钢纤维混凝土

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1、本 科 生 毕 业 论 文（设 计）内容摘要钢纤维混凝土是一种新型的复合建筑材料，本文首先介绍钢纤维混凝土的定 义和发展概况，详细分析了钢纤维的类型和特征参数，在此基础上对比了钢纤维 混凝土的基本性能，阐述了钢纤维对混凝土产生的增强机理。钢纤维混凝土应用 前，对它的技术要求在原材料的质量要求、配合比、拌和、质量控制及设计和施 工要求的具体内容里进行了说明。与实际应用相结合，本文从水利工程、建筑工 程、道路和桥梁工程、铁路工程、港口及海洋工程等方面对钢纤维混凝土的优越 性能进行了列举和对比，叙述了它的经济效益和社会效益。最后对钢纤维混凝土 的广阔发展远景进行了展望关键词：钢纤维混凝土；技术；应用

2、目录内容摘要 I目 录 II第1章 引言 11.1 钢纤维混凝土定义和特点 11.2钢纤维混凝土的历史发展及其特点 1第2 章 钢纤维混凝土的基本性能 32.1 钢纤维基本性能 32.2钢纤维混凝土的增强机能 4第3章 钢纤维混凝土的技术要求 63.1 原材料的质量要求 63.2钢纤维混凝土配合比设计 63.3钢纤维混凝土的拌和 83.4 钢纤维混凝土的质量控制 83.5钢纤维混凝土的设计与施工要求 8第4章 钢纤维混凝土的应用技术 94.1钢纤维混凝土在水利工程应用 94.2建筑工程方面应用和实例 104.3钢纤维混凝土在道路和桥梁工程应用 114.4钢纤维混凝土在铁路工程应用 124.5钢

3、纤维混凝土在港口及海洋应用 13第5章 钢纤维混凝土的经济和社会效益 14第6章 结语 15参考文献 16第1 章 引言伴随着混凝土在工程方面使用更加广泛，不能满足工程要求的缺点就越来越 明显。针对此情况长期以来，国内外许多专家和学者不断探索改善混凝土的性能 的各种方法和途径，提出了一种以传统素混凝土为基体的复合材料钢纤维混凝土。1.1 钢纤维混凝土定义和特点钢纤维混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrete简写为SFRC）就是在普通混 凝土中掺入适量短钢纤维而形成的可浇筑、可喷射成型的一种新型复合材料。我 国近年来发展起来的一种性能优良且应用广泛的复合材料。其中所掺

4、的钢纤维是 用钢质材料加工制成的短纤维，常用的有：切断型钢纤维、剪切型钢纤维、铣削 型钢纤维、熔抽型钢纤维等。钢纤维在混凝土中主要是限制混凝土裂缝的扩展， 从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度较普通混凝土有显著提高，其抗冲击、抗疲劳、 裂后韧性和耐久性有较大改善，使原本属于脆性材料的混凝土变成具有一定塑性 性能的复合材料，从而改善了结构使用的寿命，对节省工程造价等具有重要的经 济效益和社会效益。1.2 钢纤维混凝土的历史发展及其特点有关钢纤维混凝土的最早文献出现在上世纪初，美国H.F.Porter于1910年提 出建议，开展在混凝土中均匀掺入钢纤维以作为增强材料的研究，发表了有关以 短纤维增强混凝土的

5、研究报告，其设想与现在的钢纤维混凝土大体相同。随后在 1911年，美国的Grallam就把钢纤维掺入普通钢筋混凝土中，得到了可以提高混 凝土强度和稳定性的结果。在 20世纪 40年代，美国、法国、英国、德国等先后公布了许多关于钢纤维 混凝土补强混凝土结构方面的专利，主要涉及钢纤维提高混凝土的耐磨性、抗剪 能力的研究报告以及钢纤维制造工艺、改进钢纤维形状来提高钢纤维与混凝土基 体的粘结力。日本在二战时因军事需要，要将8#镀锌铁丝（直径4.2nlnl）切成8 一 10cm长，再以手工方法把它投入到圆筒形搅拌机内的混凝土中，并与混凝土均匀 拌合，掺入量为混凝土体积掺量的 1%以下，当时用此混凝土进行

6、放炸弹的结构 试验。并与钢筋混凝土在耐爆性能方面进行对比分析，但这时候的钢纤维一直没 有达到实用阶段。一直到1963年，J.P.RomUaldi和G:BBatson发表了一系列关于 钢纤维约束混凝土裂缝开展机理的研究报告，提出了钢纤维平均间距理论以后， 有关钢纤维混凝土这种复合材料的开发、试验以及应用才迅速开展起来。20世纪70年代，美国Battelle公司开发了熔抽技术，大大降低了钢纤维的造 价，为钢纤维的推广应用提供了可行性条件。接下来的20年中，钢纤维的应用得 到了普遍重视，尤其以日本、美国、英国发展最快。美国在高层建筑中开始大量 采用纤维增强混凝土预制墙板、阳台、波形板和空心板，铺设了

