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钢纤维基本性能
切断钢纤维抗拉强度高,但与水泥砂浆的界面粘结性较差。对钢纤维表面进行变形处理,制成表面有刻痕的、末端带钩的、波纹形的钢纤维,或者圆截面与扁平截面交替的呈规律性变化的钢纤维可以改善其力学性能。当用废钢丝绳切断而成时,必须进行除油污和除锈处理。剪切钢纤维由剪切冷轧薄板制得,厚度为0.2～0.5mm,宽为0.25～0.9mm,抗拉强度为450～800MPa,与水泥砂浆的粘结性比切断钢纤维好。切削钢纤维由旋转的铣刀切削软钢锭或厚钢板制得,强度比原材料有较大提高,截面呈三角形,与水泥混凝土的粘结较好。熔抽钢纤维由熔融的钢水甩制而成,纤维强度因熔钢成分与热处理条件而异,表面不规则且有一层强度很低的氧化层。氧化层的存在降低了钢纤维与混凝土的粘结强度。
钢纤维的弹性模量与抗拉强度都比较高,大约为水泥基材的5倍以上。同时钢纤维也可以制成各种变截面形状,以增加与水泥基材之间的握裹力。
钢纤维增强混凝土强度机理
钢纤维在混凝土中的主要作用,在于限制外力
作用下基体中裂缝的扩展。在受荷(拉、弯)初期,水泥基料与钢纤维共同承受外力,而前者是外力的主要承受者;当基料发生开裂后,横跨裂缝的钢纤维成为外力的主要承受者。若钢纤维体积掺量超过某一临界值,整个复合材料可继续承受较高的荷载,并产生较大的变形,直到钢纤维被拉断或钢纤维从基料中被拔出,以至复合材料破坏
钢纤维混凝土是在普通混凝土中,均匀地乱向分布一定量的钢纤维,经硬化而得,与普通混凝土相比,具有一系列优越的物理力学性质:
(1)强度与重量比值增大;
(2)较高的抗拉、抗压和抗弯的极限强度。在混凝土中掺入适量钢纤维,其极限抗压强度可以提高,单轴抗拉极限强度可提高40%～50%,抗弯极限强度可提高50%～150%;
(3)良好的抗冲击性能。钢纤维混凝土在纤维掺量为0.8%～2.0%时,其冲击韧性指标可以提高50～100倍,甚至更高;
(4)变形性能明显改善。钢纤维对混凝土抗压弹性模量影响不显著,但对抗拉弹性模量提高较多。钢纤维对混凝土长期收缩变形的影响也较明显,钢纤维可使混凝土的收缩率降低10%～30%;
(5)抗裂和抗疲劳性能显著提高;(6)优越的抗剪性能;
(7)良好的阻止和抑制因温度应力引起裂缝产生与扩展的能力;
(8)良好的抗冻性与耐磨性能。
钢纤维在道路工程中的应用
由于钢纤维混凝土路面具有减薄铺装厚度、纵缝不设或少设、横向缩缝少、良好的耐磨性及冻融性等优点,延长路面使用寿命,从而在路面工程中获得广泛应用。
(1)新建全截面钢纤维混凝土路面
全截面采用钢纤维混凝土的路面厚度为普通混凝土路面厚度的50%～60%,钢纤维掺量为0.8%
～1.2%。双车道路面一般不设纵缝,横缝间距20～30m,最长可取50m。
(2)新建复合式钢纤维混凝土路面
复合式路面可以做成双层式或三层式。双层式路面的构造是在全路面板厚的上层约全厚40%～60%铺设钢纤维混凝土。
三层式复合路面,是上下两层分别做成钢纤维混凝土层,中间普通混凝土层,结构上比较合理,但施工复杂。根据施工经验三层式复合路面宜在机械化铺设条件较高的地区使用。此外,还可以采用钢纤维-钢丝网混凝土复合式路面。
(3)碾压钢纤维混凝土路面将钢纤维置于碾压混凝土中,从而使路面的强度和韧性增强,改善碾压混凝土的力学性能。
(4)钢纤维混凝土罩面旧混凝土路面损坏采用钢纤维混凝土铺筑罩面层。钢纤维混凝土罩面分结合式、直接式、分离式三种形式。
结合式罩面面层与旧混凝土相互粘结为一整体,共同发挥结构的整体强度作用。
分离式罩面层与旧混凝土不粘结,而是中间设置一个隔离层,各层独立发挥作用。
直接式是直接在旧水泥混凝土加铺钢纤维混凝土罩面层。一般用于损坏较轻微的旧水泥混凝土路面。
(5)钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土罩面修补
用钢纤维水泥砂浆或钢纤维细石混凝土对损坏
的路面进行修补罩面。钢纤维体积率以1%～2%为宜,长径比可略高于钢纤维增强混凝土的长径比。一般限制在70～100范围内。
(6)在多年冻土地区的用于抗冻
在多年冻土地区选用钢纤维混凝土路面以减少吸热,并维持冻土热平衡和提高抗冻性。4 钢纤维混凝土设计
钢纤维混凝土配合比可以根据普通混凝土配合比的选择原则,通过试验最后决定。首先应选择与基材强度相适应的钢纤维品种,钢纤维极限抗拉强度应大于500MPa。圆直和熔抽钢纤维适宜配制中低标号混凝土,剪切钢纤维可配制高标号混凝土。钢纤维含量以0.5%～2.0%为宜,对于路面及路面结构,由于长期经受反复荷载的疲劳作用,宜取高值。为了使钢纤维混凝土的力学性能与施工和易性
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