郑爱武
（西安工业大学建工学院陕西西安710000）
【摘要】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，本文在对钢纤维混凝土的增强机理进行进行介绍的基础上，对其在建筑工程方面的应用做一介绍。
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关键词 混凝土；钢纤维；性能及应用
Ontheperformanceofsteelfiberreinforcedconcreteanditsapplication
ZhengAi-wu
(Xi´anUniversityofTechnologyInstituteofTechnologybuiltXi´anShanxi710000)
【Abstract】Asanewtypeofcompositematerial,steelfiberconcretehasbeenwidelyusedinvariousareasofexpertiseforitspropertiesofphysicalmechanicsinexcellenttensile,bending,crackresistance,impactresistance,fatigueresistance,hightoughness,suchasarchitecturalengineering,hydraulicengineering,highwayandbridgeengineering,highwayandairportpavementengineering,railwayengineering,pipelineengineering,inlandwaterwayengineering,explosion-proofengineering,repairandreinforcementengineeringandsoon.Basedontheintroductionofstrengtheningmechanismofsteelfiberconcrete,itsapplicationinarchitecturalEngineeringwillbeintroducedinthispaper.
【Keywords】Concrete;Steelfiber;Propertiesandapplication
1.引言
（1）随着1830年前后混凝土的诞生，作为当时的一种新型建筑材料，就广泛地应用于土木和水利工程。伴随着钢铁的发展，人们把钢筋和混凝土结合起来，诞生了钢筋混凝土(ReinforcedConcrete)这种新型的复合建筑材料，大大提高了结构的抗裂性能、刚度、承载能力和耐久性。尽管混凝土的固有优点是高抗压强度，然而它也有固有弱点——如构件的自重大、易于塑性干缩开裂、抗疲劳能力低、韧性差、抗拉强度低(一般仅为抗压强度的7%～14%)、易产生裂纹、抗冲击碎裂性差等，限制了在工程中的使用范围。而且这些弱点随着混凝土强度的提高显得尤为突出。因此，长期以来许多专家和学者不断探索改善混凝土性能(主要是提高抗拉性能，增强耐久性)的各种方法和途径，于是提出了一种以传统素混凝土为基体的新型复合材料——钢纤维混凝土。
（2）钢纤维混凝土，通常是以水泥净浆、砂浆或者混凝土为基体，以金属纤维组成的一种水泥基复合材料。它是将短而细的，具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性等良好性能的钢纤维均匀的分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。
（3）与普通混凝土相比，钢纤维混凝土具有较高的抗拉、抗弯拉、抗冲击、抗阻裂、抗爆和韧性、延性等性能，同时对混凝土抗渗、防水、抗冻、护筋性等方面也有很大的贡献。我国对钢纤维混凝土基本理论的研究开始于上世纪70年代，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。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。
2.钢纤维混凝土的增强机理
钢纤维混凝土增强机理的研究主要有两种理论：复合力学理论和纤维间距理论。这两种理论从不同角度，解释钢纤维对混凝土的增强作用，其结果是一致的。
2.1复合力学理论。
复合力学理论将钢纤维增强混凝土看作是一种纤维强化体系，应用混合原理推导钢纤维混凝土的应力、弹性模量和强度等，并引入纤维方向系数，考虑在拉伸应力方向上有效纤维体积率的比例和非连续性短纤维应力沿纤维长度的非均匀分布。
2.2纤维间距理论。
纤维间距理论根据线弹性断裂力学原理解释钢纤维对裂缝发生和发展的约束作用。该理论认为，要想增强混凝土这种本身带有内部缺陷的脆性材料的抗拉强度，必须尽可能地减小内部缺陷的尺寸，降低裂缝尖端的应力场强度因子。对于混凝土这样的脆性材料，由于其内部的水泥浆-细骨料界面区，砂浆-粗骨料界面区薄弱环节的存在，尽管各组分材料都有较高的抗拉强度，但混凝土一般均发生断裂破坏，宏观抗拉强度很低。钢纤维的加入能跨越裂缝的两边，使钢纤维与裂缝两边混凝土之间的粘结应力起着约束裂缝开展的作用。