7、大量的公路路面 和桥面。而在欧洲，钢纤维混凝土成功地应用于伦敦希斯罗国际机场高层停车场 的预制地板、法兰克福国际机场跑道和停机坪的改建工程。美国和日本先后制定 了纤维混凝土分类、搅拌及浇注成型指南，并于1993年进行了修订。日本土 木工程协会和混凝土协会先后制定了钢纤维混凝土设计指南和纤维混凝土 试验方法标准。我国对钢纤维混凝土的研究较晚，对钢纤维混凝土基本理论的研究开始于 70 年代，随着钢纤维产量的提高，近年来对钢纤维混凝土做了大量的研究工作，在 钢纤维混凝土基本性能和增强增韧机理方面取得了很大的进步。大连理工大学赵 国藩院士首先从断裂力学理论出发，导出了与复合材料理论相一致的乱向分布钢

8、纤维混凝土抗拉强度公式，并分析了钢纤维混凝土的增强机理和破坏形态。1986 一2008年，我国先后在大连、哈尔滨和上海、北京等地举行了第一至第十二届纤 维水泥制品与纤维混凝土学术会议。并由哈尔滨建筑大学、大连理工大学等单位 编制了中国工程建设标准化协会领出版的钢纤维混凝土试验方法标准、钢纤 维混凝土结构设计和施工规程，为我国钢纤维混凝土的基础理论研究和工程应用 起到积极的推动作用。虽然在钢纤维混凝土的基本性能与增强机理研究方面都取得了长足的进展， 但同欧美和日本相比，我国在钢纤维混凝土的开发与应用方面还有一定的差距。 并且随着轻质、高强、高性能混凝土在工程中的应用，现有的技术标准和规程还 不能

9、满足工程上的需要，仍需要补充修订。钢纤维增强轻质混凝土、高强混凝土 以及与钢丝网等材料联合应用方面，结构设计理论和相关的施工技术仍需进一步 研究，以使钢纤维混凝土的应用得到更大的推广。随着我国经济发展的不断提高，大跨度结构和高层建筑的需求量日益增加， 混凝土的结构耐久性越来越得到重视，其自重大、脆性大、抗拉强度低等一系列 的弱点凸显出来，限制了它的发展。而钢纤维纤维混凝土克服了这些缺点。从而 在我国水利工程方面、建筑工程方面、道路和桥梁工程方面、铁路工程方面、军 事工程方面得到了广泛的应用。第 2 章 钢纤维混凝土的基本性能钢纤维混凝土的特点是抗裂 ,抗拉,抗弯,抗剪,耐磨性能,疲劳强度和抗冻

10、融性 能均较普通混凝土有大幅提高。而发生这些变化的是因混凝土中掺入了钢纤维， 下面我们就其的基本性能和引发的增强机能进行如下分析。2.1 钢纤维基本性能2.1.1 钢纤维的类型及特征参数 钢纤维按材质分,有普通碳钢钢纤维和不锈钢钢纤维 ,其中以普通钢钢纤维用 量居多;按外形分有长直形、压痕形、波浪形、弯钩形、大头形、扭曲形 ;按截面 形状分有圆形、矩形、月牙形及不规则形;按生产工艺分有切断型、剪切型、铣削 型及熔抽型;按施工用途分有浇筑用钢纤维和喷射用钢纤维。为满足钢纤维的增强 效果与施工性能,通常采用钢纤维长度为1560mm,直径或等效直径为0.31.2mm,长径比为30100，纤维的体积掺

11、量为0.5%2%。2.1.2 钢纤维的主要性能钢纤维的主要性能包括抗拉强度与黏结强度。试验表明,由于普通钢纤维混凝 土主要是因钢纤维拔出而破坏,并不是因钢纤维拉断而破坏,因此钢纤维的抗拉强 度一般能满足使用要求,而其与混凝土基体界面的黏结强度是钢纤维混凝土性能 的主要因素。黏结强度除与基体的性能有关外,就钢纤维本身而言,与钢纤维的外形 和截面形状有关。国内外对钢纤维的作用机理和钢纤维混凝土的基本性能做了大量的研究并作 归纳，具体的研究内容如下：（1）强度和重量的比值增大。这是纤维混凝土具有优越经济性的重要指标， 也是它具有广阔应用前景的重要保证；抗拉强度和主要有主拉应力控制的抗剪、 抗弯、抗扭

