一、鋼纖維增強混凝土的基本理論

（一）復(fù)合力學(xué)理論

復(fù)合力學(xué)理論是以連續(xù)纖維復(fù)合材料理論為基礎(chǔ)，結(jié)合鋼纖維在混凝土中的分布特點形成的。該理論是將復(fù)合材料視為以纖維為一相，基體為另一相的兩相復(fù)合材料。

（二）纖維間距理論。纖維間距理論又稱纖維阻裂理論，是1963年由J.P.Romualdi和J.B.Batson提出來的。該理論根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)理論解釋纖維對裂縫發(fā)生和發(fā)展的約束作用，認(rèn)為欲增強混凝土這種本身帶內(nèi)部缺陷的脆性材料的抗拉強度，必須盡可能地減少內(nèi)部缺陷的尺寸，提高韌性，降低裂縫尖端的應(yīng)力強度因子、減少裂縫尖端的應(yīng)力集中作用，故在裂縫處用纖維連接，受拉時跨越裂縫的纖維將荷載傳遞給裂縫的上下表面，使裂縫處材料仍能繼續(xù)承載，這樣，因裂縫的出現(xiàn)孔邊應(yīng)力集中程度就緩和，隨著橋接裂縫纖維數(shù)目的增多，纖維間距越小，緩和裂縫尖端應(yīng)力集中程度越大，對裂縫尖端產(chǎn)生的反向應(yīng)力場也越大，當(dāng)纖維數(shù)量增加到密布于裂縫時，應(yīng)力集中就會消失，進一步表明纖維的阻裂效應(yīng)，即在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形成和受力破壞的過程中，有效地提高了復(fù)合材料受力前后阻裂引發(fā)與擴展的能力，達到鋼纖維對混凝土增強與增韌目的。

（三）界面應(yīng)力傳遞的剪滯理論。鋼纖維混凝土中鋼纖維周圍的水泥基體結(jié)構(gòu)與自身結(jié)構(gòu)是不相同的，即在鋼纖維與基體之間存在著界面層。鋼纖維混凝土的性能主要取決于混凝土基體性能、鋼纖維含量以及它們之間的界面特性。假定界面是一層厚度可以忽略的薄層，但具有一定的力學(xué)性能。當(dāng)荷載作用于鋼纖維混凝土?xí)r，荷載一般先施加于低彈性的基體，然后通過纖維-基體的界面，把一部分荷載傳遞給高彈模的纖維，使纖維和基體共同承擔(dān)荷載，從而起到增強的作用。

二、鋼纖維混凝土的應(yīng)用

[論文關(guān)鍵詞]鋼纖維混凝土增強理論應(yīng)用

[論文摘要]鋼纖維混凝土是一種新型的復(fù)合建筑材料，其物理和力學(xué)性能優(yōu)于普通混凝土，通過介紹鋼纖維增強混凝土的基本理論，闡述鋼纖維混凝土在多個領(lǐng)域工程中的應(yīng)用。

鋼纖維混凝土（SteelFiberReinforcedConcrete,簡寫為SFRC）是在普通混凝土中摻入適量短鋼纖維而形成的可澆筑、可噴射成型的一種新型復(fù)合材料。它是近些年來發(fā)展起來的一種性能優(yōu)良且應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料。其中所摻的鋼纖維是用鋼質(zhì)材料加工制成的短纖維，常用的有：切斷型鋼纖維、剪切型鋼纖維、銑削型鋼纖維、熔抽型鋼纖維等。鋼纖維在混凝土中主要是限制混凝土裂縫的擴展，從而使其抗拉、抗彎、抗剪強度較普通混凝土有顯著提高，其抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性有較大改善，使原本屬于脆性材料的混凝土變成具有一定塑性性能的復(fù)合材料。

一、鋼纖維增強混凝土的基本理論

（一）復(fù)合力學(xué)理論

復(fù)合力學(xué)理論是以連續(xù)纖維復(fù)合材料理論為基礎(chǔ)，結(jié)合鋼纖維在混凝土中的分布特點形成的。該理論是將復(fù)合材料視為以纖維為一相，基體為另一相的兩相復(fù)合材料。

一、鋼纖維混凝土配合比設(shè)計的要求

鋼纖維混凝土配合比設(shè)計的目的是將組成材料，即鋼纖維、水泥、水、粗細(xì)集料及外摻劑合理配合，使配制的鋼纖維混凝土能夠最大限度的滿足施工和工程使用要求。

