钢纤维混凝土的性能特点及应用探析

钢纤维混凝土按其浇筑方式不同又可分为模注钢纤维混凝土和喷射钢纤维混凝土。模注钢纤维混凝土是在普通混凝土拌和物中均匀地掺入钢纤维，通过立模浇筑成型。而喷射钢纤维混凝土是通过管道输送装置在高压力下将钢纤维、水泥、粗细骨料、外加剂等混凝土拌和物高速喷射到需要加固的构筑物表面，使其成型的一种施工方法。而喷射钢纤维混凝土按其施工工艺不同又有干喷法和湿喷法之分。干喷法是将钢纤维、水泥、粗细骨料、外加剂等干拌混合料，通过输送管道高压输送到喷嘴，在喷嘴处加水搅拌后高速喷射到构筑物加固表面的一种方法；湿喷法是将钢纤维、水泥、粗细骨料、外加剂以及水等拌和成一定稠度的拌和物，通过输送管道高压输送到喷嘴，再高速喷射到构筑物加固表面的一种方法。

钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的金属短纤维所形成的一种新型的多相复合材料，属颗粒型与纤维型材料混杂的复合材料。在这种材料中，由于钢纤维的作用阻碍了混凝土内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展，从而可以达到改善钢纤维混凝土的性能，起到增强增韧的效果。根据有关方面研究，当钢纤维掺量（体积率）在1%～2%范围内，抗拉强度提高25%～50%，抗弯强度提高40%～80%，用直接双面剪试验所测定的抗剪强度提高50%～100%。抗压强度提高幅度较小，一般在0～25%之间。

理论分析和大量试验研究表明，纤维的增强增韧效果主要取决于混凝土基体强度（fm）、纤维的长径比（lf/df）、纤维的体积率（ρf）、纤维与混凝土基体间的粘结强度（τ），以及纤维在基体中的分布和取向的影响（η），即钢纤维混凝土的强度ff为

大量试验表明，当钢纤维混凝土试件破坏时，大都是钢纤维被拔出而不是被拉断，因此改善钢纤维与基体间的粘结强度是改善钢纤维增强效果的主要控制因素之一。改善的途径主要有：

增加钢纤维的粘结长度（即增加钢纤维的长径比）。但钢纤维太长不仅拌和时易结团，产生弯曲变形，还会给泵送带来困难，易堵管，影响钢纤维混凝土拌和物的和易性和施工质量，导致强度降低。所以钢纤维长度一般为20～40mm，最长不超过60mm，长径比一般在40～100之间。

改善混凝土基体对钢纤维的粘结性能。掺入外加剂及矿物掺和料，如硅粉等，改善混凝土基体粘聚性，从而达到提高混凝土基体与钢纤维之间的粘结强度；掺入减水剂或超塑化剂，降低水灰比，以提高混凝土基体本身的强度来达到提高混凝土基体与钢纤维之间的粘结强度。

改善钢纤维本身的形状和表面光洁度，增加钢纤维与混凝土基体间的摩阻力和咬合力。除铣削型和剪切型钢纤维外，钢纤维一般都制造成比较怪异的形状。剪断型钢纤维也被压制成弓型、波浪型、端部压扁型、端部镫头型，有的还带压痕，其目的都在于增加混凝土基体与钢纤维间的粘结强度。(www.xing528.com)

钢纤维在混凝土基体中的分布和取向对钢纤维混凝土的强度影响也是非常重要的。若能使钢纤维按主拉应力方向定向排列分布，则增强效果将非常显著。另外，钢纤维混凝土试件的尺寸效应对强度的影响比普遍混凝土更为显著，与钢纤维的分布与取向关系也比较密切。有关方面研究表明，在喷射钢纤维混凝土中，钢纤维在各个方向的效能系数是不同的，沿喷射方向的效能系数小于0.5，垂直喷射方向的效能系数大于0.5。骨料颗径与钢纤维长度的比值，对钢纤维混凝土增强效果也有影响。

钢纤维的掺入对钢纤维混凝土的韧性、抗冲击性及抗裂性均有显著改善。测定钢纤维混凝土和喷射钢纤维混凝土性能有多种试验方法。为测定钢纤维对钢纤维混凝土韧性的影响，美国、日本和欧洲等在这方面都制定了专门的标准，主要是根据挠度与荷载曲线的变化特性，通过计算确定钢纤维混凝土的韧性指标。

钢纤维的掺入对钢纤维混凝土的收缩有一定的改善，一般是随钢纤维掺量的增加效果也随之显现。钢纤维掺量的体积率为1.5%时，钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%～9%。持续荷载作用下，钢纤维混凝土的受压徐变与其他条件相同的普通混凝土相比略有降低。但随着水灰比的增大，钢纤维混凝土的徐变也会随之缓慢增长。

钢纤维的掺入对钢纤维混凝土的抗弯和抗疲劳性能都有普遍增加。有关资料显示，当抗弯疲劳寿命为106次时，钢纤维掺量的体积率达1.5%的钢纤维混凝土的应力比为0.68，而普通混凝土仅为0.51；当应力比为0.7，钢纤维混凝土抗弯疲劳寿命超过105次，而普通混凝土仅达到850次。当抗弯疲劳寿命为2×106次时，钢纤维掺量的体积率达2%的钢纤维混凝土的应力比为0.92，而普通混凝土仅为0.56。

钢纤维的掺入对钢纤维混凝土的耐久性都有不同程度的改善。其中对抗冻融性、耐热性和抗腐蚀性有明显改善；对抗渗性虽然没有明显改善，但由于其抗裂性能好，钢纤维混凝土也常用于有抗渗要求的结构中。