12、强度明显提高。当纤维掺量在 1%2%范围内，抗拉强度提高 25% 50%，抗弯强度提高 30%80%，用直接双面试验所测定的抗弯强度提高 50% 100%。抗压强度提高幅度较小，一般在 025%。（2）变形性能明显改善。钢纤维对混凝土抗压弹性模量影响不显著，受拉弹 性模量随纤维掺量的增加约提高 020%。钢纤维对混凝土的韧性比素混凝土大 大提高。在通常的纤维掺量下，抗压韧性可提高 27 倍，抗弯韧性可提高几倍到 几十倍；弯曲冲击韧性可提高 24 倍，板式试验落锤法击碎试验所测得的冲击韧 性可提高几倍到几十倍。（3）抗收缩和徐变性能有所提高。钢纤维混凝土的收缩值随着掺量的增加而 有所降低。例如，

13、掺量为 1.5%（长径比为 50）的钢纤维混凝土较普通混凝土的 收缩值降低7%9%。持续荷载下钢纤维混凝土的受压徐变比相同条件的普通混 凝土有所降低。（4）抗裂和抗疲劳性能有较大改善。由于钢纤维对混凝土的阻裂作用，钢纤 维混凝土比素混凝土具有更好的软化性能和抗疲劳性能。例如掺有 2%的钢纤维 混凝土抗压疲劳寿命达到2x10次时，应力水平可达到0.92，而普通混凝土的应 力水平为 0.56。（5）具有较好的物理耐久性和化学耐久性。钢纤维混凝土在各种物理因素作 用下的耐久性一般来说都有不同程度的提高，其中耐久性、耐热性和抗蚀性有显 著提高，抗渗性能与普通混凝土相比没有明显提高变化。掺有 1.5%的

14、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CF35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。2.2 钢纤维混凝土的增强机能目前对于混凝土中均匀而任意分

15、布的短纤维对混凝土的增强机理存在着两种 不同的理论解释。其一为美 Romualdi 提出的“纤维间距机理” ;其二为英国的 Swamy,mangat 等人提出的“复合材料机理”。（1）纤维间距机理 这一机理是:根据线弹性断裂力学来说明纤维对于裂缝 发生和发展的约束作用。认为在混凝土内部原来就存在缺陷,欲提高这种材料强度, 必须尽可能的减少缺陷的程度,提高韧性,降低内部裂缝端部的应力集中系数。假定纤维在拉力方向呈棋盘分布（间隔S）,裂缝（半径a）存在于4根纤维所围住 的中心时，由于拉伸应力所引起的粘结应力分布（T ），产生于和纤维相邻近的裂缝 端部附近处,起着约束裂缝开展的作用。如果没拉伸应力引

16、起的内部裂缝端部应力 集中系数K6，而与裂缝端部相邻近的粘结应力分布T产生的具有相反意义的，起 约束作用的应力集中系数为Kf则总的应力系数Kt将减少，即:Kt=K6 -Kf所以初裂缝强度得以提高。可见，单位面积内的纤维数（n）越多亦即纤维间距越 小,强度提高的效果也就越好。为了证实混凝土的初裂强度受纤维间距支配,Romuldi等人还做了相应的试验, 实验结果同理论推导是比较接近的。理论推算和试验结果都表明在一定的纤维体 积含量时,可以认为抗拉强度近似地同纤维间距成比例关系。纤维间距机理假定,纤维和基体间的粘结是完善的,这和事实有出入。间距的概 念一旦超出了比例极限就不再成立,因而还不是很完美的

17、理论。（2）复合材料机理 这一机理的理论出发点是复合材料构成的混合原理。 将纤维增强混凝土看作是纤维强化体系 ,并应用混合原理来推定纤维混凝土的抗 拉和抗弯强度。在基体和纤维完全粘结的条件下 ,并在基体和连续纤维构成的复合体上施加 拉伸力时,该复合体的强度是由纤维和基体的体积比和应力所决定。第 3 章 钢纤维混凝土的技术要求钢纤维对混凝土抗拉强度、抗弯拉强度、和抗剪强度的影响在前面文中有所 阐述。因为不同的纤维类型对混凝土的增韧效果也有差异，还有其他原材料的采 用都会影响混凝土的性能，所以我们对其有要求。同时，在一般情况下，纤维掺 量影响着纤维对混凝土的增韧效果，而且纤维掺量的增加，会增大经济

18、成本，因 此这要求我们按照相关规范进行配合比设计、拌和，按照相关规范进行质量控制 和施工。3.1 原材料的质量要求（1）钢纤维：表面应洁净无锈无油，无粘结成团现象，保证钢纤维与混凝土 的粘结强度，尺寸和抗拉强度符合技术要求；单根钢纤维丝的最低抗拉强度 800N/mm2，掺加量不超过70kg/ m3。（2）水泥：采用硅酸盐水泥符合混凝土结构工程施工及验收规范。（3）碎石：应采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、表面粗糙，近立方体颗 粒的碎石，直径应不大钢纤维长度的2/3 （钢纤维长度一般为34cm），含泥量不 大于 1%，细长、扁平颗粒及风化石、针片状含量不大于 10%，必要时应将含有 土颗粒的碎石