3.钢纤维混凝土在屋面防水和楼地面中的应用
传统的刚性防水屋面易开裂而发生渗漏，钢纤维混凝土具有较强的抗裂性能，用于防水屋面时可将刚性屋面的保护层和防水层融为一体，不需配筋，具有很好的防水功能，且价格适中，可用于绿化屋面、屋而停机坪和屋面活动场地等。
3.1钢纤维混凝土在结构局部重要部位中的应用。
（1）节点是框架梁柱的传力枢纽，也是框架的薄弱环节。国内外几次大地震表明，不少钢筋混凝土框架节点在地震作用下发生了不同程度的破坏，节点的抗震问题引起了工程界的重视。按照传统的方法，为提高钢筋混凝土节点的抗震强度和延性，需要在节点配置多而密的箍筋，而节点箍筋施工比较困难。节点中钢筋过于拥挤也影响了混凝土的浇筑质量。在框架节点部分用钢纤维配筋取代部分箍筋，能有效地解决这个问题。
（2）最早由哈尔滨建工学院樊承谋教授提出，经试验室试验后应用于工程。应用最早的是吉林省1661电台办公楼（1988年5月）及黑河市建委试验楼（1989年5月）。以上两项工程施工地点的年温差和昼夜温差都较大。为使防水层脱离找平层以便减少收缩和温度应力的影响，在钢纤维混凝土中掺有一定数量的膨胀剂，取得了良好的效果。每m3钢纤维混凝土的材料用量是水泥：砂：碎石：钢纤维：水：减水剂：膨胀剂=450：720：720：72：198：4.5：63。减水剂采用上海产高效减水剂，减水率15%。膨胀剂采用合肥产品，自由膨胀值小于0.1%。刚性防水屋顶采用分仓设计，每个分仓均为3×6m。各分仓之间以及与四周墙壁之间均设置分仓缝。分仓缝用PVC防水油膏充填。分仓木条尺寸为20×30mm，施工24小时后取出。防水层厚度为40mm。
3.2受动力荷载、有抗冲切要求及复杂应力等特殊部位。无梁楼盖中柱顶与楼板接触部位的柱帽、筏形基础的筏板、桩基承台板等的厚度要满足局部应力和抗冲切要求，采用钢纤维混凝土可大大提高板的承载力和抗裂性能，提高结构的耐久性，并可以减少板厚。在柱上牛腿部位、有抗震要求的结构重要部位及其它受动力荷载的复杂应力区，用钢纤维混凝土可改善受力情况，易满足抗剪、抗弯和局部抗压等要求。
3.3钢纤维混凝土在高层建筑转换层大梁中的应用。
在高层建筑中常遇到上下功能不同而需要设置中间结构转换层，通过结构转换层进行不同结构体系的转换。转换层的大梁是结构的重要构件，由于结构转换层受力情况复杂，承受较大的荷载，在多数情况下转换梁为偏心受拉构件，且承受较大的剪力，对抗剪和抗裂要求高。某市华福大厦工程在第八层顶的转换层所有大梁上全体积采用钢纤维混凝土，钢纤维的掺入量为混凝土体积的1％，由于采用了钢纤维混凝土，大梁的抗剪能力有了显著提高，与同一等级的混凝土抗剪能力相比提高了45％，比采用厚板转换层经济合理，并争取了一层的建筑空间。在高层建筑框架——剪力墙和框架——筒体结构中，联肢墙洞口的连梁跨高比一般较小(短梁)，极易发生脆性剪切破坏，掺入一定量的钢纤维就可以有效地改善连梁中混凝土的粘结和塑性条件，提高抗震性能。
3.4钢纤维混凝土在高层建筑柱和剪力墙中的应用。
在多高层建筑的底层，为了提高承载力，减少柱和剪力墙构件截而尺寸，常采用高强度混凝土。但高强度混凝土脆性大，超过100MPa后其材质变得非常脆，在轴压作用下呈突然性爆裂破坏，若加入钢纤维可以改善其性能，能够大幅度提高柱子受压边缘的极限压应变，从而提高柱子的延性。
3.5钢纤维混凝土在一般墙体工程中的应用。
钢纤维混凝土用于墙体工程，作为墙体承重部分可以结合墙体使用功能要求构成复合墙体结构(如保温墙体)。目前有干法和湿法两种施工类型，湿法施工是采用钢纤维混凝土膨胀水泥砂浆材料，以喷射或抹压的方法，在充当墙体保温层的苯板表面形成覆盖层，从而形成混凝土一苯板复合墙体；干法施工是用钢纤维混凝土预制成薄墙板，作为保温层的覆盖层，通过预制金属同定件与原墙体相连接。钢纤维增强混凝土预制墙板施工速度快，有利于建筑工业化发展，另外，在房屋建筑的地下结构护坡、地下室剪力墙、旧房改造和加固等方面，可以采用钢纤维喷射混凝土技术，在桩基中可以采用钢纤维增强的预制桩。合理地采用钢纤维混凝土技术可以较好地解决工程中复杂应力部位的技术难题。
4.综上所述
钢纤维混凝土由于一系列突出的优点和巨大的技术发展潜力，可以预见在未来21世纪必将取得更大的技术进步和广阔的应用前景。
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参考文献
［1］谢晓鹏.钢筋局部钢纤维高强混凝土板冲切性能研究［C］.郑州：郑州大学博士论文，2007，（5）.
［2］樊承谋，赵景海，程龙保．钢纤维混凝土应用技术［M］．黑龙江科技出版社，1986.
［3］赵国藩，黄承逵．纤维混凝土的研究与应用［M］．大连理工大学出版社，1992.
［4］王璋水，陆惠棠，高强钢纤维混凝土的性能及应用［M］．北京:空军设计研究局，1986.
［5］大连理工大学土木系结构研究室．钢纤维混凝土增强机理及其结构设计理论研究课题研究总结.