談?wù)劕F(xiàn)階段土木工程施工中的鋼纖維混凝土技術(shù)
發(fā)布時間：
2012-06-06
摘 要：鋼纖維混凝土以其優(yōu)良的力學(xué)性能，在土木工程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。在鋼纖維混凝土技術(shù)于我國迅速推廣的情況下，我們有必要對其進行一些研究及歸納總結(jié)。本文主要闡述了鋼纖維混凝土優(yōu)越性能，以及鋼纖維混凝土技術(shù)在一些土木工程中的重要作用。
鋼纖維混凝土，即在普通混凝土中添加適量鋼纖維，然后加以攪拌混合形成的一種新型的多相復(fù)合材料。這種混凝土與普通混凝土相比，具有非常優(yōu)越的性能，同時加工簡單，性價比相對較高，在土木工程中得到廣泛推廣。
一、鋼纖維混凝土的優(yōu)越性能
1. 鋼纖維混凝土比普通混凝土的抗剪強度高50%?？茖W(xué)工作者采用了很多實驗，通過對鋼纖維混凝土抗剪強度的試驗測試表明：鋼纖維混凝土的抗剪強度是隨鋼纖維體積的增大而增大，隨水灰比的增大而減小的。
2.鋼纖維混凝土抗壓性能優(yōu)于普通混凝土?？茖W(xué)試驗表明，混凝土的抗壓強度是好是壞，主要取決于混合料的攪拌情況和鋼纖維的含量參數(shù)，只有參數(shù)合理，攪拌成型才能提升混凝土的抗壓性能。所以，并不是在所有情況下鋼纖維都有利于混凝土抗壓能力的提高，含量過高或過低都會影響抗壓性能。
3. 鋼纖維混凝土比普通混凝土高2倍以上的耐沖擊性，而其影響彎曲韌性的性能高出幾倍。混凝土的抗沖擊性能是混凝土材料在外部勢力的打擊和碰撞下，可抵抗破壞性的程度。
4．與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土彎曲性能有著40％以上的增幅。這個特性，直接影響著鋼纖維混凝土在機場跑道、橋梁、高層建筑的應(yīng)用。這是因為，鋼纖維混凝土的韌性比普通混凝土強的多，可以大大提高工程應(yīng)對地震等災(zāi)害的能力。
5. 與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土的抗拉性能也有著超過25％的增幅。眾所周知，衡量混凝土品質(zhì)好壞的一個重要指標(biāo)是混凝土抗拉性能，由此可見，通過鋼纖維的加入，混凝土的整體性能得到了大大提升。通常，影響鋼纖維混凝土抗拉性能的因素有：水灰比、集料最大粒徑以及取決于纖維分布等等。另外在荷載上，鋼纖維混凝土的極限荷載比開裂荷載要大，而普通混凝土則兩者基本一致。而混凝土中鋼纖維體積越大，初裂和極裂荷載以及韌性也相應(yīng)越大。一般來說，鋼纖維混凝土的初裂和極限荷載比值在0.8~1.0 之間，在鋼纖維體積率一樣的前提下，抗拉強度只受鋼纖維長度的影響，即鋼纖維越長，抗拉性能越高；而如果鋼纖維體積和長度相同時，抗拉強度與鋼纖維的直徑成反比，即鋼纖維直徑越小，混凝土抗拉強度反而越高。
當(dāng)然，鋼纖維混凝土的優(yōu)越性能不止這些。但我們已經(jīng)看到，鋼纖維混凝土相對于普通混凝土的巨大優(yōu)越作用。同時，鋼纖維混凝土施工簡單，材料性價比相對較高，在土木工程中得到廣泛使用。
二、鋼纖維混凝土在土木工程中的運用
1.鋼纖維混凝土在高層建筑中的運用。高層建筑怎樣應(yīng)對地震災(zāi)害，一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的重點。而鋼纖維混凝土的引入，帶來了一些進步。在高層建筑的局部重點位置以鋼纖維混凝土代替普通混凝土施工，可以使高層建筑物的整體抗震性能得到明顯提高。主要體現(xiàn)在四個方面：（1）在高層建筑梁柱節(jié)點中的應(yīng)用。鋼纖維混凝土梁柱節(jié)點不論是在耗能能力、強度和剛度以及梁鋼筋的粘結(jié)錨固等諸多方面都有很強的優(yōu)勢，在混凝土框架上，鋼纖維混凝土的梁柱節(jié)點框架比普通混凝土框架在延展性上提高57％，荷載承載力提高15％。這樣，既可以有效提高節(jié)點的抗震性能，又緩解了以往節(jié)點鋼筋密度過大、施工困難的難題。我國研究者研究出的扁梁結(jié)構(gòu)十分適用于高層建筑建設(shè)，對鋼纖維混凝土的抗震性能研究方面取得了很大的突破。（2）在聯(lián)肢墻洞口的連梁中的應(yīng)用。研究表明: 如果聯(lián)肢墻上具備強度和剛度性能良好、變形能力強的連梁，可以極大的減輕地震對建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞，達到抗震設(shè)防的目標(biāo)。