19、用水冲洗。（ 4）细集料：宜采用天然中粗砂或机制砂，砂粒必须坚硬、洁净、干燥、无 杂质、颗粒均用，细度模数为 2.03.0，含泥量不大于 3%，含泥量超过标准的砂 必须过筛。细集料的洁净程度，天然砂以不小于 0.075mm 含量的百分比表示，机 制砂以砂当量或亚甲蓝值表示，其质量必须满足规范要求。（ 5 ）水：无污染的自然水或自来水。（6）外加剂：宜选用优质减水剂，对抗冻性有明确要求的钢纤维混凝土宜选 用引气型减水剂。水泥，骨料，水，外加剂和混合材料应符合国家标准混凝土结构工程施工及验 收规范中的关规定。3.2 钢纤维混凝土配合比设计钢纤维混凝土的配合比是指钢纤维混凝土中各组成材料之间的比例关

20、系。其 设计的基本目的是将其组成的材料（包括钢纤维、水泥、水、粗细骨料及外加剂等） 合理配合，使所设计配置的钢纤维混凝土满足结构设计和质量验收的强度要求， 对建筑工程一般应满足抗压强度和抗拉强度的要求，对路面工程等一般应满足抗 压强度和抗折强度的要求;满足施工和易性的要求;满足耐久性的要求;满足经济性 的要求。在满足上述工程要求的条件下，充分发挥钢纤维的增强作用，尽量降低 高价材料（如水泥、钢纤维）的用量，降低钢纤维混凝土的成本。钢纤维混凝土的配合比设计与普通水泥混凝土相比，在水泥混凝土拌合料中 掺入钢纤维，主要是为了提高混凝土的抗弯、抗拉、抗疲劳的能力和韧性，因此 配合比设计的强度控制，当有

21、抗压强度要求时，除按抗压强度控制外，还应根据 工程性质和要求，分别按抗弯强度或抗拉强度控制，确定拌合料的配合比，以充 分发挥钢纤维混凝土的增强作用，而普通水泥混凝土一般以抗压强度控制来确定 拌合料的配合比。钢纤维混凝土配合比设计时，应考虑掺入拌合料中的钢纤维能分散均匀，并 使钢纤维的表面包满砂浆，以保证钢纤维混凝土的质量。在拌合料中加入钢纤维 后，其和易性有所降低。为了获得适宜的和易性，有必要适当增加单位用水量和 单位水泥用量。钢纤维混凝土配合比设计是以钢纤维混凝土拌合料的特性及其硬 化后的强度为基础的。其主要目的是根据使用要求，合理确定拌合料的水灰比、 钢纤维掺量、单位用水量和砂率等四个基本

22、参数，由此即可计算出各组成材料的 用量。钢纤维混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度以及钢纤维混凝土拌合料 的和易性与水泥强度等级、水灰比、钢纤维掺量和长径比、砂率、用水量等因素 有关，其中水灰比和水泥强度等级对抗压强度影响最大，其他因素影响较小。钢纤维掺量和长径比、水泥强度等级却对抗弯强度和抗拉强度影响最大，砂 率和用水量对和易性影响较大因此，采用以抗压强度与水灰比、水泥标号的关系 来确定水灰比，然后用抗折强度或抗拉强度要求，在初步确定水灰比和体积率后 再根据和易性要求来确定砂率和用水量。在进行钢纤维混凝土配合比设计时，需预先明确钢纤维混凝土的各种技术要 求:钢纤维混凝土的强度要求（如立方体抗

23、压强度标准值、抗折强度或抗拉强度标 准值）;钢纤维混凝土的耐久性要求（如抗渗等级、抗冻等级以及抗磨性、抗侵蚀性 等）;钢纤维混凝土的和易性要求 （如坍落度指标等）。对各项原材料需预先进行检 验，明确所用材料的品质及技术指标 :钢纤维的类型、形状、直径与长径比 ;水泥 品种及强度等级;砂的细度模数及级配情况;石子的种类、最大粒径及级配;是否掺 用外加剂及掺合料;水泥的密度，砂石的表观密度、密度及吸水率等。同时参照钢 纤维混凝土结构设计与施工规程中有关混凝土配合比设计方法，最后选定钢纤 维混凝土的配合比。3.3 钢纤维混凝土的拌和对于钢纤维混凝土宜采用机械拌和。当钢纤维体积率高 ,拌和物稠度较大时

