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緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇纖維混凝土，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
（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(diǎn)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(qiáng)混凝土這種本身帶內(nèi)部缺陷的脆性材料的抗拉強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(kuò)展的能力，達(dá)到鋼纖維對混凝土增強(qiáng)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(qiáng)的作用。
二、鋼纖維混凝土的應(yīng)用
鋼纖維混凝土作為一種新型復(fù)合材料，以其優(yōu)良的抗拉、抗彎、阻裂、耐沖擊、耐疲勞、高韌性等物理力學(xué)性能，目前已被廣泛應(yīng)用于建筑工程、水利工程、公路橋梁工程、公路路面和機(jī)場道面工程、鐵路公程、管道工程、內(nèi)河航道工程、防暴工程和維修加固工程等各個專業(yè)領(lǐng)域。
（一）水利工程
鋼纖維混凝土在水利工程中的應(yīng)用比較廣泛，主要將其用于受高速水流作用以及受力比較復(fù)雜的部位，如溢洪道、泄水孔、有壓疏水道、消力池、閘底板和水閘、船閘、渡槽、大壩防滲面板及護(hù)坡等。這些部位對混凝土材料自身的抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度以及抗裂性能的要求都比較高，也正發(fā)揮了鋼纖維混凝土的自身優(yōu)勢。我國在實(shí)際工程中應(yīng)用的有：三峽工程、小浪底水利樞紐工程、三門峽泄水排砂底孔等工程。以上工程都獲得了較為滿意的效果，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
（二）建筑工程。鋼纖維混凝土在建筑工程中的影響越來越廣泛，一般應(yīng)用于房屋建筑工程、預(yù)制樁工程、框架節(jié)點(diǎn)、屋面防水工程、地下防水工程等工程領(lǐng)域中。如抗震框架節(jié)點(diǎn)中使用鋼纖維混凝土，能代替箍筋滿足節(jié)點(diǎn)對強(qiáng)度、延性、耗能等方面的要求，而且還能提供類似于箍筋約束混凝土的作用，并解決節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋擠壓使混凝土難于澆注的施工問題；鋼纖維混凝土還具有良好的抗裂性，可使構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)荷載下處于彈性階段而不裂，不出現(xiàn)應(yīng)力的重分布；用鋼纖維混凝土制成的自防水預(yù)應(yīng)力屋面板，不僅提高了自防水預(yù)應(yīng)力屋面板的抗裂性能，同時也減少了縱向預(yù)應(yīng)力筋的配筋率，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。鋼纖維混凝土在建筑中的應(yīng)用實(shí)例有：福州東方大廈、沈陽市急救中心站綜合樓、江蘇省丹陽市中醫(yī)院、遼陽市食品公司辦公樓等工程。三）道路和橋梁工程。鋼纖維混凝在道路和橋梁工程方面，主要廣泛應(yīng)用于路面、橋梁、機(jī)場跑道等工程中，包括新建及修補(bǔ)工程。鋼纖維混凝土較普通混凝土有較好的韌性，抗沖擊、抗疲勞性。它可使面層厚度減少，伸縮縫間距加長，使用性能提高，維修費(fèi)用減低，壽命延長。面層較普通混凝土可減少30-50%，公路伸縮縫間距可達(dá)30-100m，機(jī)場跑道的伸縮縫間距可達(dá)30m。用于路面及橋面修補(bǔ)時，其罩面厚度僅為3-5cm。在實(shí)際工程中有：北京東西環(huán)路立交橋、滬杭高速公路成渝公路、大足朱溪大橋、廣州解放大橋等工程中都采用了鋼纖維混凝土解決工程難題，使用效果較好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
（四）鐵路工程。在鐵路工程方面，鋼纖維混凝土主要用于預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土鐵路軌枕、雙塊式鐵路軌枕及搶修鐵路橋面防水保護(hù)層中。鐵路工程承受較大的荷載、較高的速度和數(shù)萬次的振動，所以要求混凝土必須具有較高的強(qiáng)度、較高的抗沖擊性及較大的塑性。這正好利用了鋼纖維混凝土的抗沖擊性及較好的塑性。建成的工程有：沈陽鐵路局長達(dá)線維修工程、柳州鐵路局黔桂鐵路鋪設(shè)工程、南昆鐵路隧道工程和西安安康鐵路椅子山隧道等工程土。鋼纖維混凝土的應(yīng)用，使維修工作量大為減少，并提高了線路的使用壽命，效果良好。
（五）港口及海洋工程。鋼纖維混凝土在海洋工程中的使用主要是鋼纖維混凝土的腐蝕問題，所以有待進(jìn)一步研究，但在日本和挪威的使用經(jīng)驗(yàn)是令人鼓舞的。日本鋼鐵俱樂部采用鋼纖維混凝土作鋼管樁防腐層，在海水中浸泡10年，鋼纖維混凝土防腐完好，鋼管表面無銹蝕，仍有金屬光澤。挪威將鋼纖維混凝土用于北海海底輸氣管道的隧道襯砌、Forsmark核電站海底核廢料庫的支護(hù)、海洋平臺后張預(yù)應(yīng)力管道孔的封堵以及碼頭混凝土受海水腐蝕部位的修補(bǔ)等。我國江蘇石舀港碼頭的軌道梁工程中也使用了鋼纖維混凝土。
除了上述領(lǐng)域外，還有很多鋼纖維混凝土的應(yīng)用的實(shí)例，如承受重級工作制造工業(yè)廠房和倉庫地面、薄壁蓄水結(jié)構(gòu)、預(yù)制板、離心管、污水井、游泳池、耐火混凝土和耐火材料、抗爆結(jié)構(gòu)、各類建筑物和構(gòu)筑物的修補(bǔ)、補(bǔ)強(qiáng)加固、抗震加固等。
三、結(jié)束語
鋼纖維混凝土具有普通混凝土不具有的優(yōu)點(diǎn)，且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，其在民用建筑樓地面、公路路面、預(yù)制構(gòu)件水利工程、港口碼頭、機(jī)場跑道和停機(jī)坪、橋梁隧道以及各種構(gòu)筑物等方面的應(yīng)用前景將是十分廣闊的前景。
參考文獻(xiàn)：
[1]J.P.RomualdiandG.B.Batson.MechanicsofCrackArrestinConcrete,Proc.ASCE,Vol.89,EM3,Junal1963(pp.147-168).
