【可慧讲堂】钢纤维混凝土是什么？

　　钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。

　　一、钢纤维混凝土简介：

　　普通钢纤维混凝土的纤维体积率在1%-2%之间，较之普通混凝土，抗拉强度提高40%-80%，抗弯强度提高60%-120%，抗剪强度提高50%一100%，抗压强度提高幅度较小，一般在0-25%之间，但抗压韧性却大幅度提高。

　　二、 钢纤维混凝土的性能特点：

　　钢纤维混凝土中乱向分布的短纤维主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展。 在受荷 ( 拉、弯) 初期，水泥基料与纤维共同承受外力，当混凝土开裂后， 横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。 因此钢纤维混凝土与普通混凝土相比具有一系列优越的物理和力学性能。

　　1、有优越的经济性：

　　强度和重量比值增大是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。

　　2、具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度：

　　在混凝土中掺入适量钢纤维，其抗拉强度提高 25%～50%，抗弯强度提高 40%～80%，抗剪强度 提高 50%～100%。

　　3、具有卓越的抗冲击性：

　　材料抵抗冲击或震动 荷载作用的性能，称为冲击韧性，在通常的纤维掺量下，冲击抗压韧性可提高 2～7 倍，冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。

　　4、具有明显收缩性：

　　在通常的纤维掺量下，钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低 7%～9%。

　　5、具有显著抗疲劳性：

　　钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。 当掺有 1.5%钢纤维抗弯疲劳寿命为 1×106次时，应力比为 0.68，而普通混凝土仅为 0.51;当掺有 2%钢纤维混凝土抗压疲劳寿命达 2×106次时，应力比为 0.92 ，而普通混凝土仅为 0.56 。

　　6、具有显著的耐久性 。

　　钢纤维混凝土除抗渗性能与普通混凝土相比没有明显变化外， 由于钢纤维混凝土抗裂性、整体性好，因而耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗 腐蚀性均有显著提高。掺有 1.5%的钢纤维混凝土经 150次冻融循环，其抗压和抗弯强度下降约 20%，而其他条件相同的普通混凝土却下降 60%以上，经过 200 次冻融循环，钢纤维混凝土试件仍保持完好。掺量为 1%、强度等级为 C35的钢纤维混凝土耐磨损失比普通混凝土降低 30%。掺有 2%钢纤维高强混凝土抗气蚀能力较其他条件相同的高强混凝土提高 1.4 倍。钢纤维混凝土在空气、 污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性，暴露在污水和海水中 5 年后的试件碳化深度小于 5mm，只有表层的钢纤维产生锈斑， 内部钢纤维未锈蚀，不像普通钢筋混凝土中钢筋锈蚀后，锈蚀层体积膨胀而将混凝土胀裂。

　　三、钢纤维混凝土配合比：

　　1、原材料选用与要求：

　　①.钢纤维：单丝钢纤维抗拉强度不宜小于 600MPa;长度应与混凝土粗细料大公称粒径相匹配，短长度宜大于粗集料大公称粒径的 1/3 ，大长度不宜大于粗集料大公称粒径 2 倍，长度与标称值得差不应超过± 10%;钢纤维表面应洁净无锈无油， 保证钢纤维与混凝土的粘结强度; 桥面混凝土中钢纤维应做防锈处理， 宜使用有锚固端的钢纤维， 不得使用表面磨损前后裸露尖端导致行车不安全或搅拌时易成团的钢纤维。

　　②.水泥、粗细骨料：水泥一般选用 425号或 525号普通硅酸盐水泥，水泥含量比普通混凝土大，多为 350kg/m3以上;粗骨料粒径不宜大于 20mm和钢纤维长度的 2/3 ，一般比普通混凝土含量小;细集料宜为质地坚硬、耐久、洁净的中砂，细度模数在 2.0 ～3.5 之间。

　　③.水：一般采用纯净水，不得采用海水，海沙，严禁掺加氯盐。

　　④外加剂：宜选用优质减水剂， 对抗冻性有要求的钢纤维混凝土宜选用引气剂减水剂。

　　⑤.水泥、骨料、水、外加剂和混合料应符合国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》和《公路水泥混凝土路面施工技术规范》中的相关规定。

　　四、配合比设计步骤：

　　钢纤维混凝土的配合比设计在兼顾经济性的同时还应满足弯拉强度、工作性和耐久性， 在某些条件下还应满足对抗冻， 抗渗性，耐腐蚀性或耐冲刷性等项要求。根据《公路水泥混凝土路面施工技术规范》 (JTG F30-2003 )要求，钢纤维混凝土配合比设计应按下述步骤进行：

　　1、计算和确定水灰比。

　　①.以钢纤维混凝土配制 28d 弯拉强度 fcf 替代普通混凝土配制 28d 弯拉强度，按公式 fcf= +t s 计算出基体混凝土的水灰比;

　　② 选取钢纤维混凝土基体的水灰比计算值与规范规定值两者中的小值作为选定水灰比，一般不大于 0.5。

　　2、确定钢纤维掺量体积率 ρf。一般在 0.6%～1.0%范围内初选，当板厚折减系数小时，体积率宜取上限;当长径比大时，宜取较小值;当有锚固端者宜取较小值。

　　3、确定单位体积用水量 Wof。根据施工要求的稠度通过试验或根据规范确定单位体积用水量，如掺用外加剂应考虑外加剂的影响。

　　4、确定单位水泥用量 Cof。选取按公式 Cof= Wof 计算值与规范规定值中的大者作为单位水泥用量，但不宜大于 500kg/m 3。

　　5、确定合理砂率 Spf。可按公式 Spf=SP+10ρ f(Sp 作为砂率 )计算或按规范规定选取，一般选用 38～50%左右，使用时根据所用材料的品种规格，纤维体积率，水灰比等适量调整。

　　6、砂石料用量可采用密度法或体积法计算。按密度法计算时，钢纤维混凝土单位质量可取 2450～2580kg/m 3;按体积法计算时，应计入设计含气量。

　　7、按绝对体积法或假定质量密度法计算材料用量确定试验配合比。

　　8、按试配配合比进行拌和物性能试验， 调整单位体积用量和砂率， 确定强度试验用基准配合比。