(1)滿足公路橋梁抗壓強度和抗折強度要求，提高橋面的耐久性能；

(2)使配制的鋼纖維混凝土有較好的和易性，方便和滿足施工要求；

(3)充分發(fā)揮鋼纖維混凝土的特點，合理確定鋼纖維及水泥用量，最大限度地降低工程成本。

二、原材料質(zhì)量要求

摘要：鋼纖維混凝土是一種新型的復(fù)合建筑材料，其物理和力學(xué)性能優(yōu)于普通混凝土，在建筑工程界具有很大的實用價值，鑒于其結(jié)構(gòu)形式不同將其大致分為四類，簡述各類的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)。

關(guān)鍵詞：鋼纖維鋼纖維混凝土

1前言

隨著1824年波特蘭水泥的誕生，在1830年前后出現(xiàn)了混凝土，作為當(dāng)時的一種新型建筑材料，就廣泛地應(yīng)用于土木和水利工程。尤其是在19世紀(jì)中葉以后，伴隨著鋼鐵的發(fā)展，人們把鋼筋和混凝土結(jié)合起來，誕生了鋼筋混凝土(ReinforcedConcrete)這種新型的復(fù)合建筑材料，大大提高了結(jié)構(gòu)的抗裂性能、剛度、承載能力和耐久性，從而使建筑業(yè)經(jīng)歷了一場革命。盡管混凝土的固有優(yōu)點是高抗壓強度，然而它也有固有弱點——如構(gòu)件的自重大、易于塑性干縮開裂、抗疲勞能力低、韌性差、抗拉強度低(一般僅為抗壓強度的7%－14%)、易產(chǎn)生裂紋、抗沖擊碎裂性差等，限制了在工程中的使用范圍。這些弱點隨著混凝土強度的提高顯得尤為突出。因此，長期以來許多專家和學(xué)者不斷探索改善混凝土性能(主要是提高抗拉性能，增強耐久性)的各種方法和途徑，于是，提出了一種以傳統(tǒng)素混凝土為基體的新型復(fù)合材料——纖維混凝土。

2纖維混凝土的發(fā)展和現(xiàn)狀

纖維混凝土(FiberReinforcedConcrete，簡稱FRC)，是纖維增強混凝土的簡稱，通常是以水泥凈漿、砂漿或者混凝土為基體，以金屬纖維、無機纖維或有機纖維增強材料組成的一種水泥基復(fù)合材料。它是將短而細(xì)的，具有高抗拉強度、高極限延伸率、高抗堿性等良好性能的纖維均勻的分散在混凝土基體中形成的一種新型建筑材料。纖維在混凝土中限制混凝土早期裂縫的產(chǎn)生及在外力作用下裂縫的進一步擴展。在纖維混凝土受力初期，纖維與混凝土共同受力，此時混凝土是外力的主要承擔(dān)者，隨著外力的不斷增加或者外力持續(xù)一定時間，當(dāng)裂縫擴展到一定程度之后，混凝土退出工作，纖維成為外力的主要承擔(dān)者，橫跨裂縫的纖維極大的限制了混凝土裂縫的進一步擴展。由此可見，纖維有效地克服了混凝土抗拉強度低、易開裂、抗疲勞性能差等固有缺陷。

一、影響鋼纖維混凝土性能的主要因素

鋼纖維混凝土性能主要與鋼纖維的類型、摻量、長徑比、砂率、粗骨最大粒徑、減水劑、摻合料等因素有關(guān)。為了滿足鋼纖維的高強度性能，一般鋼纖維長度是15-60mm，直徑或等效直徑為0.3-1.2mm，長徑比為30-100，纖維體積摻量為0.5-2%。鋼筋混凝土的配合比也是影響性能的因素之一。鋼纖維與混凝土的配合比=素混凝土抗折強度設(shè)計值×（1+鋼纖維對著強度系列×鋼纖維體積率×鋼纖維長徑比），簡化為fftm=ftm×（1+atm×pf×1f/df）。直接影響了混凝土的整體性和致密性。在施工過程中要嚴(yán)格控制混凝土的攪拌、澆筑和振搗、成型。攪拌需要遵循先后順序，首先把鋼纖維、水泥、粗細(xì)骨料攪拌均勻，然后加入水后再拌勻。澆筑最好在夜間進行，避免產(chǎn)生溫度應(yīng)力。鋼纖維成型有粗骨料細(xì)、砂率大、纖維亂的特點，所以拆模后要及時發(fā)現(xiàn)纖維外露或者是漏振，出現(xiàn)這種情況及時用真空吸水工藝、機械磨平等工藝對鋼纖維外露進行修整。對施工過程中澆筑成型的混凝土進行檢測，滿足工程項目設(shè)計的要求。