然而事實上，連梁跨高比一般都比較小，延性較弱，很容易發(fā)生剪切破壞，起不到抗震目的，因此如何提高高層建筑聯(lián)肢墻連梁的延性也成為建筑學(xué)界關(guān)注的問題。實驗發(fā)現(xiàn)：短梁混凝土中加入1％左右的鋼纖維，能夠極大的改善混凝土的粘結(jié)條件和延性，提升短梁的抗剪能力，使原本極易發(fā)生剪切脆性破壞的短梁，在遭遇外力時改變?yōu)榘l(fā)生彎曲破壞，從而極大的提高了短梁抗震能力。（3）對改善高強混凝土柱延性的應(yīng)用。為了減少混凝土柱的截面和短柱，在目前的高層建筑中，其結(jié)構(gòu)底部混凝土柱通常采用的是高強混凝土。但是，高強混凝土的脆性很大，延性比較差，防震能力尤其不佳。研究表明，在高強混凝土中加入適量鋼纖維，能夠極大提高高強混凝土柱的延性和抗震力。（4）在高層建筑樁基承臺上的應(yīng)用。高層建筑的樁基承臺受力十分復(fù)雜，需要經(jīng)受彎拉、沖切和剪切等多重作用，并且隨著建筑層數(shù)的增加，單樁的承載力需要達到幾百噸，樁基承臺的厚度也不得不達到數(shù)米。因此，可以充分利用鋼纖維混凝土的優(yōu)勢，有效的降低樁基承臺的厚度。而且，鋼纖維混凝土對于筏型基礎(chǔ)沖切強度也有明顯改善作用。
2.鋼纖維混凝土在橋梁施工中的應(yīng)用。其應(yīng)用主要體現(xiàn)在一下方面：（1）橋面鋪裝方面：在相同荷載條件下，鋪裝厚度明顯減小，這樣就降低了橋面鋪裝的自重荷載和材料用量；加強橋面鋪裝與伸縮縫的連接強度，鋼纖維混凝土路面因其優(yōu)良的韌性、較強的耐沖擊性保證其與伸縮縫連接鋼筋牢固粘接，使伸縮縫發(fā)生的變形、位移或翹曲都較小，提高了伸縮縫的使用壽命；在橋梁工程中，橋面鋪裝層應(yīng)具有足夠的延伸度、疲勞強度、耐久性等功能要求，因目前交通量、車輛荷重及車速的日趨增大，普通橋面鋪裝已難以適應(yīng)這種趨勢和要求，而鋼纖維混凝土優(yōu)良的抗裂、抗沖擊、耐磨性能，保證了其功能性要求，加強了橋梁整體結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性；鋼纖維混凝土橋面鋪裝層鋪裝施工工藝簡便易行，省去了原鋪裝層的鋼筋網(wǎng)片及加工安裝等施工環(huán)節(jié)，既節(jié)約施工成本又可以克服由于鋼筋網(wǎng)片施工質(zhì)量差而引起的橋梁早期破壞。（2）鋼筋混凝土樁方面：鋼纖維混凝土一般應(yīng)用在樁頂和樁尖部位， 以增強樁頂?shù)目箾_擊韌性，樁尖的穿透力有較大提高，增加樁尖入土能力，錘擊次數(shù)減少，大大提高打擊速度，以提高打擊效率。（3）橋梁墩臺等結(jié)構(gòu)方面：在發(fā)生橋梁墩臺及橋面板裂縫或表層剝落問題時，使用鋼纖維混凝土，提高結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性要求。
3.鋼纖維混凝土在道路施工中的應(yīng)用。鋼纖維混凝土在道路施工方面也得到廣泛使用，這主要得益于鋼纖維混凝土路面抗凍抗熱性能好、顯著減少鋪裝的厚度、耐磨性能優(yōu)越特點。例如：（1）鋼纖維水泥砂漿或細石混凝土罩面修補；（2）新建復(fù)合式鋼纖維混凝土路面：三層式復(fù)合路面是上下兩層分別做成鋼纖維混凝土層，中間為普通混凝土層，三層式復(fù)合路面在機械化鋪設(shè)條件較高的地區(qū)使用較多；（3）碾壓鋼纖維混凝土路面：將鋼纖維置于碾壓混凝土中，從而使路面的強度和韌性增強，改善碾壓混凝土的力學(xué)性能；（4）新建全截面鋼纖維混凝土路面等等。
鋼纖維混凝土在土木工程中有著廣泛的運用，特別是在很多工程中發(fā)揮著不可替代的重要作用，對于提高工程質(zhì)量、減少工程支出、延長工程使用壽命等方面有著巨大經(jīng)濟意義和現(xiàn)實意義?？茖W(xué)研究者們應(yīng)該繼續(xù)發(fā)掘鋼纖維混凝土的作用，擴大其使用范圍，推動鋼纖維混凝土技術(shù)繼續(xù)向前進步，讓鋼纖維混凝土發(fā)揮更大的作用。
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(以上觀點屬個人觀點，不作專業(yè)技術(shù)考慮，僅供參考)
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