[2]高丹盈，劉建秀.鋼纖維混凝土基本理論[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.1994.三）道路和橋梁工程。鋼纖維混凝在道路和橋梁工程方面，主要廣泛應(yīng)用于路面、橋梁、機(jī)場跑道等工程中，包括新建及修補(bǔ)工程。鋼纖維混凝土較普通混凝土有較好的韌性，抗沖擊、抗疲勞性。它可使面層厚度減少，伸縮縫間距加長，使用性能提高，維修費(fèi)用減低，壽命延長。面層較普通混凝土可減少30-50%，公路伸縮縫間距可達(dá)30-100m，機(jī)場跑道的伸縮縫間距可達(dá)30m。用于路面及橋面修補(bǔ)時，其罩面厚度僅為3-5cm。在實(shí)際工程中有：北京東西環(huán)路立交橋、滬杭高速公路成渝公路、大足朱溪大橋、廣州解放大橋等工程中都采用了鋼纖維混凝土解決工程難題，使用效果較好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
（四）鐵路工程。在鐵路工程方面，鋼纖維混凝土主要用于預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土鐵路軌枕、雙塊式鐵路軌枕及搶修鐵路橋面防水保護(hù)層中。鐵路工程承受較大的荷載、較高的速度和數(shù)萬次的振動，所以要求混凝土必須具有較高的強(qiáng)度、較高的抗沖擊性及較大的塑性。這正好利用了鋼纖維混凝土的抗沖擊性及較好的塑性。建成的工程有：沈陽鐵路局長達(dá)線維修工程、柳州鐵路局黔桂鐵路鋪設(shè)工程、南昆鐵路隧道工程和西安安康鐵路椅子山隧道等工程土。鋼纖維混凝土的應(yīng)用，使維修工作量大為減少，并提高了線路的使用壽命，效果良好。
（五）港口及海洋工程。鋼纖維混凝土在海洋工程中的使用主要是鋼纖維混凝土的腐蝕問題，所以有待進(jìn)一步研究，但在日本和挪威的使用經(jīng)驗(yàn)是令人鼓舞的。日本鋼鐵俱樂部采用鋼纖維混凝土作鋼管樁防腐層，在海水中浸泡10年，鋼纖維混凝土防腐完好，鋼管表面無銹蝕，仍有金屬光澤。挪威將鋼纖維混凝土用于北海海底輸氣管道的隧道襯砌、Forsmark核電站海底核廢料庫的支護(hù)、海洋平臺后張預(yù)應(yīng)力管道孔的封堵以及碼頭混凝土受海水腐蝕部位的修補(bǔ)等。我國江蘇石舀港碼頭的軌道梁工程中也使用了鋼纖維混凝土。
除了上述領(lǐng)域外，還有很多鋼纖維混凝土的應(yīng)用的實(shí)例，如承受重級工作制造工業(yè)廠房和倉庫地面、薄壁蓄水結(jié)構(gòu)、預(yù)制板、離心管、污水井、游泳池、耐火混凝土和耐火材料、抗爆結(jié)構(gòu)、各類建筑物和構(gòu)筑物的修補(bǔ)、補(bǔ)強(qiáng)加固、抗震加固等。
三、結(jié)束語
鋼纖維混凝土具有普通混凝土不具有的優(yōu)點(diǎn)，且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，其在民用建筑樓地面、公路路面、預(yù)制構(gòu)件水利工程、港口碼頭、機(jī)場跑道和停機(jī)坪、橋梁隧道以及各種構(gòu)筑物等方面的應(yīng)用前景將是十分廣闊的前景。
參考文獻(xiàn)：
摘要：鋼纖維混凝土是一種新型的復(fù)合材料，具有較高的抗拉強(qiáng)度和斷裂韌性，抗疲勞等性能，本文通過對普通鋼纖維混凝土和自密實(shí)鋼纖維混凝土性能的對比，闡述鋼纖維混凝土在施工過程中的拌合工藝；通過與普通鋼纖維混凝土工藝的對比，闡述自密實(shí)鋼纖維混凝土在施工過程的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：自密實(shí)混凝土 鋼纖維 施工工藝
1.概述
鋼纖維混凝土(Steel Fiber Reinforce Concrete簡稱SFRC)是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的多相復(fù)合材料。
自密實(shí)混凝土的應(yīng)用已經(jīng)20年的歷史，在國內(nèi)的應(yīng)用僅有10多年，特別是最近幾年，自密實(shí)混凝土的應(yīng)用越來越廣泛，自密實(shí)混凝土是指在自身的重力作用下，能夠流動、密實(shí)，即使存在致密鋼筋也能完全填充米板，同時獲得很好的均質(zhì)性，并且不需要附加振動的混凝土，因自身具有很多優(yōu)點(diǎn)，自密實(shí)混凝土被廣泛的應(yīng)用于工程中。
自密實(shí)鋼纖維混凝土集這兩種混凝土的優(yōu)點(diǎn)于一身，即在混凝土施工澆筑的過程中利用自密實(shí)混凝土拌合物的易澆筑密實(shí)的特點(diǎn)，在混凝土硬化后利用鋼纖維混凝土的力學(xué)與變形能力。
2.鋼纖維混凝土的特點(diǎn)
在普通混凝土之中，以亂向的方式均勻地把一定量的鋼纖維分布其中，再經(jīng)過硬化從而制得鋼纖維混凝土，這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成，較之普通混凝土，物理力學(xué)性質(zhì)大多都較高：重量和強(qiáng)度比值增加；抗拉 抗壓及抗彎的極限強(qiáng)度較高；良好的抗沖擊性能；明顯改善的變形性能；顯著提高的抗裂與抗疲勞性能；抗剪性優(yōu)越；對由于溫度應(yīng)力而造成的裂縫及裂縫的擴(kuò)展的的阻止與抑制能力良好；耐磨與抗凍性能良好。
普通鋼纖維混凝土的纖維體積率在1%—2%之間，較之普通混凝土，抗拉強(qiáng)度提高40%—80%，抗彎強(qiáng)度提高60%—120%，抗剪強(qiáng)度提高50%一100%，抗壓強(qiáng)度提高幅度較小，一般在0—25%之間，但抗壓韌性卻大幅度提高。
自密實(shí)鋼纖維混凝土擁有普通鋼纖維混凝土的特點(diǎn)，同時還具有自密實(shí)混凝土的自密實(shí)性能，主要包括流動性、抗離析性及填充。每種性能均可采用坍落擴(kuò)展度試驗(yàn)、V漏斗試驗(yàn)（或T50試驗(yàn)）和U型箱試驗(yàn)等一種以上方法檢測。這種自密實(shí)性能可以保證混凝土良好的密實(shí)，不需要振搗，改善混凝土的表面質(zhì)量，不會出現(xiàn)不會出現(xiàn)表面氣泡或蜂窩麻面，不需要進(jìn)行表面修補(bǔ)；能夠逼真呈現(xiàn)模板表面的紋理或造型。但鋼纖維體積率對鋼纖維自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不大，但對劈拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度影響較明顯，且隨著鋼纖維體積率的增加而增大。
3.鋼纖維混凝土的比較
兩種鋼纖維混凝土比普通混凝土具有以上的特點(diǎn)，但是這些特點(diǎn)與鋼纖維有著密切的關(guān)系，在鋼纖維混凝土的制備過程中，兩種混凝土鋼纖維的選擇要考慮以下幾個方面：
⑴纖維種類 不同種類的鋼纖維具有不同的力學(xué)性能（主要是抗拉強(qiáng)度、彈性模量、短裂延伸率等），而這些性能與鋼纖維能否在混凝土中起作用有著很大的關(guān)聯(lián)性。
⑵纖維長度與長徑比 使用連續(xù)長鋼纖維時，鋼纖維與水泥基體黏結(jié)較好，因此可充分發(fā)揮鋼纖維增強(qiáng)作用。但如果使用的是短鋼纖維時，則要取決于鋼纖維的臨界長徑比。鋼纖維臨界長徑比是鋼纖維的臨界長度與其直徑d的比值，即①若鋼纖維的實(shí)際長徑比小于臨界長徑比，則復(fù)合材料破壞時，鋼纖維由水泥基體內(nèi)拔除。②若鋼纖維的實(shí)際長徑比等于臨界長徑比，只有基體的裂縫發(fā)生在鋼纖維中央時鋼纖維才拉斷。否則鋼纖維短的一側(cè)從基體內(nèi)拔出。③若鋼纖維的實(shí)際長徑比大于臨界長徑比，則復(fù)合材料破壞時鋼纖維可拉斷。
鋼纖維長度的選擇：鋼纖維的長度必須與混凝土中粗集料的公稱粒徑相匹配，混凝土粗集料的公稱粒徑應(yīng)為鋼纖維長度的2/3~1/2,即鋼纖維可以跨越一個粗集料，并與另外一個粗集料的1/3搭接，同時鋼纖維的長度不可以太長，過長的鋼纖維攪拌不均勻，且容易成團(tuán)。
⑶纖維體積率 纖維體積率直接影響到混凝土的工作性能，力學(xué)性能及耐久性能等。纖維摻量過少時，不能很好發(fā)揮效果，纖維摻量過多會使混凝土難以成行，出現(xiàn)“團(tuán)聚”現(xiàn)象。
⑷纖維取向 鋼纖維在混凝土中的取向?qū)ζ淅寐视泻艽笥绊戜摾w維自密實(shí)混凝土攪拌時，宜采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，為了使鋼纖維充分分散防止鋼纖維由于一次性加入攪拌機(jī)而出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，把鋼纖維先經(jīng)過分散機(jī)然后加入攪拌機(jī)，采用先干后濕分級投料的工藝，將鋼纖維，粗集料，細(xì)集料根據(jù)配合比配制的混合料在攪拌機(jī)先干拌1min，然后再加入水和外加劑進(jìn)行攪拌。
兩種鋼纖維混凝土的施工制作順序和方法類似，但是，在澆筑之后，普通鋼纖維混凝土和一般的混凝土一樣需要振搗，摻入的鋼纖維由于自身的重量在振搗的過程中會向著振搗的相反方向聚集，導(dǎo)致混凝土中的鋼纖維分布不均勻，從而影響鋼纖維混凝土的力學(xué)性能。
相反，鋼纖維自密實(shí)混凝土在澆筑之后，由于自密實(shí)混凝土在自身重力作用下能夠流動填充模板而不需要振搗，避免了鋼纖維在混凝土中聚集的現(xiàn)象，使得自密實(shí)鋼纖維混凝土的力學(xué)性能得到充分的利用。
鋼纖維自密實(shí)混凝土無需振搗而能自實(shí)。在實(shí)際施工中消除了澆筑混凝土?xí)r的振搗噪聲，提高了施工速度和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了混凝土澆筑的省力化，為改善和解決過密配筋、薄壁、復(fù)雜形體、大體積、有特殊要求、振搗困難的工程施工施工條件帶來了極大的方便。
決定鋼纖維混凝土力學(xué)性能的最后總要參數(shù)是它的韌性，已經(jīng)有研究結(jié)果顯示鋼纖維自密實(shí)混凝土的韌性要比普通鋼纖維混凝土強(qiáng)的多[1]。
參考文獻(xiàn)：
[1]張金強(qiáng)譯.鋼纖維在自密實(shí)混凝土中的應(yīng)用[J].石家莊鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2002，1（3）：76-80.