24、, 搅拌机一次拌和量不大于其额定拌和量的 80%。各种材料的重量计量准确,称量偏差在允许范围内。搅拌的投料次序和方法应以搅拌过程中钢纤维不结团 ,不产生弯曲或折断 ,不 因拌和机超负荷而停止运转,出料口不堵塞为原则。宜选用将钢纤维,水泥,粗细骨 料先干拌而后加水湿拌的方法。钢纤维混凝土的搅拌时间应通过现场搅拌试验确定 ,并比应该普通混凝土规 定的搅拌时间延长12min,采用先干拌后湿拌的拌和试验时，干拌时间不宜小于 1.5min。3.4 钢纤维混凝土的质量控制钢纤维混凝土的质量检验除应对原材料配合比施工主要环节按现行有关混凝 土结构工程施工与验收规范的规定执行外,尚应检验下列项目:对钢纤维进行

25、质量 检验。钢纤维的称量每一工班至少检验二次;同时应采用水洗法在浇筑地点取样检 测钢纤维体积率,每工作班至少二次;水洗法检验钢纤维体积率的误差不应超过配 合比要求的钢纤维体积率的15%。取样制作抗压,抗折强度标准试件,坍落度不大 于50mm的钢纤维混凝土用震动台振实;大于50mm的用木槌振实。抗压试块采用 边长150mm的立方体为标准试件标准养护28天测定其抗压强度,抗折试件采用 150mX 150mm X 550mm的标准试件经标准养护，在龄期达90天时进行测试。3.5 钢纤维混凝土的设计与施工要求我国于1996年出版了钢纤维混凝土试验CECS13:89和钢纤维混凝土 结构设计与施工规程CE

26、CS38:92但本规程只对钢纤维混凝土结构不同于混凝土 结构设计与施工的专门要求作出规定。在进行钢纤维混凝土结构设计和施工时 , 尚应与相应的规范配合使用。第4 章 钢纤维混凝土的应用技术钢纤维混凝土作为一种新型复合材料，以其优良的抗拉、抗弯、阻裂、耐冲 击、耐疲劳、高韧性等物理力学性能，目前已被广泛应用于建筑工程、水利工程、 公路桥梁工程、公路路面和机场道面工程、铁路公程、管道工程、内河航道工程、 防暴工程和维修加固工程等各个专业领域。4.1 钢纤维混凝土在水利工程应用水利工程钢纤维混凝土在水利工程中的应用比较广泛，主要将其用于受高速 水流作用以及受力比较复杂的部位，如溢洪道、泄水孔、有压疏

27、水道、消力池、 闸底板和水闸、船闸、渡槽、大坝防渗面板及护坡等。这些部位对混凝土材料自 身的抗拉强度、抗剪强度以及抗裂性能的要求都比较高，也正发挥了钢纤维混凝 土的自身优势。以下是在水利工程中相关方面使用钢纤维混凝土列举：（1）支护工程 钢纤维混凝土由于抗拉、抗弯、抗剪强度高 ,能承受较大的 围岩和土体的变形作用而保持良好的整体性,因此可用于隧洞支护、山体护坡等工 程。如浙江省开化县齐溪水电站有压隧洞在两个工程段内采用喷射钢纤维混凝土 衬砌,使围岩能在较大程度上发挥作用,减少了衬砌厚度,由原来的钢筋混凝土衬砌 厚度500mm减至钢纤维混凝土喷衬厚度60mm，省去了钢筋加工和绑扎工程量, 同时不

28、需立模和回填灌浆 ,造价由每延米 1175 元减至 398 元,施工工作量减少 3/4。工程至今正常运行。（2）储水、防渗、输水管道工程 钢纤维混凝土由于抗裂性能好、收缩率 低,因而防水、防渗性能较好,可用于低压输水管、蓄水池、地下室防渗等工程。 而在储水和防渗结构中钢纤维混凝土可作防水层 ,有时也可兼作结构层代替钢筋 混凝土。如浙江省余姚岭水库混凝土坝面多次出现裂缝、下游面局部出现渗水 , 在混凝土面层采用喷射钢纤维混凝土，厚度50mm,达到了防渗效果,与高频振荡钢 丝网水泥砂浆防渗面板相比,具有工艺简单、施工方便、造价低等优点。（3）高速水流冲刷磨损部位 钢纤维混凝土具有较高的抗冲磨、抗气

29、蚀能 力,因此可用于溢洪道、消力池、闸底板等承受高速水流作用的部位。如 :大渡河 支流南桠河石棉二级电站,该电站是引水式径流电站,1965 年建成发电。当年汛期 后昇中砂闸底板和护坦被冲成深槽，最深处达07m,埋设的28mm钢筋全部磨 断,1968 年和 1969 年先后两次用辉绿岩铸石板、环氧混凝土、呋喃混凝土进行修 补加固对比试验，除环氧混凝土在一个汛期内磨损1050mm外（后来也被冲毁 了）,其余材料不到一个汛期全部被砸碎冲掉。1977年在毁坏处采用硅锰渣铸石板、 改性环氧砂浆、胶乳水泥砂浆、MC尼龙板、高强混凝土、钢纤维混凝土等材料 进行补强试验,结果表明钢纤维混凝土是较好的抗冲耐磨材

