談談現階段土木工程施工中的鋼纖維混凝土技術
發布時間：
2012-06-06
摘 要：鋼纖維混凝土以其優良的力學性能，在土木工程中發揮著舉足輕重的作用。在鋼纖維混凝土技術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。本文主要闡述了鋼纖維混凝土優越性能，以及鋼纖維混凝土技術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合材料。這種混凝土與普通混凝土相比，具有非常優越的性能，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、鋼纖維混凝土的優越性能
1. 鋼纖維混凝土比普通混凝土的抗剪強度高50%。科學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于普通混凝土。科學試驗表明，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，只有參數合理，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對地震等災害的能力。
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，衡量混凝土品質好壞的一個重要指標是混凝土抗拉性能，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。
當然，鋼纖維混凝土的優越性能不止這些。但我們已經看到，鋼纖維混凝土相對于普通混凝土的巨大優越作用。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。高層建筑怎樣應對地震災害，一直是學術界關注的重點。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。主要體現在四個方面：（1）在高層建筑梁柱節點中的應用。鋼纖維混凝土梁柱節點不論是在耗能能力、強度和剛度以及梁鋼筋的粘結錨固等諸多方面都有很強的優勢，在混凝土框架上，鋼纖維混凝土的梁柱節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，既可以有效提高節點的抗震性能，又緩解了以往節點鋼筋密度過大、施工困難的難題。我國研究者研究出的扁梁結構十分適用于高層建筑建設，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）在聯肢墻洞口的連梁中的應用。研究表明: 如果聯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構的破壞，達到抗震設防的目標。然而事實上，連梁跨高比一般都比較小，延性較弱，很容易發生剪切破壞，起不到抗震目的，因此如何提高高層建筑聯肢墻連梁的延性也成為建筑學界關注的問題。實驗發現：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條件和延性，提升短梁的抗剪能力，使原本極易發生剪切脆性破壞的短梁，在遭遇外力時改變為發生彎曲破壞，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，其結構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用。高層建筑的樁基承臺受力十分復雜，需要經受彎拉、沖切和剪切等多重作用，并且隨著建筑層數的增加，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米。因此，可以充分利用鋼纖維混凝土的優勢，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用。其應用主要體現在一下方面：（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這種趨勢和要求，而鋼纖維混凝土優良的抗裂、抗沖擊、耐磨性能，保證了其功能性要求，加強了橋梁整體結構的安全性、可靠性和經濟性；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片及加工安裝等施工環節，既節約施工成本又可以克服由于鋼筋網片施工質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用在樁頂和樁尖部位， 以增強樁頂的抗沖擊韌性，樁尖的穿透力有較大提高，增加樁尖入土能力，錘擊次數減少，大大提高打擊速度，以提高打擊效率。（3）橋梁墩臺等結構方面：在發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，提高結構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）新建復合式鋼纖維混凝土路面：三層式復合路面是上下兩層分別做成鋼纖維混凝土層，中間為普通混凝土層，三層式復合路面在機械化鋪設條件較高的地區使用較多；（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揮著不可替代的重要作用，對于提高工程質量、減少工程支出、延長工程使用壽命等方面有著巨大經濟意義和現實意義。科學研究者們應該繼續發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繼續向前進步，讓鋼纖維混凝土發揮更大的作用。
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(以上觀點屬個人觀點，不作專業技術考慮，僅供參考)
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