[2]程慶國,高路彬等.鋼纖維混凝土理論及應(yīng)用[M].北京：中國鐵道出版社， 1999.
[3]陳睿,劉真等.自密實(shí)混凝土應(yīng)用研究[A].武漢：無哈理工大學(xué)學(xué)報，2001
[關(guān)鍵詞]混凝土 纖維 強(qiáng)化 結(jié)構(gòu)
中圖分類號：TU278.39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）21-0214-01
一、纖維混凝土的作用和增強(qiáng)機(jī)理
1、纖維混凝土的作用
取決于纖維自身的性質(zhì)以及它在混凝土基體中散布混合的狀態(tài)。纖維加入水泥基體中主要有以下作用：阻裂：阻止水泥基體中原有缺陷（微裂縫）的擴(kuò)展并有效延緩新裂縫的出現(xiàn)。纖維的作用可大大減少甚至徹底消除宏觀裂縫產(chǎn)生。防滲：因減少了水泥基體中的連通裂縫，故可有效阻止外界水分侵入。耐久：改善水泥基體抗凍、抗疲勞等性能，提高耐久性。增韌與抗沖擊：提高水泥基體耐受變形的能力，從而改善其韌性和抗沖擊性。
2、纖維混凝土增強(qiáng)機(jī)理
水泥混凝土具有成本低、硬化前塑性好、硬化后抗壓強(qiáng)度高、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各種土木工程中，但也存在脆性大、易開裂、抗拉強(qiáng)度低等缺點(diǎn)。為了克服這些缺點(diǎn)，長期以來，人們提出了很多增強(qiáng)辦法，其中在水泥混凝土中加入適量的短纖維是一種有效的增強(qiáng)辦法。目前在混凝土工程中摻加的纖維主要有：鋼纖維、玻璃纖維、聚丙烯纖維、尼龍纖維、石棉、芳綸纖維、聚酯纖維、碳纖維等。
二、纖維混凝土性能實(shí)驗(yàn)研究
在混凝土中添加不連續(xù)的延性纖維可以顯著改善混凝土的脆性。近年來的工程實(shí)踐表明：低摻量纖維的高性能混凝土，不僅具有經(jīng)濟(jì)價值，而且對于促進(jìn)高性能混凝土的發(fā)展具有推動作用。隨著高性能混凝土的發(fā)展，纖維增強(qiáng)混凝土的應(yīng)用正日益普遍。目前在混凝土中添加各種纖維改善混凝土性能的研究發(fā)展迅速。研究發(fā)現(xiàn)添加聚丙烯纖維對混凝土材性的影響，通過對混凝土微觀結(jié)構(gòu)的分析可知，這一措施可以顯著改善混凝土的抗?jié)B性能和抗火性能。研究發(fā)現(xiàn)添加碳纖維對于混凝土性能的改善。添加混雜纖維亦可改善混凝土性能，。對于添加纖維的混凝土力學(xué)性能研究的重點(diǎn)主要是材料的抗裂性能、抗收縮、徐變的能力以及抗沖擊性能；而對于材料的抗壓、抗拉強(qiáng)度以及彈性模量的研究卻非常少，材料的這些力學(xué)性能對于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載力和變形的計算卻是最基本的參數(shù)。
三、纖維混凝土的應(yīng)用與拓展
在查閱大量資料后，結(jié)合資料和自己的理解得知：目前，纖維混凝土被廣泛地應(yīng)用于混凝土路面、橋涵結(jié)構(gòu)物、高層建筑、造船、海岸防護(hù)、隧道、水利水電等眾多領(lǐng)域。
由于聚丙烯纖維混凝土在抗裂、防水、抗疲勞等方面的優(yōu)良特性，因此其可應(yīng)用在：
（1）公路的路面，使路面的使用壽命延長5～10年；
（2）隧道、礦井等墻面和頂部的噴射混凝土，其回彈脫落不超過4%～5%；
（3）水壩、運(yùn)河、蓄水池、水渠、游泳池、港口、船塢、碼頭減少龜裂，降低滲透性；
（4）混凝土預(yù)制體、灰漿板可增強(qiáng)混凝土的粘合性，降低損耗；
（5）樓房建筑中的復(fù)合樓板、屋頂板、頂尖覆蓋層、建筑裝飾物，可增強(qiáng)建筑的多種指標(biāo)，且可取代金屬絲網(wǎng)。
橋路面中的應(yīng)用
許多國外的抗磨試驗(yàn)表明，加入聚丙烯纖維后的混凝土可增加粗糙度，使混凝土在同樣外露表面磨損試驗(yàn)條件下，抗磨損能力增加1倍。挪威高速公路試驗(yàn)室進(jìn)行抗磨試驗(yàn)時，是在挪威有釘帽的輪胎測試混凝土磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，其結(jié)果表明，C75有纖維的混凝土試樣與無纖維的試樣對比，其抗磨損能力增加52%，而其試件磨損損失量減少34.4%。C50纖維混凝土試樣水泥用量雖少，但與C75試樣對比，其抗磨損能力增加20%，而其材料磨損損失量減少17.2%。用聚丙烯纖維混凝土作橋梁工程橋面鋪裝層可纖維混凝土代替鋼纖維混凝土，節(jié)省了投資。有效地抑制和減少裂縫，增強(qiáng)橋面的防水性和抗破能力，減緩鋼筋銹蝕和延長結(jié)構(gòu)的壽命。
板式混凝土結(jié)構(gòu)
聚丙烯纖維混凝土目前得到最廣泛應(yīng)用的場合主要是面支承平板結(jié)構(gòu)，水電站的消力池、護(hù)坦 、船閘底板等都屬于面支承平板結(jié)構(gòu)一類的底板混凝土。厚度大多較小，常和基巖直接接觸，混凝土澆筑后因基巖約束，容易發(fā)生裂縫。聚丙烯纖維混凝土因其干縮量小初凝時的塑性收縮微裂紋得到抑制，因此可以減輕這類底板混凝土開裂問題。在常規(guī)設(shè)計中，為了防止表面收縮裂縫，往往設(shè)置了表層分布鋼筋網(wǎng)。由于鋼筋網(wǎng)中間距一般為15～20 cm，因各種原因，有時實(shí)際起不到防止混凝土表面裂縫的目的。采用一定摻量的聚丙烯纖維混凝土來替代鋼筋網(wǎng)可能是一個經(jīng)濟(jì)有效的措施，也大大簡化了施工，加快了進(jìn)度很值得進(jìn)行試驗(yàn)研究。
噴射混凝土工程的應(yīng)用
聚丙烯混凝土有較高的粘稠性，很適宜用于噴射混凝土。噴射聚丙烯纖維混凝土與噴射普通混凝土比較，能顯著減少回彈損失，增加一次噴射厚度，提高生產(chǎn)能力，降低總成本，并能防止產(chǎn)生裂紋。可用于隧道支護(hù)、護(hù)坡工程 、建筑物穹頂和拱橋底部修補(bǔ)噴漿、水池及筒倉結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力繞絲噴漿護(hù)面等。噴射聚丙烯纖維混凝土施工時宜用濕噴法，可以較準(zhǔn)確的控制水灰比，提高噴射混凝土質(zhì)量和減少回彈損失，并使聚丙烯纖維在混凝土中得到充分分散 。濕噴機(jī)械過去完全要靠進(jìn)口，主要是有日本、美國研制的擠壓泵型 、英國的compernass 型和德國的BsM-903型濕噴機(jī)，價格十分昂貴。近年來我國鐵道科學(xué)研究院西南分院已研究出TK-961型濕噴混凝土噴射機(jī)，比進(jìn)口產(chǎn)品便宜甚多，每小時可噴射混凝土5m3， 最大水平和垂直輸運(yùn)距離分別達(dá)到 40m和20m，但自動化程度低操作人員需精心控制噴射參數(shù)。
高速水流作用的部位
水利水電工程的溢流面、泄洪洞、消力池、溢洪道泄流槽、閘門門槽以及排沙孔道都有高速水流沖刷、磨損和氣蝕問題，特別當(dāng)水流中摻有泥沙時，問題更為突出。為提高這些部位的混凝土抗沖蝕磨損能力，以往的工程措施是采用高強(qiáng)度混凝土、硅粉混凝土和鋼纖維混凝土等。不但工程造價高，而且高強(qiáng)度混凝土、鋼纖維混凝土和硅粉混凝土施工都較困難。利用聚丙烯纖維混凝土良好的抗沖磨性能用于上述工程部位是合理的選擇，還可以不必提高混凝土標(biāo)號。
結(jié)束語：
