水泥基復合材料，最常見的纖維就是鋼纖維、聚丙烯纖維及二者混雜使用［4～6］。摻入的纖維可以有效地克服混凝土抗拉強度低、易開裂、抗疲勞性能差等固有缺陷［7，8］。聚丙烯纖維混凝土、鋼纖維混凝土及混雜纖維混凝土在工程中實際都有大量的應用，因此研究其高溫后的力學性能變化十分有必要。研究普通混凝土、聚丙烯纖維混凝土、鋼纖維混凝土及混雜纖維混凝土在高溫后力學性能的變化及殘余值，對火災后建筑物的安全評定及加固提供指導。
1原材料及試驗方法
1．1原材料
江西海螺P•O42．5普通硅酸鹽水泥;江西德安碎石，5～20mm連續(xù)級配;贛江中砂，細度模數(shù)2．7，含泥量0．8%。聚丙烯纖維由長沙博賽特建筑工程材料有限公司提供，性能參數(shù)如表1所示：鋼纖維來自浙江博恩金屬制品有限公司，性能參數(shù)如表2所示。
1．2試驗方法
抗壓強度試件采用100mm×100mm×100mm模具成型，抗折強度試件采用100mm×100mm×400mm模具成型。1d后脫模，在標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護至28d齡期進行相應測試。高溫爐升溫速度為10℃/min，分別升高至200℃、400℃、600℃和800℃，保持3h以保證試件內外溫度一致，加熱結束后自然冷卻，7d后進行力學性能測試。
1．3混凝土配合比
以強度等級為C40混凝土為研究對象，研究其高溫后力學性能的變化。配合比如表3所示，其中纖維量按照體積摻量摻入。
2結果與討論
2．1纖維混凝土高溫后抗壓強度變化
普通混凝土及纖維混凝土在20℃、200℃、400℃、600℃和800℃后抗壓強度值及抗壓強度殘余率如圖1、圖2所示。如圖1所示，普通混凝土及纖維混凝土抗壓強度值都隨著溫度的升高而降低，在相同溫度條件下，各組混凝土抗壓強度值的大小都呈現(xiàn)如下規(guī)律:普通混凝土＜聚丙烯纖維混凝土＜混雜纖維混凝土＜鋼纖維混凝土。如圖2所示，普通混凝土及纖維混凝土抗壓強度殘余率都隨著溫度的升高而降低，在相同溫度條件下，各組混凝土抗壓強度殘余率變化規(guī)律與強度值變化規(guī)律有所不同:普通混凝土＜聚丙烯纖維混凝土＜鋼纖維混凝土＜混雜纖維混凝土。這說明纖維混凝土較普通混凝土具有更高的耐高溫性能。不同溫度條件下，各組混凝土受溫度影響也不盡相同。200℃時，普通混凝土抗壓強度殘余率為79%，而纖維混凝土都保持在85%～88%之間;400℃時，普通混凝土抗壓強度殘余率只有54%，纖維混凝土達到70%～73%;600℃時，普通混凝土和聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度殘余率為38%左右，鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土抗壓強度殘余率大于50%;800℃時，普通混凝土和聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度殘余率為23%左右，鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土抗壓強度仍具有33%殘余。普通混凝土隨著溫度的增加，都呈現(xiàn)出明顯的強度損失;當溫度小于400℃時，纖維混凝土都具有很高的抗壓強度殘余率，當溫度大于400℃時，聚丙烯纖維混凝土抗壓強度殘余率顯著降低;鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土在不同溫度條件下，都具有較高的抗壓強度殘余率。
2．2纖維混凝土高溫后抗折強度變化
