钢纤维与混凝土的组合性说明

    钢纤维增强混凝土有短纤维增强混凝土与连续纤维增强混凝土两种。它们的区别主要在于作为增强材料的纤维的长度,前者的纤维短,用以强化作为基体的的混凝土,后者则可以说是用连续纤维增强整个结构体.
    由上表可知,近年来用于混凝土《包括砂浆)增强的纤维。最普通的是石棉纤维、钢纤维、玻瑞纤维和合成纤维等.新近也有采用炭素纤维和聚丙烯纤维等。石棉纤维对人有致癌性,许多国家包括日本在内都限制或禁止
使用它。
    钢纤维的使用相当早,在混凝土增强用纤维中可以说是最常用的一种。钢纤维主要用于结构体混凝土,为此其直径较其他纤维要大.此外,钢纤维增强混凝土在有腐蚀的环境中使用时,混凝土衷面会发生点蚀。所以在特别重视美观的地方就使用不锈钢纤维。
 本文以钢纤维增强混凝上为例’,概述纤维增强混凝土的最新制造技术及其使用方法。
二、增强用纤维
以往用于混凝土增强的短纤维如下表所列。
三、钢纤维增强混凝土
    钢纤维增强混凝土是用钢纤维(短纤维)强化的复合材料,钢纤维掺量通常在2%以下。以前日本大都将钢纤维增强混凝土用于工程结构物,近年来也大量用于建筑结构物的地面赦设。今后在喷射混凝土支护中,钢纤维增强混凝土作为主要支护材料,其使用量将大增。钢纤维增强混凝土有着不同于普通混凝土的特性,为了有效地利用这些特性.它的使用方法应不同于普通混凝土。因此,在使用钢纤维增强混凝土时,一定要充分了解它
的特性,使用方法要恰当。
    钢纤维增强混凝土有如下优点:(l)抗拉强度和抗挠强度大;(2)抗剪强度大,(3)韧度高,即使发生龟裂。仍会有很大的承载能力;(4)能有效地阻止裂纹进一步扩大;(5)耐冲击性和抗疲劳性良好;(6)耐热性好;(7}耐久性能好,显示出良好的杭冻融性
和耐磨性;(8)在象海洋那样的重盐份环境中.对内
部俐筋有良好的防腐作用。
    但它又有如下缺点;
    (1)在混凝土的搅拌、施工期间要增加掺入钢纤维等麻烦工序;(2)普通混凝土相比戌本高。(3)露出于混凝土表面的钢纤维锈蚀后使外观不雅;(4)必须改造混凝土搅拌设备。
    各种钥纤维的特征各有所不同。三种不同方法制造的钢纤维各有如下特性.
    (1)钢丝段
    这种钢纤维是将钢丝按规定长度切断而制成的,所以其断面基本上是圆形的。为了提高其对混凝土的粘着强度,一般是在钢纤维表面压痕,并将两端弯成钩形。带弯钩的钢纤维投入搅拌机后容易结成团,投入也不容易。因此很多时候是用水溶性枯结剂将十余根钢纤维枯合在一起使用.(2)剪断的钢纤维这种钢纤维使用量最大。它是用冷轧薄俐片剪断后制成的,其断面基本上是四边形的.和钢丝段一样,为了提高枯着强度,局部或全部作了外形加工,大都加工成波形。这种钢纤维由子是用薄钢片剪断而制成的,所以可以有各种断面尺寸.
这种钢纤维是用钥片等半成品切削而成的,其断面基本是月牙形的.在制造时为了使之具有很大的塑性变形,也有用普通低碳钢进行表面硬化处理,强度为原来的2倍以上。而且在其表现加工出多根线形刻疲,以提高枯着强度.由于这种钢纤维的断面宽、材质硬,所以它们不会相互缠结。可成批投入搅拌机而不致结成团。这种钢纤维目前在欧洲使用很广。
    在采用钢纤维增强混凝土的时候,它的搅拌和施工非常重要。对它的质量有很大影响。所纵在进行钢纤维的搅拌和施工时必须充分考虑到对其特性有影响的因素.这些影响因素如下所列。
钢纤维掺量,钢纤维种类吸材质、形状和尺寸);作为基体的混凝土的质量;的钢纤维与基体的粘着状况,
    钢纤维在基体中排列与分布状况。
    一般地说,纤维增强混凝土的特征随着纤维掺量的提高而愈加显著,而钢纤维增强混凝土中钥纤维接量在实际应用中再高。之所以如此,是因为钢纤维掺量超过2%时在搅拌机内搅拌就困难了,铆纤维增强混凝土的质量如和易性等等也不能达到要求、使收效与所花的成本不相称。
    钢纤维种数甚多,但都是纤维越长其抗拉强度越大,搅拌成的增强混凝土的韧度也越高。钢纤维直径越大,每一根的约束力也越大。但同时枯着力必须能保证与之相称,这种约束力才能奏效。为此,钢纤维的长度与直径之比(长宽比)通常取为60以上。再者,考虑到创纤维在增强混凝土中的分散性,它的长度以取成基体骨料粒径的2位左右为佳.