聚丙烯纖維在防止砂漿、混凝土早期收縮裂縫方面的顯著作用已得到許多工程實(shí)例和試驗(yàn)研究的證實(shí)。利用聚丙烯纖維混凝土良好的抗沖磨性能將其應(yīng)用于水利水電的各水下工程部位是合理的選擇，而且還可以不必提高混凝土標(biāo)號。具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用效益。聚丙烯混凝土有較高的粘稠性，很適宜用于噴射混凝土。噴射聚丙烯纖維混凝土與噴射普通混凝土比較，能顯著減少回彈損失，增加一次噴射厚度，提高生產(chǎn)能力，降低總成本，并能防止產(chǎn)生裂紋。
關(guān)鍵詞：纖維瀝青混凝土路用性能力學(xué)性能橋面鋪裝施工
<ANstyle="mso-acerun:yes">隨著我國公路交通事業(yè)的發(fā)展,大跨徑橋梁逐漸增多,鋪裝層的質(zhì)量好壞和使用耐久性直接影響到行車的安全性、舒適性、橋梁的耐久性及投資效益。大跨徑橋梁的橋面鋪裝,往往因?yàn)榻煌看?沒有替代的其他疏散道路而使得維護(hù)較為困難,所以,需要橋面鋪裝有較長的使用壽命。
<ANstyle="mso-acerun:yes">為了適應(yīng)現(xiàn)代交通對瀝青混凝土橋面鋪裝提出的越來越高的要求,出現(xiàn)了諸如改性瀝青SMA、環(huán)氧瀝青混凝土、瀝青瑪碲脂混合料、澆注式瀝青混凝土等橋面鋪裝材料和技術(shù)[1～4]。雖然它們具有較好的性能,但或者需要采用特殊設(shè)備,或者是有一定的施工難度,或者造價比較高,一時還難以大面積推廣。針對揚(yáng)州西北繞城高速公路的具體工程情況,本文選擇了纖維瀝青混合料作為橋面鋪裝材料[5]。
1纖維瀝青混合料的路用性能研究
<ANstyle="mso-acerun:yes">本研究首先通過揚(yáng)州西北繞城高速公路橋面鋪裝上層及下層2種級配類型瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性等路用性能試驗(yàn)[6],來綜合評價瀝青混合料的各項性能以及纖維的增強(qiáng)作用。
1.1瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)
<ANstyle="mso-acerun:yes">由于瀝青混凝土路面的強(qiáng)度和剛度(模量)隨溫度升高而顯著下降,為了保證瀝青混凝土鋪裝層在高溫季節(jié)行車荷載反復(fù)作用下,不至于產(chǎn)生諸如波浪、推移、車轍和擁包等病害,鋪裝層應(yīng)具有良好的高溫穩(wěn)定性,即在荷載的作用下具有抵抗永久變形的能力。車轍試驗(yàn)因能較好地反映車轍的形成過程,得到世界各國的廣泛認(rèn)可與采用,本研究即采用車轍試驗(yàn)來評價纖維瀝青混凝土的高溫抗車轍能力,試驗(yàn)結(jié)果。
<ANstyle="mso-acerun:yes">試驗(yàn)結(jié)果表明:加入纖維后,瀝青混合料的抗車轍性能得到改善。這是因?yàn)檐囖H的形成主要是由于試驗(yàn)初期瀝青混合料本身的壓密,以及隨后瀝青混合料的側(cè)向流動變形。加入纖維與未加纖維對混合料的初期壓密變形影響不大,但是對后期的側(cè)向流動變形有較大的影響。加入纖維后,纖維吸附及穩(wěn)定瀝青,使瀝青的粘稠度和粘聚力增大,同時由于縱橫交錯的纖維加筋作用,使瀝青混合料的整體性、抗剪性及抗車轍能力增強(qiáng)。從動穩(wěn)定度結(jié)果可以看出,纖維可顯著改善瀝青混合料的高溫抗車轍性能。
1.2瀝青混合料低溫性能試驗(yàn)
<ANstyle="mso-acerun:yes">瀝青混合料是一種溫度敏感性材料,環(huán)境溫度的變化會使其使用性能發(fā)生很大的變化。隨著溫度的降低,瀝青混合料的強(qiáng)度和勁度都會明顯增大,但其變形能力卻會顯著下降,并可能會出現(xiàn)脆性破壞。
<ANstyle="mso-acerun:yes">低溫主要是影響瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度和變形能力,從而造成瀝青混合料的低溫開裂。本研究通過試驗(yàn)測定瀝青混合料在-10℃時彎曲破壞的力學(xué)性質(zhì)來評價瀝青混合料的低溫抗裂性能。
<ANstyle="mso-acerun:yes">從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,纖維的加入有效地提高了鋪裝層材料低溫時的柔韌性,這樣使得鋪裝層在低溫季節(jié)能更好地適應(yīng)橋面板的變形,減少在低溫季節(jié)容易出現(xiàn)的橋面溫縮裂縫和疲勞裂縫。這對于改善橋面鋪裝低溫時的使用性能具有重要意義。
1.3瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)
<ANstyle="mso-acerun:yes">瀝青混凝土鋪裝層中若有水分存在,則在汽車車輪動態(tài)荷載的作用下,進(jìn)入路面空隙中的水會不斷產(chǎn)生動水壓力及真空負(fù)壓抽吸的反復(fù)循環(huán)作用,使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘結(jié)力。繼而,瀝青膜從集料表面脫落,瀝青混合料出現(xiàn)掉粒、松散,形成瀝青混凝土路面的坑槽、松散等損壞現(xiàn)象。因而,必須重視瀝青混合料自身抗水損壞能力的好壞。
<ANstyle="mso-acerun:yes">本文首先進(jìn)行了浸水馬歇爾試驗(yàn),結(jié)果表明不同級配、不同瀝青混合料的浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范要求。雖然該試驗(yàn)方法操作比較簡單,但不能較好地反映實(shí)際瀝青混凝土路面早期的水損情況。為了更有效地評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性能,本研究又進(jìn)行了凍融劈裂試驗(yàn)。
<ANstyle="mso-acerun:yes">試驗(yàn)結(jié)果表明,加入纖維對瀝青混合料的水穩(wěn)性有改善作用,且纖維對普通瀝青混合料的改善作用相對較大。這主要是因?yàn)槔w維可以吸附部分瀝青,從而增大瀝青用量,提高瀝青飽和度;并且使粘附在礦料上的結(jié)構(gòu)瀝青膜變厚,降低了水對瀝青膠漿的侵蝕破壞作用,增強(qiáng)了瀝青膠漿抵抗自然環(huán)境破壞的能力,使混合料抗水損害能力增強(qiáng)。而改性瀝青混合料本身就具有較強(qiáng)的水穩(wěn)定性,所以,纖維對其的改善作用并不明顯。
<ANstyle="mso-acerun:yes">另外,對于采用相同瀝青基質(zhì)的混合料,纖維對AK213A型改性瀝青混合料水穩(wěn)定性的改善作用要優(yōu)于AC220I型改性瀝青混合料。這是由于礦料級配越細(xì),細(xì)礦料比表面積越大,與瀝青及纖維的相互作用越強(qiáng),瀝青混合料水穩(wěn)性的改善幅度就越大。
2纖維瀝青混合料的力學(xué)性能研究
<ANstyle="mso-acerun:yes">橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層瀝青混凝土力學(xué)性能計算參數(shù),包括劈裂抗拉強(qiáng)度和抗壓回彈模量。本研究測得了揚(yáng)州西北繞城高速公路橋面鋪裝上層及下層2種級配類型條件下,各鋪裝層材料的力學(xué)性能。
2.1瀝青混合料劈裂試驗(yàn)
<ANstyle="mso-acerun:yes">本試驗(yàn)測定熱拌瀝青混合料在15℃下的劈裂抗拉強(qiáng)度和破壞勁度模量。