普通混凝土及纖維混凝土在20℃、200℃、400℃、600℃和800℃后抗折強度值及抗壓強度殘余率如圖3、圖4所示。如圖3所示，各組混凝土抗折強度值都隨著溫度的升高而降低，在相同溫度條件下，各組混凝土抗折強度值的大小與抗壓強度具有相同規(guī)律，不同的是，鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土的抗折強度明顯高于普通混凝土和聚丙烯纖維混凝土。如圖4所示，各組混凝土抗折強度殘余率都隨著溫度的升高而降低;200℃、400℃和600℃條件下，各組混凝土抗折強度殘余率規(guī)律相同:混雜纖維混凝土＜鋼纖維混凝土＜普通混凝土＜聚丙烯纖維混凝土，溫度為800℃時為:普通混凝土＜聚丙烯纖維混凝土＜混雜纖維混凝土＜鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土和混雜纖維混凝土的抗折強度在各個溫度條件下都明顯大于普通混凝土及聚丙烯纖維混凝土;聚丙烯纖維的摻入使得混凝土抗折強度略有增長，但不明顯;鋼纖維和混雜纖維顯著增加了混凝土的抗折強度。在800℃條件下，鋼纖維混凝土的抗折強度仍大于7MPa，與20℃時普通混凝土抗折強度相差不大(8．3MPa)。
2．3機理分析
混凝土及纖維混凝土在高溫后力學性能發(fā)生明顯變化，究其原因主要分為以下兩方面:一是混凝土自身原因，另一個是不同種類纖維的理化性能不同。200℃時，自由水和物理結合水逸出，Aft發(fā)生分解，水化產(chǎn)物有所減少，水泥漿的熱膨脹，會導致骨料水泥漿體界面處原始裂紋的發(fā)展，從而導致混凝土強度衰減［9，］。400℃左右時，水泥漿體中的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣開始脫水，同時大量水蒸氣的外逸沖刷和擠脹作用，又擴大了裂紋和孔隙，使水泥漿體中孔隙平均尺寸和微裂紋迅速增大，混凝土力學性能進一步降低。500℃時，水泥石中的氫氧化鈣晶體受熱分解，引起吸熱反應，孔隙含量急劇增加［10］;硅質骨料中的二氧化硅晶體發(fā)生相而體積膨脹，骨料體積的增加使得骨料與水泥漿體之間的裂縫增大。600℃時，孔隙水完全失去，混凝土宏觀破壞開始，因而其力學性能大幅下降，在600～700℃之間C－S－H凝膠分解［11］。800℃時石灰?guī)r骨料膨脹、開裂，并產(chǎn)生二氧化碳氣體，混凝土強度進一步降低。聚丙烯纖維熔點較低(168℃)，在高溫下熔解而失去作用，但因其液態(tài)體積遠小于固態(tài)所占空間，于是形成眾多小孔隙，并由于聚丙烯纖維分散的均勻性及纖維細小且量又多，使得混凝土內部孔結構發(fā)生了變化，孔隙的連通性加強，為混凝土內部水分的分解蒸發(fā)提供了通道，從而緩解了由于水分膨脹所形成的分壓，使內部壓力大大降低，從而降低了水蒸氣的沖刷和擠脹作用，降低裂紋的擴展［12］。因此在溫度小于400℃時，聚丙烯纖維混凝土強度顯著大于普通混凝土。鋼纖維熔點高，自身力學性能受溫度影響較小，另外，鋼纖維的橋接作用和阻裂作用限制了混凝土在溫度急劇變化和高溫環(huán)境下產(chǎn)生的體積變化，減輕了混凝土內部微缺陷的引發(fā)和擴展，使混凝土在高溫條件下表現(xiàn)出較好的力學性能［13］。
3結論
(1)混凝土及纖維混凝土的抗壓強度、抗折強度及其殘余率都隨著溫度的升高而降低。(2)纖維的摻入對混凝土高溫力學性能具有改善作用，聚丙烯纖維在溫度不超過400℃時改善作用顯著，鋼纖維在800℃時改善作用仍明顯。(3)混雜纖維混凝土高溫后抗壓強度殘余率最高。
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