鋼纖維基本性能

 鋼纖維按其制造方式分為切斷鋼纖維、剪切鋼纖維、切削鋼纖維和熔抽鋼纖維四種。

切斷鋼纖維抗拉強度高,但與水泥砂漿的界面粘結性較差。對鋼纖維表面進行變形處理,制成表面有刻痕的、末端帶鉤的、波紋形的鋼纖維,或者圓截面與扁平截面交替的呈規律性變化的鋼纖維可以改善其力學性能。當用廢鋼絲繩切斷而成時,必須進行除油污和除銹處理。剪切鋼纖維由剪切冷軋薄板制得,厚度為0.2～0.5mm,寬為0.25～0.9mm,抗拉強度為450～800MPa,與水泥砂漿的粘結性比切斷鋼纖維好。切削鋼纖維由旋轉的銑刀切削軟鋼錠或厚鋼板制得,強度比原材料有較大提高,截面呈三角形,與水泥混凝土的粘結較好。熔抽鋼纖維由熔融的鋼水甩制而成,纖維強度因熔鋼成分與熱處理條件而異,表面不規則且有一層強度很低的氧化層。氧化層的存在降低了鋼纖維與混凝土的粘結強度。

鋼纖維的彈性模量與抗拉強度都比較高,大約為水泥基材的5倍以上。同時鋼纖維也可以制成各種變截面形狀,以增加與水泥基材之間的握裹力。

鋼纖維增強混凝土強度機理

鋼纖維在混凝土中的主要作用,在于限制外力

作用下基體中裂縫的擴展。在受荷(拉、彎)初期,水泥基料與鋼纖維共同承受外力,而前者是外力的主要承受者;當基料發生開裂后,橫跨裂縫的鋼纖維成為外力的主要承受者。若鋼纖維體積摻量超過某一臨界值,整個復合材料可繼續承受較高的荷載,并產生較大的變形,直到鋼纖維被拉斷或鋼纖維從基料中被拔出,以至復合材料破壞

 鋼纖維混凝土的基本性能

鋼纖維混凝土是在普通混凝土中,均勻地亂向分布一定量的鋼纖維,經硬化而得,與普通混凝土相比,具有一系列優越的物理力學性質:

(1)強度與重量比值增大;

(2)較高的抗拉、抗壓和抗彎的極限強度。在混凝土中摻入適量鋼纖維,其極限抗壓強度可以提高,單軸抗拉極限強度可提高40%～50%,抗彎極限強度可提高50%～150%;

(3)良好的抗沖擊性能。鋼纖維混凝土在纖維摻量為0.8%～2.0%時,其沖擊韌性指標可以提高50～100倍,甚至更高;

(4)變形性能明顯改善。鋼纖維對混凝土抗壓彈性模量影響不顯著,但對抗拉彈性模量提高較多。鋼纖維對混凝土長期收縮變形的影響也較明顯,鋼纖維可使混凝土的收縮率降低10%～30%;

(5)抗裂和抗疲勞性能顯著提高;(6)優越的抗剪性能;

(7)良好的阻止和抑制因溫度應力引起裂縫產生與擴展的能力;

(8)良好的抗凍性與耐磨性能。

鋼纖維在道路工程中的應用

由于鋼纖維混凝土路面具有減薄鋪裝厚度、縱縫不設或少設、橫向縮縫少、良好的耐磨性及凍融性等優點,延長路面使用壽命,從而在路面工程中獲得廣泛應用。

(1)新建全截面鋼纖維混凝土路面

全截面采用鋼纖維混凝土的路面厚度為普通混凝土路面厚度的50%～60%,鋼纖維摻量為0.8%

～1.2%。雙車道路面一般不設縱縫,橫縫間距20～30m,最長可取50m。

(2)新建復合式鋼纖維混凝土路面

復合式路面可以做成雙層式或三層式。雙層式路面的構造是在全路面板厚的上層約全厚40%～60%鋪設鋼纖維混凝土。

三層式復合路面,是上下兩層分別做成鋼纖維混凝土層,中間普通混凝土層,結構上比較合理,但施工復雜。根據施工經驗三層式復合路面宜在機械化鋪設條件較高的地區使用。此外,還可以采用鋼纖維-鋼絲網混凝土復合式路面。

(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性能。

(4)鋼纖維混凝土罩面舊混凝土路面損壞采用鋼纖維混凝土鋪筑罩面層。鋼纖維混凝土罩面分結合式、直接式、分離式三種形式。

結合式罩面面層與舊混凝土相互粘結為一整體,共同發揮結構的整體強度作用。

分離式罩面層與舊混凝土不粘結,而是中間設置一個隔離層,各層獨立發揮作用。

直接式是直接在舊水泥混凝土加鋪鋼纖維混凝土罩面層。一般用于損壞較輕微的舊水泥混凝土路面。

(5)鋼纖維水泥砂漿或鋼纖維細石混凝土罩面修補

用鋼纖維水泥砂漿或鋼纖維細石混凝土對損壞

的路面進行修補罩面。鋼纖維體積率以1%～2%為宜,長徑比可略高于鋼纖維增強混凝土的長徑比。一般限制在70～100范圍內。

(6)在多年凍土地區的用于抗凍

在多年凍土地區選用鋼纖維混凝土路面以減少吸熱,并維持凍土熱平衡和提高抗凍性。4 鋼纖維混凝土設計

鋼纖維混凝土配合比可以根據普通混凝土配合比的選擇原則,通過試驗最后決定。首先應選擇與基材強度相適應的鋼纖維品種,鋼纖維極限抗拉強度應大于500MPa。圓直和熔抽鋼纖維適宜配制中低標號混凝土,剪切鋼纖維可配制高標號混凝土。鋼纖維含量以0.5%～2.0%為宜,對于路面及路面結構,由于長期經受反復荷載的疲勞作用,宜取高值。為了使鋼纖維混凝土的力學性能與施工和易性

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