<ANstyle="mso-acerun:yes">由試驗(yàn)結(jié)果可以看出,在AK213A中摻加增強(qiáng)纖維,增加了瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度。這主要是由于在劈裂的條件下,試件內(nèi)部呈受拉狀態(tài),試件的破壞主要是由于內(nèi)部的粘結(jié)力不足以抵抗外荷載的作用,而纖維增加了瀝青與礦料間的粘附性,提高了集料之間的粘結(jié)力,進(jìn)而提高了瀝青混合料的抗劈裂能力。
<ANstyle="mso-acerun:yes">同時,當(dāng)瀝青混合料中摻加增強(qiáng)纖維后,瀝青混合料的破壞勁度模量也有所增大。但破壞勁度模量增大速率較緩慢,說明纖維增強(qiáng)瀝青混合料具有更大變形能力(柔韌性),更能適應(yīng)橋面板的變形。
<ANstyle="mso-acerun:yes">另外,纖維對普通瀝青混合料的增強(qiáng)作用較之改性瀝青混合料更為明顯。這主要是由于改性瀝青本身就具有較強(qiáng)的粘結(jié)性,纖維的作用無法充分體現(xiàn)。
2.2瀝青混合料單軸壓縮試驗(yàn)
<ANstyle="mso-acerun:yes">本文測定瀝青混合料在15℃條件下的抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量。
<ANstyle="mso-acerun:yes">試驗(yàn)結(jié)果表明:
<ANstyle="mso-acerun:yes">(1)鋪裝上層瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度有了明顯提高,而抗壓回彈模量卻降低了,說明加入聚合物有機(jī)纖維后,瀝青混合料的柔韌性增加了;
<ANstyle="mso-acerun:yes">(2)瀝青混合料中摻加纖維后,無論是普通瀝青混合料還是改性瀝青混合料,抗壓性能都有所改善,但對普通瀝青混合料抗壓性能的改善作用更明顯;
<ANstyle="mso-acerun:yes">(3)纖維對AK213A型瀝青混合料抗壓性能的改善作用要優(yōu)于AC220I型瀝青混合料。
3纖維瀝青混合料的應(yīng)用
3.1纖維瀝青混合料的施工
<ANstyle="mso-acerun:yes">纖維瀝青混合料的施工須注意的是其拌和與碾壓。在本次施工中,纖維采用專用添加設(shè)備投入到瀝青混合料拌和機(jī)。為了保證纖維在瀝青混合料中分布均勻,同時避免干拌時間過長造成集料過多磨損,本研究對混合料進(jìn)行了試拌:選擇干拌的時間分別為14s、17s及20s,觀察纖維在混合料中的拌和效果;對混合料做抽提試驗(yàn),驗(yàn)證油石比、級配;比較不同拌和時間下集料中粒徑小于0.075mm的顆粒含量。通過試拌,得到了以下結(jié)論。
<ANstyle="mso-acerun:yes">(1)通過觀測不同干拌時間下瀝青混合料外觀狀況,發(fā)現(xiàn)干拌時間為17s及20s的瀝青混合料中纖維分散均勻,未見纖維成團(tuán)現(xiàn)象。在干拌時間為14s的瀝青混合料中,纖維分散比較均勻,偶見纖維粘連現(xiàn)象。
<ANstyle="mso-acerun:yes">(2)通過抽提試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)3種干拌時間下瀝青混合料中粒徑小于01075mm的顆粒含量均接近于設(shè)計中值,沒有因?yàn)楦砂钑r間的增加而造成集料的過多磨損。3種干拌時間下的瀝青混合料中2.36mm顆粒含量與設(shè)計中值偏差較大,但也在要求的范圍內(nèi)。
<ANstyle="mso-acerun:yes">試拌混合料各項體積指標(biāo)均能滿足我國規(guī)范規(guī)定的技術(shù)要求。通過目測纖維均勻度及抽提試驗(yàn),同時考慮到施工產(chǎn)量等因素,確定纖維AC-20混合料干拌時間為17s,濕拌時間與普通瀝青混合料濕拌時間相同。
<ANstyle="mso-acerun:yes">考慮到纖維瀝青混凝土壓實(shí)比較困難,本研究在普通瀝青混凝土壓實(shí)方案的基礎(chǔ)上,增加20t膠輪壓路機(jī)復(fù)壓2遍的要求。
3.2纖維瀝青混合料質(zhì)量檢測
<ANstyle="mso-acerun:yes">纖維瀝青混合料施工質(zhì)量檢測主要包括配合比檢測與馬歇爾試驗(yàn),以及現(xiàn)場的壓實(shí)度與滲水系數(shù)試驗(yàn)。
<ANstyle="mso-acerun:yes">混合料的配合比檢測主要是通過抽提試驗(yàn),測定混合料的級配和瀝青用量。測試結(jié)果表明,混合料級配未出現(xiàn)異常情況,油石比接近設(shè)計的最佳油石比。取樣保溫,到規(guī)定的馬歇爾成型溫度后成型馬歇爾試件,并檢測其穩(wěn)定度、流值、空隙率、飽和度等指標(biāo),結(jié)果各指標(biāo)都比較正常。
<ANstyle="mso-acerun:yes">橋面鋪裝施工結(jié)束后,在橋面取芯,檢測鋪裝層的壓實(shí)度,同時進(jìn)行滲水試驗(yàn),檢測滲水系數(shù)。從試驗(yàn)結(jié)果看,現(xiàn)場取芯試樣按理論最大密度計算得到的壓實(shí)度平均值為94.8%,最小壓實(shí)度為94.1%,按馬歇爾密度計算得到的壓實(shí)度平均值為98.9%,皆滿足相應(yīng)技術(shù)要求。從滲水系數(shù)上看,揚(yáng)州西北繞城高速公路橋面鋪裝下層12個點(diǎn)中有2個點(diǎn)的滲水系數(shù)超過50ml/min,其中一個點(diǎn)在路邊緣,一個點(diǎn)在2臺攤鋪機(jī)接縫的位置,都是瀝青混凝土路面攤鋪中不易被壓實(shí)的部位,需特別注意。進(jìn)行橋面鋪裝上層纖維瀝青混合料鋪筑時,所有測點(diǎn)的滲水系數(shù)都不超過50ml/min。
4結(jié)語
<ANstyle="mso-acerun:yes">本文研究了纖維瀝青混合料的各項路用性能及力學(xué)性能,并針對揚(yáng)州西北繞城高速公路橋面特點(diǎn),考慮其施工及質(zhì)量檢測結(jié)果,得出以下結(jié)論。
<ANstyle="mso-acerun:yes">(1)添加纖維能顯著提高瀝青混合料的高溫抗車轍性能,有效增加了鋪裝層材料低溫時的柔韌性,改善了瀝青混合料的水穩(wěn)定性,適用于南方多雨、重載地區(qū)的高等級公路橋面鋪裝層。
1.1原材料與混凝土配合比
試驗(yàn)采用天瑞集團(tuán)鄭州水泥有限公司PO42.5普通硅酸鹽水泥；細(xì)骨料為焦作產(chǎn)中砂，細(xì)度模數(shù)2.9；粗骨料為新密產(chǎn)碎石，連續(xù)級配5~25mm；外加劑為鄭州同輝建材有限公司TH-2A型高效減水劑，減水率18%；纖維采用泰安同伴纖維有限公司生產(chǎn)的纖維素纖維（性能指標(biāo)見表1）；混凝土拌和與養(yǎng)護(hù)用水為試驗(yàn)采用鄭州市自來水，符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求.混凝土配合比設(shè)計依照《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》（JGJ55—2011）［9］，綜合考慮原材料狀況、強(qiáng)度、耐久性等要求，通過配合比計算、試配和調(diào)整，確定混凝土的實(shí)際配合比如表2所示.