30、料。（4）处于腐蚀环境中的构件 钢纤维混凝土具有良好的耐腐蚀性能,可用于 海水等腐蚀环境中的闸门、输水管道等构件的防蚀层或结构层。（5）动力荷载作用部位和抗震结构节点 由于钢纤维混凝土具有较高的抗 拉强度、断裂韧性和抗疲劳等性能 ,因此,可用于承受动力荷载的机墩、抗震结构 的框架节点等部位。（6）复杂应力部位 钢纤维混凝土中的钢纤维一般呈三维乱向分布 ,沿每个 方向都有增强和增韧作用。钢纤维对混凝土结构复杂应力区增强是非常有利的 , 而且容易浇筑成型,比钢筋更能适应各种复杂的结构形式。此外,钢纤维限制混凝 土裂缝的作用也是钢筋不能相比的。因此,可用于大坝内廊道、泄水孔等孔口复杂 应力区和牛腿等

31、受弯构件的抗剪以及板的抗冲切部位等。（7）部分应用钢纤维混凝土的水利水电工程 浙江省淳安县河村水库泄洪 洞支护,浙江省文成县百丈际水电站引水隧洞、葛洲坝二江泄水闸、三门峡泄水排 砂底孔、贵州乌江渡水电站、江西大港水电站的工程修补,湖南省永川市向阻坝渡 槽局部槽身加强,浙江省玉环县四海闸闸槽二期,三峡临时船闸闸槽二期,杭州市德 胜坝闸门门体等。钢纤维混凝土在以上工程应用均取得良好效果。4.2 建筑工程方面应用和实例钢纤维混凝土在建筑工程中的影响越来越广泛，一般应用于房屋建筑工程、 预制桩工程、框架节点、屋面防水工程、地下防水工程等工程领域中。如抗震框 架节点中使用钢纤维混凝土，能代替箍筋满足节点

32、对强度、延性、耗能等方面的 要求，而且还能提供类似于箍筋约束混凝土的作用，并解决节点区钢筋挤压使混 凝土难于浇注的施工问题；钢纤维混凝土还具有良好的抗裂性，可使构件在标准 荷载下处于弹性阶段而不裂，不出现应力的重分布；用钢纤维混凝土制成的自防 水预应力屋面板，不仅提高了自防水预应力屋面板的抗裂性能，同时也减少了纵 向预应力筋的配筋率，提高了结构的耐久性。以下是在建筑工程中使用钢纤维混 凝土列举：（1）福州高层华福大厦，该工程地上31 层，地下2层，一至八层为商业与 办公室用房，层高高、开间大，九层以上为公寓，层高低、开间小，故在八层顶 采用结构转换层，该转换层大梁全部采用钢纤维混凝土。钢纤维掺

33、量为混凝土体 积的1%，相当于每立方混凝土掺78 公斤钢纤维。采用扬中工程纤维厂生产的剪 切扭曲型钢纤维，混凝土强度等级C40,石子粒径不大于20。二幢大厦转换层大 梁共计混凝土 500m3,使用钢纤维近40吨。施工时由人工将钢纤维均匀地抛撒 在砂石骨料中，先干拌均匀后再加水泥与水进行正常搅拌，比普通混凝土多一道 干拌工序。其抗剪能力约提高 45%，建成后效果较好。（2）福州中美大厦，地下2层，地上28层，框架 剪力墙中筒结构。标准 层层高仅2.9米，最大柱距7.9米，为保证建筑净高，内框架高仅270mm，梁宽 为2000mm，即为特型宽扁梁。为了保证柱周边板带的抗冲切能力，设计中将板 带在柱

34、上交汇的方块处加厚为 400mm 形成柱帽更好地支托由板带梁传来的荷载 安全地过渡到柱上，同时又起到梁加胶的作用；两个方向柱帽的宽度与板带梁同 宽为2000mm，为提高柱帽处的抗冲切能力在该柱帽处采用钢纤维混凝土。钢纤 维掺入量为混凝土 1%体积率，柱帽部分的钢纤维混凝土另行配置，施工时先捣 注柱帽范围后捣注梁板部位混凝土。由于施工时配合较好，质量得到保证。因无 较高向下垂柱的大梁，各标准层楼板底直观效果好，显得空间平整。（3）其余福州东方大厦、沈阳市急救中心站综合楼、江苏省丹阳市中医院、 辽阳市食品公司办公楼等工程4.3 钢纤维混凝土在道路和桥梁工程应用钢纤维混凝在道路和桥梁工程方面，主要广

