鋼纖維混凝土性能與應用前景

論文類別:工學論文 > 水利工程論文
論文作者:
上傳時間:2006/2/16 14:35:00

摘要:鋼纤維混凝土具有較高的抗拉強度和斷裂韌性、抗疲勞等性能,容易澆筑成型,適用於水利水電工程中的復杂應力部位。

關鍵詞:鋼纖維 混凝土 性能 應用

  鋼纖維混凝土就是在普通混凝土中摻入适量鋼纖維而成的一种新型復合材料近年來在國内外得到迅速發展。它克服了混凝土抗拉強度低、極限延伸率小、性脆等缺點具有優良的抗拉、抗彎、抗剪、阻裂、耐疲勞、高韌性等性能已在建築、路桥、等工程領域得到应用。

  一、鋼纖維的基本性質

  1.鋼纖維的類型及特征參數

  鋼纖維按材質分有普通碳鋼鋼纖維和不銹鋼鋼纤維其中以普通鋼鋼纖維用量居多;按外形分有長直形、壓痕形、波浪形、彎钩形、大頭形、扭曲形;按截面形狀分有圆形、矩形、月牙形及不規則形;按生產工藝分有切斷型、剪切型、铣削型及熔抽型;用途分有澆築用钢纖維和噴射用鋼纖维。
  为滿足鋼纖維的增強效果与施工性能通常采用鋼纖維長度為1560mm,直徑或等效直徑為0.31.2mm,長徑比為30100,纖維的體積摻量為0.5%2%

  2.鋼纖維的主要性能

  鋼纖維的主要性能包括抗拉強度與黏結強度。試驗表明由於普通鋼纖維混凝土主要是因鋼纖维拔出而破壞並不是因鋼纖維拉斷而破壞因此鋼纖維的抗拉強度一般能滿足使用要求而其與混凝土基體界面的黏結強度是影響鋼纖維混凝土性能的主要因素。黏結強度除與基體的性能有關外就钢纖維本身而言與鋼纖維的外形和截面形狀有關。

  二、鋼纖維混凝土的基本性能

  國內外對钢纖維的作用機理和钢纖維混凝土的基本性能做了大量的研究現歸納如下:
  鋼纖維混凝土中亂向分布的短纖維主要作用是阻礙混凝土內部微裂縫的擴展和阻滯宏觀裂縫的發生和發展。在受荷(拉、彎)初期水泥基料與纖维共同承受外力當混凝土開裂後橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。因此鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優越的物理和力學性能。
  1.強度和重量比值增大

  這是鋼纖維混凝土具有優越經濟性的重要標志。

  2.具有較高的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強度
  在混凝土中摻入適量鋼纖維其抗拉強度提高25%50%,抗彎強度提高40%80%,抗剪強度提高50%100%

  3.具有卓越的抗沖擊性能

  材料抵抗沖擊或震動荷載作用的性能稱為冲擊韌性在通常的纖維摻量下沖擊抗压韌性可提高27沖擊抗彎、抗拉等韌性可提高幾倍到幾十倍。

  4.收縮性能明顯改善

  在通常的纖维摻量下鋼纖維混凝土較普通混凝土的收縮值降低7%9%

  5.抗疲勞性能顯著提高

  鋼纖维混凝土的抗彎和抗壓疲勞性能比普通混凝土都有較大改善。当摻有1.5%鋼纖維抗彎疲劳壽命為1×106次時應力比為0.68,而普通混凝土僅為0.51;當摻有2%鋼纖維混凝土抗壓疲勞壽命達2×106次时應力比為0.92,而普通混凝土僅為0.56

  6.耐久性能顯著提高

  鋼纖維混凝土除抗滲性能與普通混凝土相比沒有明顯變化外由于鋼纖維混凝土抗裂性、整體性好因而耐凍融性、耐热性、耐磨性、抗氣蝕性和抗腐蝕性均有顯著提高。摻有1.5%的鋼纖維混凝土經150次凍融循环其抗壓和抗彎強度下降約20%,而其他條件相同的普通混凝土卻下降60%以上經過200次凍融循環鋼纖維混凝土試件仍保持完好。摻量為1%、強度等級為CF35的鋼纖维混凝土耐磨損失比普通混凝土降低30%。摻有2%鋼纖維高強混凝土抗氣蝕能力較其他條件相同的高強混凝土提高1.4倍。鋼纖維混凝土在空氣、汙水和海水中都呈現良好的耐腐蝕性暴露在汙水和海水中5年後的試件碳化深度小於5mm,只有表層的鋼纖维產生銹斑內部鋼纖維未銹蚀不像普通鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕後銹蝕層體積膨脹而将混凝土脹裂。

免費論文下載中心 http://www.hi138.com 三、钢纖維混凝土設計與施工規程說明

  我國於1996年出版了《鋼纖維混凝土試验方法》CECS13:89和《鋼纖維混凝土設計與施工規程》CECS38:92,但本規程只對鋼纖维混凝土結構不同於混凝土結構設計与施工的專門要求作出規定。在進行鋼纖維混凝土結構设計和施工時尚應與《水工鋼筋混凝土結构設計規範》SL/T191-96和《水工混凝土施工規范》DL/T5144-2001配合使用。

