建筑材料 | 基于钢纤维混凝土的特点及其应用

      混凝土是房屋建设中不可缺少的施工材料。 钢纤维混凝土是指在混凝土中掺入一定量的钢 纤维，然后进行搅拌结合，最终形成了钢纤维混凝土。 钢纤维混凝土比传统的混凝土更具有抗拉强度，它的耐久力也变得更加好，除此之外还具有很多其他的优点。在房屋建设中，钢纤维混凝土的作用已经很明显。

      那么，在房屋建设施工中钢纤维混凝土是如何应用的？有什么样的应用技术？下面我们从几个方面进行简要分析，供大家参考。  

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钢纤维混凝土的特点

   

（一）钢纤维混凝土的抗拉性比较好 一般情况下，对混凝土的抗拉性产生影响的因素是水和灰的调配比例、集料的最大的粒 径、纤维的分布情况等等，这些条件共同影响混凝土的抗拉性，混凝土的抗拉性也是决定混凝土质量的重要因素。钢纤维混凝土的抗拉性要比普通的混凝土的抗拉性高出24%以上，也是混 凝土的性能从整体上提高了。

（二）钢纤维混凝土的荷载能力比较强 普通的混凝土的极限荷载与开裂荷载基本上是一种持平的状态，而钢纤维混凝土的极限荷 载则更大一些。钢纤维混凝土中，钢纤维的含量如果越大，韧性就越大。在正常情况下，钢纤维混凝土的初裂荷载与极限荷载的比值应该保持在0.8-1之间，这是个比较稳定、韧性比较的材料构成比例。

（三）钢纤维混凝土的抗压效果比较好 影响钢纤维混凝土的抗压效果的因素有很多种，比如钢纤维的含量、钢纤维的径长、水和 灰的调配比例等等。如果钢纤维的含量过多或过少，那么其抗压能力也就明显的增强或减弱；如果混合料搅拌的不均匀，也会直接影响混凝土的抗压能力。所以，不是说只要是钢纤维混凝土，它的抗压能力就一定很好，如果有任何的构成因素有问题，它的抗压能力也不会好。

（四）钢纤维混凝土的抗冲击能力比较强 所谓混凝土的抗冲击能力是指用混凝土材料建设的构件被其他力量撞击到的时候，它能够 抵御这种撞击的程度。一般的混凝土的抗冲击力已经算是比较强大的了，但是钢纤维混凝土的 抗冲击力能达到一般混凝土的2倍以上，是比较强的。

（五）钢纤维混凝土的抗剪性较高 即使钢纤维混凝土的基体发生变化，但是它的荷载能力是不会变的，它的荷载能力依然强 大，它的抗剪性也是混凝土的2倍。而且如果混凝土中水和灰的调配比例发生变化，抗剪性也会随之变化，钢纤维的含量越大，抗剪性越强。

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钢纤维混凝土在墙体施工中的应用

   

钢纤维混凝土应用于房屋墙体施工中，主要有两种方法，

• 干法施工：

      通过预制金属同定件与原墙体相连接，用钢纤维混凝土预制成薄墙板，作为保温层的覆盖层。

• 湿法施工。

      湿法施工是利用钢纤维混凝土的水泥砂浆材料，将其涂抹到墙体保温层的苯板上，会形 成一个湿的覆盖层，也就形成了混凝土苯板复合墙体。

无论用哪种方法，施工效果都是不错的。用钢纤维混凝土进行墙体施工，也使墙板施工的速度变得更快。这对于房屋建筑工业的向前发展是有很大帮助。

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钢纤维混凝土在防水以及地面中的应用

   

      钢纤维混凝土的防水效果是比较不错的，可以在房屋建设中的地面建设中广泛应用。比如对于一些装有大量高重量的货物的仓库，地面会经常被重物撞击，货物还需要干燥的环境，对于地面的要求是要比较耐磨、不容易裂缝、不容易变形的，这些条件要求钢纤维混凝土都可以满足。

      房屋建设中最烦的是屋面漏水，钢纤维混凝土的应用可以避免裂缝现象，也就减少了屋面漏水的情况。

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钢纤维混凝土在转换层大梁中的应用

   

      房屋建设也包括高层房屋建设，在高层房屋建设中，会遇到转换层大梁的施工设计。在转换层大梁施工中，钢纤维混凝土的应用是比较重要的。转换层的结构承受的荷载能力是比较重的，而且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。钢纤维混凝土的抗裂能力是要比一般的混凝土高出很多的，所以在转换层大梁施工中是可以发挥比较重要的作用的。

      现在已经有很多高层建筑，在转换层大梁施工中应用钢纤维混凝土，而且 施工的效果也是不错的。抗剪力基本上会比没有使用钢纤维混凝土的施工高出44%。所以，在高层建筑的转换层大梁施工中应用钢纤维混凝土是省时省力省钱的施工方法。

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钢纤维混凝土在柱以及剪力墙中的应用

   

      混凝土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。在高层房屋建筑框架一剪力墙和框架一简体结构中，联肢墙洞口的连梁跨高比 一般较小，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。钢纤维混凝土研究的领域更加广泛，由于钢纤维混凝土的力学 机理比较复杂，工程应用必须依赖大量的实验研究，随着钢纤维混凝土类型的增多，研究的范围将不断扩大；同时对钢纤维混凝土性能的实验研究的内容将更加具体和深入。

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钢纤维混凝土的优缺点

   