35、泛应用于路面、桥梁、机场跑道 等工程中，包括新建及修补工程。钢纤维混凝土较普通混凝土有较好的韧性，抗 冲击、抗疲劳性。它可使面层厚度减少，伸缩缝间距加长，使用性能提高，维修 费用减低，寿命延长。面层较普通混凝土可减少 30-50%，公路伸缩缝间距可达 30-100m，机场跑道的伸缩缝间距可达30m。用于路面及桥面修补时，其罩面厚 度仅为3-5cm。以下是在道路和桥梁工程中使用钢纤维混凝土列举：（1）2002年在新乡市新辉特大立交桥工程中，桥面伸所缝处采用C50钢纤维 混凝土。我们严格按照设计文件和规定要求,选用黑龙江庆安钢铁厂生产的熔抽型 碳钢纤维;天津蓟县产12cm石灰岩碎石;天津蓟县产河砂

36、（细度模数2.7）;天津华 联外加剂厂生产的“永强”牌TD-10减水防冻剂，唐山冀东水泥厂生产的“盾石” 525普硅水泥，经过反复的试验最后确定了用于桥面伸缩缝的C50钢纤维混凝土配 合比。在桥面伸缩缝施工过程中严格按照配合比控制原材料质量搅拌，振捣和浇筑 全部按规范要求进行施工，取得了很好的效果。经过工程施工的检验，能够满足设计 的要求。（2）美国陆军工程兵团所采用的混凝土或砂浆表面抗磨损试验（转动切削法） 方法，以分析其抗磨损性能。其结果表明，根据转动切削试验法纤维混凝土增强 抗磨损能力 105。使用纤维后增加的粗糙度，将使混凝土在同样外露表面磨损 试验条件下，抗磨损能力增加 1 倍 。

37、也曾与挪威高速公路试验室合作进行抗磨 损试验。试验在挪威有钉帽的轮胎测试混凝土磨损试验机上进行。其结果表明， C75 有纤维的混凝土试样比无纤维的对比试样，其抗磨 损能力增加 52，而 其试件磨损损失量少34.4%。C50纤维混凝土试样，水泥用量虽少，但所显示 比C 75对比试样的抗磨损能力增加20%，而其材料磨损损失量少17.2%。（3）其余有北京东西环路立交桥、沪杭高速公路成渝公路、大足朱溪大桥、 广州解放大桥等工程中都采用了钢纤维混凝土解决工程难题，使用效果较好，经 济效益显著。4.4 钢纤维混凝土在铁路工程应用在铁路工程方面，钢纤维混凝土主要用于预应力钢纤维混凝土铁路轨枕、双 块式铁路

38、轨枕及抢修铁路桥面防水保护层中。铁路工程承受较大的荷载、较高的 速度和数万次的振动，所以要求混凝土必须具有较高的强度、较高的抗冲击性及 较大的塑性。这正好利用了钢纤维混凝土的抗冲击性及较好的塑性。钢纤维混凝 土的应用，使维修工作量大为减少，并提高了线路的使用寿命，效果良好。（1）铁路方面在西康线椅于山隧道工程采用湿喷钢纤维混凝土取得成功，由 于钢纤维混凝土的抗压、抗拉和抗剪强度大，具有很强的支护功能。湿喷钢纤维 混凝土工艺节省人力、物力、简化工序、降低成本。喷射混凝土施工简便，不用 模拟，只需配备一台喷射机与搅拌机，省去了支模、浇筑和折模工序，使混凝土 输送、浇筑和捣实合为一道工序，取得良好的

39、经济效益。由于工序简化，也减少 了工序间的相互干扰，加快了衬砌的施工速度，提高了施工效率。湿喷钢纤维混 凝土可通过输料软管在高空或狭小工作区间向任意方向施工薄壁结构，机动灵活， 有较广的适应性，因而在隧道施工中适用范围广，可适用于III类及其III类围岸 以上的衬砌。与干喷相比，湿喷大大减少了施工粉尘，优化了施工环境，钢纤维 混凝土外有的粗糙，其小槽沟能吸收声波，减轻回音，因而具有降低噪音的功能。（2）太行山特长隧道位于石太客运专线小寨车站和盂县车站之间 ,通过太行 山山脉的主峰越宵山，隧道最大埋深445 m,设计为双洞单线隧道，两线线间距35 m, 隧道全长27 839 m,是目前我国设计的