  
四、鋼纖维混凝土在水電工程中的應用

  1.
支護工程
  
钢纖維混凝土由於抗拉、抗彎、抗剪強度高能承受較大的圍巖和土體的變形作用而保持良好的整體性因此可用於隧洞支護、山體護坡等工程。如浙江省開化縣齊溪水電站有壓隧洞在兩個工程段內采用噴射鋼纖維混凝土襯砌使圍巖能在較大程度上發揮作用減少了襯砌厚度由原來的钢筋混凝土襯砌厚度500mm減至鋼纖維混凝土噴襯厚度60mm,省去了鋼筋加工和綁扎工程量同時不需立模和回填灌漿造價由每延米1175元減至398施工工作量減少3/4。工程至今正常運行。

  2.
儲水、防滲、輸水管道工程

  
鋼纖維混凝土由於抗裂性能好、收縮率低因而防水、防滲性能較好可用於低壓輸水管、蓄水池、地下室防滲等工程。而在儲水和防滲結構中鋼纖維混凝土可作防水層有時也可兼作結構層代替鋼筋混凝土。如浙江省余姚嶺水庫混凝土坝面多次出現裂縫、下游面局部出現滲水在混凝土面層采用噴射鋼纖維混凝土厚度50mm,達到了防滲效果與高頻振荡鋼絲網水泥砂漿防滲面板相比具有工藝簡单、施工方便、造價低等優點。

  3.
高速水流沖刷磨損部位

  
钢纖維混凝土具有較高的抗沖磨、抗氣蝕能力因此可用於溢洪道、消力池、閘底板等承受高速水流作用的部位。如:大渡河支流南椏河石棉二级電站該電站是引水式徑流電站,1965年建成發電。當年汛期後沖砂閘底板和護坦被沖成深槽最深处達0.7m,埋設的28mm鋼筋全部磨斷,1968年和1969年先後兩次用輝綠巖鑄石板、環氧混凝土、呋喃混凝土進行修補加固对比試驗除環氧混凝土在一個汛期內磨損1050mm(後來也被沖毁了),其余材料不到一個汛期全部被砸碎沖掉。1977年在毀坏處采用矽錳渣鑄石板、改性环氧砂漿、膠乳水泥砂漿、MC尼龍板、高強混凝土、鋼纖維混凝土等材料進行补強試驗結果表明鋼纖維混凝土是較好的抗沖耐磨材料。

  4.
處於腐蝕環境中的構件

  
鋼纖維混凝土具有良好的耐腐蝕性能可用於海水等腐蝕環境中的闸門、輸水管道等構件的防蝕層或結構層。

  5.
動力荷載作用部位和抗震結構節点

  
由於鋼纖維混凝土具有較高的抗拉強度、斷裂韌性和抗疲勞等性能因此可用於承受動力荷載的機墩、抗震結構的框架節點等部位。

  6.
復雜應力部位

  
鋼纖維混凝土中的鋼纖維一般呈三維亂向分布沿每個方向都有增強和增韌作用。鋼纤維對混凝土結構復杂應力區增強是非常有利的而且容易澆築成型比鋼筋更能適應各种復雜的結構形式。此外鋼纖維限制混凝土裂縫的作用也是鋼筋不能相比的。因此可用於大坝內廊道、泄水孔等孔口復杂應力區和牛腿等受彎構件的抗剪以及板的抗沖切部位等。

  7.
部分應用鋼纖維混凝土的水利水電工程

  
浙江省淳安縣河村水庫泄洪洞支護浙江省文成縣百丈際水電站引水隧洞、葛洲壩二江泄水閘、三门峽泄水排砂底孔、貴州烏江渡水電站、江西大港水電站的工程修補湖南省永川市向阻壩渡槽局部槽身加強浙江省玉環縣四海閘閘槽二期三峽臨時船閘閘槽二期杭州市德勝壩閘門門體等。鋼纖維混凝土在以上工程應用均取得良好效果。

  
五、结 語

  ①
鋼纖維混凝土的優越性能及在水利水電工程中成功的應用表明:鋼纖維混凝土不但可以解决鋼筋混凝土難以解決的裂縫、耐久性等問題而且用於輸水隧洞等工程可以大幅度降低造價。因此钢纖維混凝土在水利水电工程中具有廣闊應用前景。
  ②
目前鋼纖維混凝土在應用中主要的問題是鋼纖維生產成本較高造成鋼纖維混凝土初始造價較高。為了使鋼纖維混凝土得到廣泛應用一方面應努力降低鋼纖維生產成本從而降低鋼纖維混凝土的造價;另一方面在應用时不應只計一次性投资而應考慮鋼纖維混凝土的優越使用性能、較低的維修費和使用壽命延長等綜合經濟效益。

參考文献

1
趙国藩彭少民黃承逵等.鋼纖維混凝土結构.北京:中國建筑工業出版社, 1999.11.
2
張春漪.鋼纤維噴射混凝土試驗研究及其應用.鋼纖維混凝土結構設計與施工規程研究報告集.大連理工大學,1990.
3
盧良浩.鋼纖维混凝土工程應用三例.南京:全國第四屆纖维水泥與纖維混凝土學術會議,1992.
4
小林一輔著蔣之峰譯.鋼纖維混凝土.冶金部建築研究總院情報室.1984.
免費論文下載中心 http://www.hi138.com
下载论文

論文《鋼纖維混凝土性能與應用前景》其它版本

水利工程論文服務

網站聲明 | 聯系我們 | 網站地圖 | 論文下載地址 | 代寫論文 | 作者搜索 | 英文版 | 手機版 CopyRight@2008 - 2017 免費論文下載中心 京ICP备17062730号