1.2試驗(yàn)方法及設(shè)備
混凝土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d，取出后自然晾干.將混凝土試塊放入高溫爐內(nèi)，目標(biāo)溫度分別為200，400，600，800℃，升溫速率為10℃/min，達(dá)到目標(biāo)溫度后恒溫180min，自動關(guān)機(jī)停止加熱，試塊隨爐冷卻至室溫.試驗(yàn)采用洛陽高溫儀器設(shè)備廠生產(chǎn)的GWL型高溫電阻爐（見圖1）.試驗(yàn)依據(jù)《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》（JTG/TB07—01—2006）［10］，采用快速氯離子遷移系數(shù)法（RCM法）測試混凝土試件的氯離子擴(kuò)散系數(shù).試件尺寸為Ф100mm×50mm，試驗(yàn)設(shè)備采用RCM-NTB型氯離子擴(kuò)散系數(shù)測定儀（見圖2）.
2試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1混凝土外觀變化
對混凝土外觀的觀察分析可以作為混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后損傷程度的評判方法之一，對火災(zāi)后建筑物的鑒定評判和后期修繕能起到一定的指導(dǎo)作用.不同溫度作用后纖維素纖維混凝土試塊的表觀損傷特征如表3所示.由表3可見，纖維素纖維混凝土試件遭受200℃高溫后，顏色呈青灰色，試件表面完整，無裂縫、掉皮、缺角現(xiàn)象；400℃后顏色變?yōu)槁园祝猩倭俊⒓?xì)微裂縫出現(xiàn)，試件表面無掉皮、缺角、疏松等現(xiàn)象；600℃后，試件顏色變?yōu)榘导t色，裂縫變多，有少量的掉皮、個別缺角、輕度疏松；800℃后，試件顏色變?yōu)榛野咨⒘芽p變得寬得多、少數(shù)幾個面出現(xiàn)貫通裂縫、輕微掉皮、四角出現(xiàn)缺角、試件明顯變得疏松.混凝土試件在高溫過程中沒有出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象.與素混凝土相比，纖維素纖維混凝土高溫后的外觀相對較好，纖維素纖維摻量不同的情況下，混凝土外觀損傷并無明顯差異.
2.2混凝土滲透性
高溫后纖維混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)按下式計算［11］：根據(jù)表4的計算結(jié)果繪制出高溫后纖維素纖維混凝土試件的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與溫度的關(guān)系，如圖3所示.由圖3可見，4條曲線的變化趨勢大致相同.高溫作用后，纖維素纖維混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著溫度的升高逐漸增大，且上升趨勢隨著溫度的升高而減緩.當(dāng)溫度在200℃左右時，混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)提高比較明顯，大約是常溫下的3倍左右，原因是一方面試件內(nèi)纖維素纖維融化，原來纖維素纖維占據(jù)的位置融化后形成通道，另一方面粗細(xì)骨料和水泥漿體的溫度膨脹系數(shù)值不等，應(yīng)變差的增大使骨料的界面形成裂紋，有利于氯離子擴(kuò)散［11］.當(dāng)溫度達(dá)到400℃時，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的提高開始減緩，大約是常溫下的4倍左右，主要原因是達(dá)到400℃時，骨料與漿體界面區(qū)由于水化物的脫水，漿體收縮產(chǎn)生許多孔洞，導(dǎo)致骨料與漿體界面黏結(jié)處開始松散，另外，由于骨料的膨脹和漿體的收縮，在界面區(qū)引起內(nèi)應(yīng)力，使骨料與漿體界面區(qū)產(chǎn)生裂紋［12］.當(dāng)溫度繼續(xù)升高到600℃時，混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)繼續(xù)提高，大約是常溫下的5倍左右，主要原因是結(jié)晶水脫水加劇，水化產(chǎn)物大量分解，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)孔隙增多，水化產(chǎn)物由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾啵a(chǎn)物間與骨料邊界處裂紋逐漸擴(kuò)大、貫通，由于高溫的作用，骨料與水泥漿體間的裂縫迅速擴(kuò)展且寬度加大，甚至骨料也會發(fā)生破壞的現(xiàn)象.纖維素纖維的摻入降低了混凝土常溫及高溫后的氯離子滲透性，纖維摻量為0.6~0.9kg/m3時，效果最為顯著，可視為最優(yōu)摻量.隨著纖維摻量增加纖維素纖維混凝土的氯離子滲透性有所增大.
3結(jié)論
Abstract: The impermeability of concrete is an important factor affecting the durability, so sydying the impermeability of concrete is the key to enhance its durability life. This paper conducts the classification analysis of test methods of concrete impermeability.