40、最长山岭隧道。该隧道进口段围岩岩体破碎, 裂隙发育,条件较差,设计采用湿喷钢纤维混凝土进行初期支护。经现场试验 , 7 d 和 28 d 平均强度分别为 18.9 、 25.5MPa, 28 d 平均强度标准偏差仅为 0.6MPa, 变异 系数为 1.2% ,质量稳定优良。湿喷钢纤维混凝土在本工程的应用,大大地缓解了工 期矛盾,改善了作业环境,减轻了通风压力,社会经济效益明显。（3）其余建成的工程有：沈阳铁路局长达线维修工程、柳州铁路局黔桂铁路 铺设工程、南昆铁路隧道工程等工程土。4.5 钢纤维混凝土在港口及海洋应用钢纤维混凝土在海洋工程中的使用主要是钢纤维混凝土的腐蚀问题，所以有 待进一步研

41、究，但在日本和挪威的使用经验是令人鼓舞的。日本钢铁俱乐部采用 钢纤维混凝土作钢管桩防腐层，在海水中浸泡 10 年，钢纤维混凝土防腐完好，钢 管表面无锈蚀，仍有金属光泽。挪威将钢纤维混凝土用于北海海底输气管道的隧 道衬砌、Forsmark核电站海底核废料库的支护、海洋平台后张预应力管道孔的圭寸 堵以及码头混凝土受海水腐蚀部位的修补等。我国江苏石舀港码头的轨道梁工程 中也使用了钢纤维混凝土。第5 章 钢纤维混凝土的经济和社会效益根据第四章从各个工程方面举例，我们从钢纤维混凝土与普通混凝土性能对 比上就可以直观的看出产生的经济效益。这里我们再以钢纤维混凝土路面与普通 水泥混凝土路面相比从经济和社会效

42、益举例分析，其特点：（1）面层厚度可减薄至 1/2以上，使施工工期缩短，因此节约原材料及减少 工程量后所带来的一切费用；（2）路面使用寿命延长因此而节省的费用；（3）减少缩缝带来的材料、人工等所节省的费用；（4）节省养护、减少时间延误及维修费用； 除此以外，还有路面质量好，接缝少，延长车辆使用寿命等费用。综合分析 对于旧混凝土路面，若采用钢纤维混凝土进行罩面修复，则一次性投资的费用比 挖掉重建混凝土路面要节省许多。同样，从一次性投资、使用年限、维修费用、 资金的时间价值来全面评价钢纤维混凝土路面工程的经济效益，与新铺沥青混凝 土路面评价综合效益，钢纤维混凝土路面虽一次性投资较前者高，但从其维修

43、费 用、使用年限的不同考虑，以及和资金的时间效益，用年成本法计算其等值年金， 结果表明钢纤维混凝土路面每年支出的费用比沥青混凝土路面要低 35。采用钢 纤维混凝土修补法，不但可使钢纤维混凝土的质量及其增强效果得到保证，而且 还可提前开放交通，具有显著的经济效益和社会效益。由以上可以看出钢纤维混凝的优越性，不仅仅体现在结构性能上，还在经济 效益和社会效益上。第6 章 结语钢纤维混凝土的优越性能及在工程中成功的应用表明 :钢纤维混凝土不但可 以解决钢筋混凝土难以解决的裂缝、耐久性等,而且对于各个工程方面可以大幅度 降低造价。因此,钢纤维混凝土在我国社会建设工程中具有广阔应用前景。钢纤维混凝土虽有很

44、多的优点,但在应用上还是受到一定的限制。如施工和易 性较差 ,搅拌和振捣时会发生纤维成团或折断等问题 ,粘结性能也有待进一步改 善。钢纤维生产成本较高亦是影响钢纤维推广使用的一个重要因素。为了使钢纤 维混凝土得到广泛应用,一方面,应努力降低钢纤维生产成本从而降低钢纤维混凝 土的造价;另一方面,在应用时,不应只计一次性投资,而应考虑钢纤维混凝土的优 越使用性能、较低的维修费和使用寿命延长等综合效益。我们完全有理由相信 , 在不久的将来,钢纤维混凝土一定会在国内外更多的应用范围内显示出强大的优 越性。参考文献1 高丹盈，刘建秀。钢纤维混凝土基本理论M.北京：科学技术文献出版社，1994.2 邓宗才

45、.轻骨料高强度钢纤维混凝土的力学特性.山东建材学院学报， 1997.03.30.3 程秀菊. 钢纤维混凝土的增强机理及断裂韧性的研究. 河海大学硕士学位论文.2005.3.4 苑辉. 钢纤维混凝土的力学性能及韧性计算公式的研究. 辽宁工程技术大学， 2006.11.5 沈荣熹,崔琪,李清海. 新型纤维增强水泥基复合材料. 北京：中国建材工业出社， 2004,3.6 高丹盈,黄承过.钢纤维混凝土的抗压强度.河南科学， 1991.9（2）:83.7 何华兴. 浅谈钢纤维混凝土及其施工应用. 科技信息， 2008（19）:137.8 卢良浩. 钢纤维混凝土力学性能的实验研究及其开发应用 . 浙江水利

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