试议混凝土钢纤维混凝土进展和运用状况综述

摘要介绍了钢纤维混凝土及其发展历史，并对其力学性能，材料特性进行了简单分析，综述了目前其在支护工程、道面工程、管道工程等工程的应用现状，以推广钢纤维混凝土的使用。

关键词钢纤维；混凝土；

引言
近几十年来，纤维混凝土发展迅速，已广泛应用于建筑、交通、水利、矿山、冶金等有较高要求的土木工程领域。纤维混凝土采用纤维提高钢筋混凝土的性能，使混凝土的抗拉强度、变形能力、耐动荷能力大大提高。常用的几种纤维混凝土有：钢纤维混凝土（RC），玻璃纤维混凝土（GFRC），碳纤维混凝土（CFRC）以及合成纤维混凝土（SNFRC）。目前，以钢纤维混凝土应用最多，现就钢纤维混凝土的发展和应用现状综述如下。

1 钢纤维混凝土概述

1.1钢纤维混凝土的概念

纤维混凝土(Fiber Reinforced Concrete，简称FRC)是以水泥净浆、砂浆或混凝土作为基材，以非连续的短纤维或连续的长纤维作为增强材料所组成的水泥基复合材料的总称，通常简称为“纤维混凝土”。而钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete， 简称RC)是在普通混凝土中掺入少量低碳钢、不锈钢和玻璃钢的纤维后形成的一种比较均匀而多向配筋的混凝土[1-3]。

1.2 钢纤维的类型

钢纤维按材质分，有普通碳钢钢纤维和不锈钢钢纤维。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。

2 钢纤维混凝土的发展

早在1849年，法国花匠莫尼尔（1823-1906）在水泥中加入细铁丝制成花盆和种桔树用的铁丝水泥桶。
1855年法国工程师用细铁条增强水泥，制成一艘水泥船并获专利。1907年原苏联专家B.П.HekpocaB开始用金属纤维增强混凝土。
1910年，美国H.F.Porter发表了有关短纤维增强混凝土的研究报告，建议把短钢纤维均匀地分散在混凝土中用以强化基体材料。
1911年，美国Graham曾把钢纤维掺入普通混凝土中得到了可以提高混凝土强度和稳定性的结果；到20世纪40年代，美、英、法、德、日等国先后做了许多关于用钢纤维来提高混凝土耐磨性和抗裂性。
1963年J.P.Romualdi和G.B.Batson发表了关于钢纤维约束混凝土裂缝开展的机理的论文，提出了纤维间距理论，从而开始了这种新型复合材料的实用开发阶段。
1989年在英国召开的纤维增强水泥基混凝土发展国际会议认定：“钢纤维混凝土已是研究最多、应用最广的水泥复合材料”。
1992年开始，日本、美国陆续用RC构筑停机坪、飞机场跑道表层、高等级公路路面和旧路面罩面修复。
我国从上世纪70年代着手对钢纤维混凝土进行材料力学性能的实验研究, 1992年颁布《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》(CECS 38:92)，1995年提出了RC技术规范征求意见稿。钢纤维混凝土在90年代后期，随着钢产量的提高，施工工艺的发展，使其推广应用有了长足的进展。

3 钢纤维混凝土的基本性能

钢纤维混凝土是将长度为25mm～60mm,直径为0.25mm～1.25mm,长度与直径的最佳比值为50～700的钢纤维均匀地分散在混凝土基体中形成的一种建筑材料。
钢纤维混凝土与普通混凝土相比具有一系列优越的物理和力学性能。

3.1 抗拉及抗裂增韧能力

在混凝土中掺人适量钢纤维，其抗拉强度提高25％～50％。分布在混凝土内不规则的钢纤维，其钢纤维间距要比置放在混凝土里面的钢筋和箍筋的间距要小的多，因此阻止了裂缝的形成，使混凝土的抗裂强度也得到提高。

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3.2 抗冲击和收缩性能

在通常的纤维掺量下，冲击抗压韧性可提高2～7倍，钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%-9% 。Zollo R F发现，混凝土中掺入0.1％～0.3％的聚丙烯纤维，可使塑性收缩减少12％～25％。

3.3 抗疲劳性能

当掺有1．5％钢纤维抗弯疲劳寿命为1×106次时应力比为0．68，而普通混凝土仅为0．51；当掺有2％钢纤维混凝土抗压疲劳寿命达2x106次时[4]。应力比为0．92，而普通混凝土仅为0.56。

3.4耐久、耐冻性和耐磨性

由于钢纤维混凝土抗裂性、整体性好，因而耐冻融性、耐磨性和抗腐蚀性均有显著提高。掺有1.5％的钢纤维混凝土经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[4]。耐磨性为素混凝土的1.5倍。因此,用钢纤维混凝土修筑的公路怎么写作年限较素混凝土路面可延长3～5倍。

4 钢纤维混凝土的应用

目前钢纤维混凝土在支护工程、道面工程、管道工程、结构工程、地下结构及其他特种结构工程等领域得到了比较广泛的应用。

4.1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 [4]。

4.2道面工程

钢纤维混凝土应用于道面工程,可取代钢筋,减薄道面厚度,加大缩缝间距,缩短施工周期,降低工程维修费用,延长工程使用寿命。钢纤维混凝土能有效降低路面厚度50%～60% ,能够显著提高道路承载能力,并能延长使用寿命。日本则用钢纤维混凝土铺设桥面,其桥面厚度仅

2.5cm～10cm。

4.3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。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。

4.4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[4]。如:大渡河支流南桠河石棉二级电站,该电站在当年汛期后,冲砂闸底板和护坦被冲成深槽,最深处达0.7m,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、环氧混凝土进行修补加固对比试验,除环氧混凝土在一个汛期内磨损10～50mm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年在毁坏处采用钢纤维混凝土进行补强试验,结果表明钢纤维混凝土是较好的抗冲耐磨材料。

4.5处于腐蚀环境中的构件

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。

4.6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。