關(guān)鍵詞:纖維混凝土;抗?jié)B性能;耐久壽命
Key words: fiber reinforced concrete;impermeability;durable life
中圖分類號:TU37文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)29-0082-01
0引言
自1824年Aspidin發(fā)明波特蘭水泥至180年后的今天,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以其易于就地取材、抗壓強(qiáng)度高、體積穩(wěn)定性好、易于施工和現(xiàn)場造型、成本較低、耐久性好等特點(diǎn),已成為世界上使用量最大的人工材料。據(jù)估計,在美國,每年因腐蝕而支出的維修費(fèi)用就高達(dá)1260億美元。英國每年用于修復(fù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的費(fèi)用達(dá)200億英鎊(合280億美元),而日本每年用于房屋結(jié)構(gòu)維修的費(fèi)用為400億日元(合3.3億美元)以上。在我國,2000年全國公路普查結(jié)果顯示,截止2000年底,公路危橋9597座,總長達(dá)323,451延米。公路橋梁每年實(shí)際需要維修費(fèi)38億元。全國鐵路橋梁中,據(jù)1994年鐵路秋季檢查統(tǒng)計,當(dāng)時有6137座存在不同程度劣化損害,占當(dāng)年鐵路橋梁總數(shù)約33600座的18.8%,所需修補(bǔ)加固的費(fèi)用約4億元。大量的混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過多年服役,已相繼進(jìn)入老化階段;與此同時,越來越多的新結(jié)構(gòu)建造于嚴(yán)酷的環(huán)境和介質(zhì)中,從而使混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題日益突出。大量事實(shí)證明,在使用環(huán)境的長期影響下,混凝土的性能會逐漸退化。其退化速度與使用環(huán)境密切相關(guān),凍融循環(huán)、介質(zhì)侵蝕直接影響了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。在嚴(yán)酷的使用環(huán)境中,混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命有可能不到10年。混凝土的許多破壞因素與其抗?jié)B性能有直接關(guān)系,通常認(rèn)為滲透性是評價混凝土耐久性的最重要指標(biāo),而適當(dāng)?shù)姆椒ㄔu價混凝土滲透性是混凝土滲透性研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)。也有觀點(diǎn)認(rèn)為纖維的摻入增加了混凝土內(nèi)部的有效截面,從而導(dǎo)致混凝土的孔隙率提高,抗?jié)B性能下降,目前對纖維混凝土滲透性的研究仍在廣泛的開展。本文對研究纖維混凝土抗?jié)B性的試驗(yàn)方法進(jìn)行分類研究。研究纖維混凝土抗?jié)B性通常采用與普通混凝土相同的試驗(yàn)方法,結(jié)合國內(nèi)外的研究成果,將其進(jìn)行分類如下。
1透氣法
透氣法測試的基本原理是混凝上表面承受一定的氣壓后,透過毛細(xì)孔滲入混凝上內(nèi)部,使混凝土表層一定厚度范圍具有壓力增量,從而可以計算出混凝土的透氣性系數(shù)。試驗(yàn)時先將氣室抽空或注入氣體至一定壓強(qiáng)時,記下此時的時間,當(dāng)壓強(qiáng)變?yōu)槟骋恢禃r(自定),再讀取此刻的時間,重復(fù)以上兩步直到壓強(qiáng)變化率恒定,以此計算混凝土的滲透系數(shù)。但有研究表明該方法不適用于摻硅灰的混凝土滲透性試驗(yàn)。
2抗?jié)B標(biāo)號法
抗?jié)B標(biāo)號法目前是我國混凝土試驗(yàn)規(guī)范應(yīng)用最多的一種,是我國標(biāo)準(zhǔn)―《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》推薦的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)采用圓臺形試件,每組6個試件,水壓從0.1/0.2MPa開始每隔8小時增加0.1MPa,直到有3個試件端面滲水,依據(jù)最大水壓通過公式計算。
3滲水高度法
該方法試件與抗?jié)B標(biāo)號法相似,試驗(yàn)時水壓恒定控制在1.2±0.05MPa,24小時后停止試驗(yàn),將試件沿縱斷面劈開兩半,待看清水痕后描出水痕。然后把梯形玻璃板放在試件劈裂面上,用尺測量十條線上的滲水高度,以十個測點(diǎn)處滲水高度的算術(shù)平均值作為該試件的滲水高度,再以六個試件的滲水高度的算術(shù)平均值作為該組試件的平均滲水高度,根據(jù)滲水高度的大小或滲透系數(shù)比較混凝土的相對密實(shí)性。
4溶液氣壓法
該方法是武漢理工大學(xué)在十五國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項目支持下研制成功的一種新型混凝土耐久性測試方法,可測試混凝土的滲透深度及滲透過程。試驗(yàn)時用溶液氣壓法混凝土抗?jié)B測試儀,可同時測試36塊標(biāo)準(zhǔn)混凝土試件,將混凝土試件用環(huán)氧樹脂密封,僅留一面做為滲透面,然后將密封好的試件浸于盛有水或其他溶液的壓力容器中密封,用鋼瓶氮?dú)庀蛉萜髦械乃蚱渌后w加壓,使水或其他溶液向混凝土中滲透。在距進(jìn)水面3cm處預(yù)埋一金屬片,并引出絕緣導(dǎo)線測試滲透過程中的混凝土電阻值,通過電導(dǎo)的變化描述混凝土的透水性。
5穩(wěn)定流動法
穩(wěn)定流動法是通過試驗(yàn)測定壓力液體流過混凝土的流量及速度,然后根據(jù)達(dá)西定律確定滲透系數(shù),該方法適用于具有較高滲透性的混凝土抗?jié)B性能研究(例如強(qiáng)度不高、齡期不長的混凝土)。此法往往存在較大的誤差,一般要求在不同的低流速下進(jìn)行測量,對流量與壓力差之間的關(guān)系進(jìn)行線性擬合得到。
6直流電量法
直流電量法始于1981年,后被確定為美國ASTM C1202-91標(biāo)準(zhǔn)方法。試驗(yàn)采用厚50mm,直徑100mm的圓餅試件,每組3個。試驗(yàn)前先將試件進(jìn)行飽和水處理,然后裝于試驗(yàn)槽內(nèi),試件兩側(cè)槽中分別注入一定濃度的氯化鈉和氫氧化鈉溶液,對試件兩側(cè)電極施加60V直流恒定電壓,記錄6小時內(nèi)通過試件的電量,以此數(shù)據(jù)來評價混凝土的抗?jié)B性能。
7電遷法
此方法標(biāo)準(zhǔn)試件為厚50mm,直徑100mm的圓餅試件,放入試驗(yàn)裝置使其側(cè)面密封,試驗(yàn)槽內(nèi)注入含有5%氯化鈉的0.2mol/L氫氧化鉀溶液,試件表面的橡膠筒注入0.2mol/L氫氧化鉀溶液,接通30V直流電源并同步測量并聯(lián)電壓、串聯(lián)電流和電解液初始溫度。試驗(yàn)結(jié)束后沿圓餅試件軸線劈開,用顯色指示劑測量氯離子擴(kuò)散深度,最后計算氯離子擴(kuò)散系數(shù)。該方法目前已被瑞士和北歐標(biāo)準(zhǔn)采用,也被列入我國土木工程學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與施工指南》。
疲勞性能關(guān)系到道路水泥混凝土的使用壽命，抗疲勞性能優(yōu)良的道路混凝土有著較長的使用壽命。聚丙烯纖維混凝土疲勞性能的研究文獻(xiàn)很少。國外有關(guān)文獻(xiàn)報道了聚丙烯纖維混凝土的低周期抗壓疲勞強(qiáng)度的研究成果，為研究在結(jié)構(gòu)中使用聚丙烯纖維混凝土的抗震性能提供了參考。而以抗折強(qiáng)度為設(shè)計參數(shù)的路面混凝土的疲勞性能的研究文獻(xiàn)報道甚少。
近年來，有關(guān)聚丙烯纖維混凝土的研究備受國內(nèi)外專家的關(guān)注。如陳栓發(fā)進(jìn)行了普通混凝土和聚丙烯纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度及彎曲疲勞對比試驗(yàn)，結(jié)果表明，聚丙烯纖維不但能使混凝土的強(qiáng)度提高（抗壓強(qiáng)度提高6.75%，抗折強(qiáng)度提高13.86%），在高應(yīng)力水平下，更可成倍提高混凝土的彎曲疲勞壽命。劉鵬所得試驗(yàn)結(jié)果基本與上述結(jié)果類似。
1 試驗(yàn)概況
本文選用水泥：粉煤灰：砂：纖維：水=1：1：2：1.1%（占膠凝材料）：15%（水料比），進(jìn)行彎曲疲勞試驗(yàn)研究。分析比較了不同應(yīng)力幅，不同應(yīng)力水平對疲勞性的影響。
2.主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備及疲勞試驗(yàn)參數(shù)確定
2.1. 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備
疲勞試驗(yàn)機(jī)采用美國MTS（850型）電液伺服式疲勞試驗(yàn)機(jī)，試件按三分點(diǎn)法加荷（同前述彎拉試驗(yàn)）。試驗(yàn)前先對試件反復(fù)預(yù)加5kN荷裁，以消除因接觸不良而造成的誤差。
加載模式：應(yīng)力控制；加載波形和加載頻率：加載波形采用連續(xù)正弦波形。試驗(yàn)中為加快進(jìn)度，相鄰波形間無間隙時間，同時為避免長時間試驗(yàn)可能出現(xiàn)零點(diǎn)漂移而引起的脫空現(xiàn)象，從而對試件產(chǎn)生沖擊作用。