二、鋼纖維混凝土在道路建設(shè)中的應(yīng)用

鋼纖維混凝土用于路橋的新建工程已經(jīng)是非常普遍的了。它具有減少鋪裝厚度、縱縫不設(shè)或者少設(shè)、減少橫向縮縫、使用壽命長等優(yōu)點，完全符合路橋工程的要求。鋼纖維混凝土融合了混凝土和鋼纖維兩大優(yōu)勢，在工程建設(shè)中不管是效率還是質(zhì)量都得到事半功倍的效果。不僅包括路橋的新建，還包括補修工程。公路隨著使用年限的增加，會出現(xiàn)破碎、斷裂等問題。這時候如果用普通混凝土澆注會使路面的整個地基下沉。而利用厚度為12cmC30型號的鋼纖維混凝土就能有效避免這個問題。它不僅能夠保障原有的路基不受到損害，還能控制路面的平整度和坍落度。鋼纖維混凝土在路面施工過程中要提升施工的速度，因為鋼纖維混凝土凝結(jié)的時間短，硬化快，一旦超過時間，混凝土就難以塑性。在澆筑和攤鋪的過程中不能加水，只能噴霧。鋼纖維混凝土的面板尺寸要符合設(shè)計要求，一般尺寸在6-10m之間，面積不能>9。當(dāng)鋼纖維摻量較大時，取最大值；當(dāng)摻量較小時，取最小值。

1新建全截面鋼筋混凝土應(yīng)用。全截面使用的鋼纖維混凝土和普通混凝土相比會厚到50%-60%，鋼纖維產(chǎn)量在0.8-1.2%。橫縫的間距在20-50m。

2新建復(fù)合式鋼筋混凝土應(yīng)用。復(fù)合式是路面鋪上2-3層，2層路面是在全路面板厚的上層鋪上鋼纖維混凝土，大概是總厚度的40%-60%。3層路面上下兩層都是鋼纖維混凝土，中間采用普通混凝土。這種鋪設(shè)方法能夠大大加強路面的承載力和使用壽命，三是鋪設(shè)工序復(fù)雜、施工周期長。這種鋪設(shè)方式一般在機械化設(shè)置條件較高的地區(qū)使用。

摘要：本文結(jié)合鋼纖維混凝土的性能機理，對鋼纖維混凝土的力學(xué)性能、耐久性、耐凍融性等多項性能進行分析，并結(jié)合現(xiàn)代鋼纖維混凝土的實際應(yīng)用和其獨特的性能對其應(yīng)用前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土；性能機理；工程應(yīng)用

鋼纖維混凝土（SteelFiberReinforcedConcrete，簡寫為SFRC）是在普通混凝土中摻入適量短鋼纖維而形成的可澆筑、可噴射成型的一種新型復(fù)合材料。它是近些年來發(fā)展起來的一種性能優(yōu)良且應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料。

近年來鋼纖維混凝土在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展，它克服了混凝土抗拉強度低、極限延伸率小、性脆等缺點，具有優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗剪、阻裂、耐疲勞、高韌性等性能，已在建筑、路橋、水工等工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。

一、鋼纖維混凝土的性能研究

1.1鋼纖維混凝土的力學(xué)強度

摘要：大面積鋼纖維地坪施工，關(guān)鍵是控制好地坪的平整度及防止開裂。同時，在施工中圍繞地坪基層的換、填土，碎石墊層的碾壓，鋼纖維的攪拌振搗等，要加強動態(tài)管理......

關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土地坪施工

國電南京自動化股份有限公司生產(chǎn)中心廠房位于南京市江寧經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，廠房地坪面積21300㎡，其中最大分倉澆注長度達108.9m，全部采用了鋼纖維耐磨混凝土地坪。工程使用后，混凝土地面平整、光潔，沒有出現(xiàn)空鼓、開裂現(xiàn)象，得到了建設(shè)單位及質(zhì)檢部門的一致好評。

1、地坪基層及面層具體做法為：1600mm換、填土；300mm厚級配碎石；50mm厚細(xì)砂；0.3mm厚聚氯乙烯薄膜二層；90mm厚素混凝土墊層；160mm厚鋼纖維混凝土面層及3mm厚耐磨粉。

2、工程特點和施工重點分析

2.1廠房所在位置位于古秦淮河沖擊層，表面較松散，中間夾雜大量淤泥和磚石等建筑垃圾，經(jīng)設(shè)計和質(zhì)檢部門認(rèn)定須進行換、填土?，F(xiàn)場平均挖土深度約1m，填土約1.6m。如何確保分層回填后的地坪基層土方壓實度滿足設(shè)計要求，防止出現(xiàn)不均勻沉降，是地坪施工的一個重點。