• 钢纤维混凝土的优点：

1、强度和重量比值增大。这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。

2、具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度。

      钢纤维混凝土抗拉强度提高25%～50%,抗弯强度提高40%～80%,抗剪强度提高50%～100%。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。

3、具有卓越的抗冲击性能

      材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能,称为冲击韧性,钢纤维混凝土抗冲击抗压韧性可提高2～7倍,冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。

4、收缩性能明显改善。钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%到9%。

5、抗疲劳性能显著提高

      钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。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、耐久性能显著提高

      钢纤维混凝土抗裂性、整体性好、收缩率低,因而防水、防渗性、耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。可用于地下室防渗等工程。

• 钢纤维混凝土的缺点：

1、钢纤维混凝土其技术特点是能提高混凝土的韧性和抗拉强度，但是钢纤维搅拌时易结团，混凝土和易性差，泵送困难、难以施工且易锈蚀。

2、钢纤维混凝土的自重大、在制造方面使用大量的钢材，加大了对钢材的消耗，增加成本较多。

3、钢纤维在使用过程中破坏形态主要是被拔出，而不会被拉断，这说明钢纤维的与混凝土的粘附性不足，这会影响提高混凝土抗拉强度的效果，它增韧增强的原理是当裂缝产生后由于钢材的高模量和单根的高抗拉强度，阻止了裂缝的进一步开展；但由于数量有限，对微观裂缝约束效果不大，对抗渗、冻融等性能提高并不明显。

4、施工中钢纤维密度过大，振捣浇注时往往会沉于混凝土下部，不可能均匀分布。 （此问题可以通过控制流动度得到解决）

扩展资料：

普通钢纤维混凝土的纤维体积率在1%—2%之间，较之普通混凝土，抗拉强度提高40%—80%，抗弯强度提高60%—120%，抗剪强度提高50%一100%，抗压强度提高幅度较小，一般在0—25%之间，但抗压韧性却大幅度提高。

钢纤维砼表面湿润不少于7d，时间越长越好，用湿的草袋铺在表面或用养护材料。钢纤维转换梁保养时避免接触风、太阳、雨水等，应对施工梁体进行挡风、防雨等封闭处理。对于钢纤维转换梁，拆模时间应严格控制在达到规范规定的混凝土28d强度之后。如果遇冬季施工，可按常规办法采取防冻措施。

一起来看， 交通建设报二航局， 带来的工程案例：

     

二航局承建的济南黄河凤凰大桥，是世界上跨度最大的三钢塔自锚式悬索桥，也是世界上桥面最宽的特大钢箱梁桥，大桥全部采用钢结构，用钢量达到11.4万吨。钢结构在大跨径桥梁中应用广泛、优势明显，但时间一长，采用沥青混凝土铺设的钢桥面板容易出现疲劳裂缝等质量问题。 为了让钢箱梁与沥青混凝土粘合更牢，团队将加入钢纤维、石英石等精细原料的超高性能混凝土（UHPC），作为钢箱梁及桥面沥青混凝土的过渡层。 UHPC厚度薄、自重轻、强度高、韧性好，可有效减少钢桥面的疲劳裂缝，承受高强环境的严苛考验。然而，现场浇筑却给团队带来不小的挑战。

原来，固体和液体夹杂的精细原材料让UHPC具备了高流动性，而处于临时墩柱上的箱梁使得浇筑时的实际纵坡达到4%以上，给现场浇筑厚度、坡度及平整度的质量控制带来了极大困难。 “增加混凝土的稠度，让混凝土在特定条件下触发流动，既能保持其稳定性，又能根据工程需要，契合不同的稳定性要求。” 王文荣说。通过查找资料，UHPC原料中的硅灰浮现在王文荣的脑海，在与专家求证后，确认该材料能增加混凝土拌合料之间“粘接”的同时，还可做为触发剂使用。技术团队迅速开展实验， 通过不同种类、不同掺量硅灰的配比试验，在满足强度和耐久性的前提下，使混凝土在振捣的外力作用下才能表现出较好的流动性能，提高了触变性。此外，团队还针对触变性UHPC材料特点，对浇筑工艺参数进行优化，调整了振捣频率、时间，在必要环节增加外力干预，保证混凝土流动的可控。

解决混凝土的配比只是第一步，桥面摊铺质量还要看浇筑过程，其关键在于将匀质的UHPC浇筑在钢桥面上。经过长时间的运输及存储，直径仅为0.2毫米钢纤维极易压实成团，每日桥面铺装需求的UHPC超200立方米，钢纤维用量超2000袋，浇筑前需要人工分散近百亿根钢纤维。“人工分散的效率太低，质量也难以保证。”王文荣冷静地分析。

     

一日，王文荣看着项目现场的砂石料振动筛分机，顿时来了灵感：“把振动筛引入到拌合楼上料系统来对钢纤维进行分散，岂不是简单又高效？”他立即将新思路与技术团队进行了分享。团队一边查阅资料，一边着手设计加工，一套集钢纤维振动分散、输送及上料于一身的分散装置很快研制而出。“通过这套分散装置，每立方米混凝土需要的200公斤的钢纤维，不到150秒就能充分分散，不仅满足现场质量要求，还能显著提升生产效率。”王文荣笑着说。随着专业摊铺设备的出料，包裹着上亿根钢纤维的混凝土摊铺到钢箱梁上，在振捣整平设备的作用下，混凝土得以快速定形。

如今，钢纤维如绣花般均匀嵌在混凝土中，硬化后的混凝土表面光滑细腻，与摊铺的沥青紧紧贴合，超高性能混凝土展示着其独特的质量魅力。

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