2.2疲勞試驗(yàn)參數(shù)的確定
3. 試驗(yàn)結(jié)果及分析
3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果
所有試件在破壞前無明顯破壞現(xiàn)象，當(dāng)達(dá)到疲勞強(qiáng)度后，試件突然破壞，由于纖維的作用，試件破壞后仍保持一定整體性，但已不具承載能力。
3.2疲勞方程的建立
現(xiàn)假定在不同應(yīng)力比下，纖維試件的斷裂機(jī)理是一致的，即認(rèn)為試件均是由裂紋引發(fā)、擴(kuò)展所致。
4.結(jié)論
1、纖維對混凝土疲勞性能的改善非常顯著，同應(yīng)力比的纖維混凝土疲勞循環(huán)次數(shù)也相應(yīng)增加，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通混凝土的疲勞性能。
2、試驗(yàn)表明，應(yīng)力比越大，纖維對混凝土的改性作用就越明顯，證實(shí)了維纖維的加入大大增強(qiáng)了混凝土的韌性。
3、混凝土疲勞過程是其內(nèi)部損傷的緩慢積累過程，對內(nèi)部缺陷有較高的敏感性。聚丙烯纖維對原生裂縫的細(xì)化作用和荷載傳遞功能對裂縫尖端應(yīng)力場的鈍化作用對混凝土的疲勞壽命有較大的幫助。纖維在混凝土成型過程中對其內(nèi)部裂縫起到了良好的抑止作用，有利彌補(bǔ)混凝土的內(nèi)部缺陷。
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關(guān)鍵詞：鋼纖維；劈拉強(qiáng)度；抗折強(qiáng)度；抗壓強(qiáng)度
1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方案
1.1 試驗(yàn)材料
本試驗(yàn)所用水泥采用強(qiáng)度等級為425的普通硅酸鹽水泥，技術(shù)性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求；粗集料采用級配良好的碎石，表觀密度2.991g/cm3，堆積密度1.53 g/cm3，顆粒級配為5～10mm、10～20mm連續(xù)級配；細(xì)集料為普通河砂，最大粒徑5mm，連續(xù)級配，細(xì)度模數(shù)2.83；本試驗(yàn)用了兩種鋼纖維，一種是普通鋼纖維，另一種為短細(xì)鋼纖維，兩種鋼纖維均為江西贛州利發(fā)金屬材料公司生產(chǎn)。本試驗(yàn)用了無引氣功能的萘系高效減水劑，減水率為15%~18%。
1.2 試驗(yàn)方案
本試驗(yàn)參照《鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法》（CECS 13：89）進(jìn)行，試驗(yàn)包括抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)三部分。抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度采用500t靜載試驗(yàn)機(jī)，抗折強(qiáng)度采用50t靜載試驗(yàn)機(jī)，采用標(biāo)準(zhǔn)的三等分點(diǎn)加載。本試驗(yàn)按照普通道路混凝土配合比設(shè)計方法設(shè)計彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5.0MPa的基準(zhǔn)混凝土。并以0.41和0.42兩個水灰比來調(diào)整基準(zhǔn)混凝土配合比，然后選擇較優(yōu)配合比作為基準(zhǔn)配合比。最終確定的基準(zhǔn)混凝土配合比見表1。
在確定基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，分別以鋼纖維體積率為0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%進(jìn)行鋼纖維混凝土試驗(yàn)，以此考察鋼纖維對混凝土的各種強(qiáng)度性能的影響。并且采用普通鋼纖維和微細(xì)鋼纖維按1:1比例組合，以充分發(fā)揮混雜效應(yīng)，提高鋼纖維混凝土的強(qiáng)度和韌性。以此綜合考察鋼纖維混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律。
抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)采用100mm×100mm×100mm的試件，測定其無約束受力狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度。劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)采用100mm×100mm×100mm的試件。加荷速度為0.05~0.08MPa/s。按式(1-1)計算劈拉強(qiáng)度。
FT為三分點(diǎn)加載模式下試件破壞荷載。
2 鋼纖維混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析
從圖1可以看出，在鋼纖維摻量為0.6%~1.2%時，其抗壓強(qiáng)度隨鋼纖維摻量增加呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性變化，7組試件的平均抗壓強(qiáng)度增幅為6.6%。其中在摻量為0.8%時出現(xiàn)一個明顯的峰值，其增幅為25.8%，從整體趨勢看，當(dāng)鋼纖維摻量小于0.8%時，強(qiáng)度隨摻量增加而增大；當(dāng)鋼纖維摻量大于0.8%時，強(qiáng)度隨摻量增加而減小。并且可以看出鋼纖維摻量為0.8%時，其強(qiáng)度在各個齡期內(nèi)都最高，說明鋼纖維對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響存在一個最佳摻量。在本次試驗(yàn)范圍內(nèi)，對鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度來講，存在一個最佳摻量0.8%。摻量大于或小于這個最佳摻量時都會造成增強(qiáng)效果不明顯。 由圖2-1(b)可知，多數(shù)組試件3d強(qiáng)度增強(qiáng)作用不明顯，不過摻量為0.8時卻有明顯增強(qiáng)作用。
鋼纖維對混凝土的增強(qiáng)作用主要體現(xiàn)在抗壓強(qiáng)度上，許多研究都說明了這一點(diǎn)。本文的試驗(yàn)結(jié)果也表明，摻入鋼纖維后，混凝土的抗壓強(qiáng)度有較大地增長。其中，混雜鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度增長尤其明顯，基本上都較基體混凝土劈拉強(qiáng)度增長了1倍以上，較單一鋼纖維混凝土有更好的增強(qiáng)效果。
從圖2可以看出，鋼纖維混凝土28d劈拉強(qiáng)度隨著鋼纖維體積摻量的增加而增大，并且都高于基準(zhǔn)混凝土。其增幅普遍較大，其中體積率為1.2%時達(dá)到最高增幅27%，0.6%體積率的增幅最小，為10.1%。七組試件的平均增幅為17.5%，而對抗壓強(qiáng)度的平均增幅只有6.6%。這說明鋼纖維對混凝土劈拉強(qiáng)度的增強(qiáng)效果要比對抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)效果顯著許多。另外，如圖2所示，從3d強(qiáng)度看，其增強(qiáng)作用就不明顯了，其中有四組強(qiáng)度明顯低于基準(zhǔn)強(qiáng)度，有一組強(qiáng)度基本與基準(zhǔn)強(qiáng)度持平，只有兩組強(qiáng)度較基準(zhǔn)有明顯增強(qiáng)。說明鋼纖維的加入并不能有效提高混凝土早期劈拉強(qiáng)度。
鋼纖維體積摻量為0.6%~1.2%時抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)混凝土增長了7.1%~19.8%，其中，摻量為0.9%對應(yīng)的抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)強(qiáng)度增幅最大，達(dá)到19.8%，所有試件的平均增幅為10.7%。鋼纖維摻量在0.6%~0.9%范圍時，抗折強(qiáng)度隨摻量增加而提高，隨后卻有降低趨勢，其中最高摻量1.2%對應(yīng)最低增幅7.1%。因此可以認(rèn)為在本次試驗(yàn)條件下，對抗折強(qiáng)度的最佳摻量為0.9%。另外還可以發(fā)現(xiàn)抗折強(qiáng)度的平均增長幅度達(dá)到要比抗壓強(qiáng)度的平均增幅大又比劈拉強(qiáng)度的增幅小。并且其體積率對抗折強(qiáng)度的影響趨勢跟抗壓強(qiáng)度的很相似，都是在摻量在0.6%~1.2%之間存在一個最佳摻量，超過這個最佳摻量，強(qiáng)度隨著體積率的增加而減小。從而可以得出結(jié)論，就鋼纖維的影響效果而言，對劈拉強(qiáng)度的影響最大，對抗折強(qiáng)度的影響次之，對抗壓強(qiáng)度的影響最小。此結(jié)論符合已知的結(jié)論。
4 結(jié)論
通過綜合分析得出如下結(jié)論：(1) 單摻鋼纖維對混凝土強(qiáng)度有增強(qiáng)作用。當(dāng)摻量為0.8%時，可以使抗壓強(qiáng)度達(dá)到最佳效果，較基準(zhǔn)強(qiáng)度提高了25.8%；當(dāng)摻量為0.9%時，使抗折強(qiáng)度達(dá)到最高，較基準(zhǔn)強(qiáng)度增長了19.8%；摻量為1.2%時對劈拉強(qiáng)度達(dá)到最佳增強(qiáng)效果，較基準(zhǔn)強(qiáng)度提高了27%。
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