    用于混凝土增强目的的钢纤维,不仅要有规定的强度,而且重要的是要能与水泥、混凝土适当粘着。为此就要仔细选择各种钢纤维的长宽比c } })和形状等等。现就钢纤维为了利用钢纤维增强混凝土的优良特性,必须采用质量尽可能高的混凝土做基体。为此,根据日本土木建筑学会的规定,钢纤维
  增强混凝土的水灰比以低于}"为好。
  如果钢纤维与混凝土的枯着力得到提高,钢纤维的约束力就可望更大,钢纤维增强混凝土的抗拉强度和抗挠强混凝土的破坏不是由于钢纤维被拔出,而是由于它的断裂。这时也就无法指望钢纤维增强混凝土的韧度会提高。
    至于钢纤维在基体中的排列与分布状况。混凝土在什么方向上及哪个部位上需要强化是可以由入决定的。钢纤维的排列多呈三维或二维散乱状况。但是。由十施工方法的不同,例如喷射混凝土施工,如果不出于特别的需要。也呈二维散乱状况(见照片)。钢纤维在基体中通常都是均匀分布的。实际应用的钢纤维增强混凝土制造方法大至有两种。
    (1顶先搅拌法
    钢纤维与其他混凝土原料一起投入搅拌机内搅拦成钢纤维增强混凝土。日本几乎全都采用这种方法。另一种搅拌方法不是在混凝土搅拌站进行.而是在混凝土搅拌车上投入钢纤维进行搅拌,以及用可移式搅拌系统或连续搅拌机进行搅拌(见图2)。
    (幻喷射成形法
    喷射成形法通常有湿式喷射和千式喷射两种。它们与常规的喷射混凝土大体相同,差异在钢纤维与其他物料同时从喷嘴喷出‘在瑞典等国家则往往采用如同制造玻璃纤维增强混凝土的模喷成形法。在向模板内喷射时,产二边切断钢纤维一边喷射成形‘见图3}}用预先搅拌制造钢纤维增强混凝土比较困难.钢纤维与其他物料一并投入搅拌机后。钢纤维有时相互缠结成团,有时会在基体中分布不均匀。这两种情况的解决办法是使作为基体的混凝土的配比高于普通混凝土的配比,而且在将钢纤维投入搅拌机后用扩散机使之散开.采用这种解决办法时。钢纤维增强
混凝土的配比设计异常重要。一旦配比设计有误,搅拌出的钢纤维增强混凝土就达不到预期的质量要求。切削成的钢纤维和用水溶性粘结剂枯合的带钩钢纤维等在搅拌时不易缠结成团,所以不使用扩散机也无妨。
    喷射混凝土施工有千式喷射和湿式喷射两种方法.采用湿式喷射则搅拌充分,钢纤维的回弹率可降到约2}}d,采用千式喷射通常是在喷嘴处添入搅拌用水,据介绍钢纤维的回弹率达到大约4}}}。北欧国家在钢纤维增强混凝土中掺进微硅粉,由此使回弹率显著降下来.
    钢纤维增强混凝土与普通混凝土,二者的施工方法是不同的,须注意以下几项:
    (1)钢纤维增强混凝土不采用模板浇注的施工方法;
    (2)在将浇接部分与层状钢纤维增强混凝土捣实时。要将振捣器插到下面层,使上、下两层固结为一体;
    (3)要避免振捣过度。
    上述注意事项对于控制钢纤维在基体中的排列和分布状况很重要.钢纤维增强混凝土中山于掺入了大量钢纤维,即使在模板内移动。也很难将铲子插入.用振捣器使之移动则不仅会造成物料分离,而且还会使钢纤维
分布不均匀。
    为了使钢纤维增强混凝土成为一个均匀的整体,应如图4所示把振捣器插到浇接部分的混凝土中去.务必使浇接部分的钢纤维排列不中断、分布均匀,如果不能充分做到这一点,浇接部分的基体内钢纤维掺量及排列均会发生偏差,接浇面上就会没有钢纤维存在.此外,在将钢纤维增强混凝土捣实时,如果振捣时间过长会使基体中的钢纤维下沉,从而破坏了它的均匀分布.这一点必须注意到。
 钢纤维增强混凝土与其他纤维增强混凝土的重要区别在于它可以用作为截面较大的构筑材料。但是它不能当作普通钢筋混凝土的代用品,是多用来替代素混凝土或钢筋用量少的混凝土等构筑材料.
    钢纤维增强混凝土中钢纤维掺量的不同会引起它的质量发生很大变化。钥纤维掺量通常为。‘5一2.。%。就工程结构而言,不同工程结构的钢纤维掺量不同
    可以看出,用于路面和桥面数设时钢纤维掺量较高,而用于隧道、堤坝和倾斜面的喷射支护时钢纤掺量为11。一13敷设用的钢纤维增强混凝土中钢纤维掺量达-5线 r所以它的抗挠强度大,由此可减小敷设厚度。