摘要：碾壓鋼纖維混凝土FRCCTM(FiberreinforcedRollerCompactedConcrete)是碾壓混凝土(RCC)的一項創(chuàng)新制作方法，其中摻入高性能的鋼纖維，以減少混凝土的裂紋並構(gòu)成抗彎曲的骨架。該方法能用以制作無接縫連續(xù)路面。對采用該方法實施的路面檢測結(jié)果是：裂紋開口小于1mm和裂紋兩邊的荷載傳遞達到100%。FRCCTM采用低含水率（110kg/m3）和低水泥用量，即280kg/m3(相當(dāng)于重量比12%)，這能使鋼纖維發(fā)揮最佳效果。該混凝土密度高并具有高的碾壓能量：它的強度相當(dāng)于常規(guī)的每立方米350公斤水泥用量的澆注式混凝土。FRCCTM用強制式攪拌機拌和、瀝青混凝土攤鋪機攤鋪、鋼輪振動壓路機和輪胎壓路機壓實。FRCCTM的厚度一般為8至20cm，常用厚度為10至18cm。

關(guān)鍵詞：路面水泥混凝土碾壓纖維鋼

1FRCCTM概述

經(jīng)專利保護的FRCCTM方法(FiberreinforcedRollerCompactedConcrete)采用高強度碾壓混凝土和摻入高性能的錨固鋼纖維，能達到鋼筋混凝土的功能。其結(jié)果是：

實現(xiàn)無接縫連續(xù)路面；

裂紋開口類似于連續(xù)鋼筋混凝土(CRC)的開口，即小于1mm；

近幾年來，纖維混凝土已廣泛應(yīng)用于對抗疲勞、抗震和抗沖擊等有較高要求的土木工程領(lǐng)域，這些工程在其服役期內(nèi)通常承受隨機或周期性反復(fù)荷載的作用，因此，研究纖維混凝土在不同加載應(yīng)力水平下的疲勞壽命、能量吸收和疲勞累積損傷特性是極其重要的，它是建立纖維混凝土疲勞累積損傷理論和正確估算結(jié)構(gòu)剩余疲勞壽命等工作的基礎(chǔ)。過去關(guān)于素混凝土及鋼纖維混凝土疲勞特性的研究較多[1～4]，但關(guān)于碳纖維混凝土疲勞特性的研究未見報道。本文對碳纖維和鋼纖維增強混凝土的疲勞特性作了對比試驗，重點研究了碳纖維摻量、加載應(yīng)力水平對疲勞壽命、能量吸收值及疲勞累積損傷變量的影響規(guī)律。研究表明：鋼纖維和碳纖維混凝土均具有良好的抗疲勞特性，鋼纖維混凝土的疲勞壽命是素混凝土的7.9～13.7倍，能量吸收是素混凝土7.4～14.5倍，碳纖維混凝土的疲勞壽命是素混凝土2.1～9.3倍，能量吸收是素混凝土1.53～4.2倍；與高應(yīng)力水平相比，纖維混凝土在較低應(yīng)力水平下的疲勞壽命、能量吸收均有明顯增大的趨勢。

1試驗過程

表1纖維混凝土力學(xué)性能

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試件編號

纖維體積率(%)

1路橋施工中鋼纖維混凝土施工技術(shù)及其應(yīng)用優(yōu)勢

鋼纖維混凝土施工技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前我國路橋施工中極為重要的一種施工手段，尤其是隨著混凝土應(yīng)用范圍的拓展，這種鋼纖維混凝土施工技術(shù)也得到了較大程度的進步，總的來看，這種鋼纖維混凝土施工技術(shù)主要就是指在混凝土施工過程中，合理的應(yīng)用鋼纖維材料來提升其應(yīng)用的效果。針對鋼纖維的特性來說，這種鋼纖維混凝土施工技術(shù)能夠在較大程度上提升具體施工目標(biāo)的強度，對于相應(yīng)的作用力狀況具備較強的抵抗作用，尤其是對于混凝土施工過程中常見的一些裂縫問題具有較強的控制效果，這一點在道路橋梁施工中極為關(guān)鍵。

1)從鋼纖維混凝土材料的自重角度來看，和以往的一些材料相比，綜合運用這種鋼纖維混凝土施工技術(shù)在有效降低自重的前提下能夠較好的保障施工的強度;

2)應(yīng)用鋼纖維混凝土施工技術(shù)能夠保障其施工后的道路橋梁工程項目具備較好的抗壓以及抗拉效果，進而提升其施工質(zhì)量;

3)針對后期道路橋梁工程項目使用中出現(xiàn)的因為車輛行駛或者其他作用力而導(dǎo)致的各種變形問題來說，其恢復(fù)能力也存在著較為明顯的優(yōu)勢;

4)在抗剪性、耐磨性以及抗裂性等方面，這種鋼纖維混凝土施工技術(shù)也具備著明顯的優(yōu)勢，進而便可以有效降低道路橋梁施工中裂縫問題的產(chǎn)生。