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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,鋪面工程新材料,第一節(jié) 纖維混凝土,纖維混凝土,水泥混凝土中加入纖維，以改善混凝土自重大、脆性大、抗拉強度低等弱點，,是混凝土改性的重要手段,。,應用領域：建筑、交通、水利、礦山,常見的纖維,石棉纖維、植物纖維、玻璃纖維、尼龍纖維、高密度聚乙烯纖維,聚丙烯纖維、維尼綸纖維、丙綸纖維、腈綸纖維、碳纖維,開夫勒纖維、,鋼纖維,公路工程常用的是鋼纖維混凝土,，用于路面、橋梁、隧道,等工程中。,第一節(jié) 纖維混凝土,鋼纖維混凝土,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,多相復合材料,。,鋼纖維
2、性能優(yōu)良，是當今世界各國普遍采用的混凝土增強材料。,鋼纖維具有抗裂、抗沖擊性能強、耐磨強度高、與水泥親合性好，可增加構件強度，延長使用壽命等優(yōu)點。,第一節(jié) 纖維混凝土,第一節(jié) 纖維混凝土,鋼纖維混凝土較普通混凝土具有經(jīng)濟優(yōu)勢,：,（,1,）在同等強度下可,減少混凝土量,30%50%,；,（,2,）可,取代或部分取代鋼筋或者降低鋼筋直徑,12mm;,（,3,）可,縮短施工周期,25%,以上,，特別適用于要求連續(xù)、快,速澆灌混凝土的較大工程；,（,4,）與普通的混凝土同樣攪拌施工，,不需增添設備,。,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,一、材料組成,鋼纖維混凝土是由,鋼纖維,、,水泥,、,水,、
3、,粗集料,、,細集料,以及根據(jù)工程需要而摻入的,化學外摻劑或摻和料,組成。,1.,鋼纖維,1,）鋼纖維的生產(chǎn)方法,A.,鋼絲切斷法：,用,直徑為,0.40.8mm,的冷拔鋼絲,按規(guī)定的長度切成短纖維。,加工手段：切刀、沖床、旋轉刀具,產(chǎn)品特點：表面光滑，與混凝土的粘結強度較差。,改善措施：,改變鋼纖維的外形,，用進給鋼絲的夾送輥,將鋼絲壓成棱形凹坑、波形或等距離壓出彎鉤后,再切斷。,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,一、材料組成,1.,鋼纖維,1,）鋼纖維的生產(chǎn)方法,B.,薄板剪切法：冷軋薄鋼板剪切而成。,加工過程：剪切前，先將冷軋薄鋼板剪切成寬度與鋼纖維長度相等的帶卷鋼，然后將帶鋼卷連續(xù)
4、送入旋轉刀具或普通沖床切斷。,產(chǎn)品特點：截面為矩形，沿長度方向也可以制成彎鉤、波形等異形鋼纖維。,加工及產(chǎn)品特點：銑削時，鋼纖維產(chǎn)生很大的塑性變形，軸向扭曲，截面為月牙形，,與混凝土的粘結性能較好,。,C.,厚板銑削法：將厚鋼板或鋼錠，用旋轉的平刃銑刀進行銑削。,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,一、材料組成,1.,鋼纖維,1,）鋼纖維的生產(chǎn)方法,D.,熔鋼抽絲法：,將,回收的廢鋼,用電爐,熔融成,15001600,的鋼液,，在,鋼液表面用一個高速旋轉的熔抽輪,接近鋼液，熔抽輪上按所需鋼纖維的尺寸刻出許多槽子，當熔抽輪下降到鋼液面時，鋼液被槽刮出，并被熔抽輪高速旋轉的離心力拋出，以極快的速
5、度冷卻成型。,加工特性：,工藝簡單，生產(chǎn)效率較高，價格較低,。改變?nèi)鄢檩喩系目滩鄢叽纭⑥D速和浸入深度，可生產(chǎn)不同尺度的鋼纖維。,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,一、材料組成,1.,鋼纖維,2,）鋼纖維的形狀,外形：,由于材質和生產(chǎn)工藝不同有所差異,，包括長直形、壓痕形、波浪形、彎鉤形、大頭形、扭曲形。（圖,9-1,）,截面：圓形、矩形、月牙形及不規(guī)則形等。（圖,9-2,）,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,3,）鋼纖維的幾何參數(shù)和體積率,鋼纖維的長度與直徑或等效直徑的比值為,長徑比，通常為,30100,。,鋼纖維的直徑,（當鋼纖維截面積為非圓形截面時，按相當于圓形截面面積計算所得到的
6、直徑為等效直徑）為,0.31.2mm,。,長度,指鋼纖維兩端點間的,直線距離,， 尺寸可為,1560mm,。,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,一、材料組成,1.,鋼纖維,4,）鋼纖維的技術性能,（,1,）抗拉強度,鋼纖維混凝土的強度取決于,鋼纖維的強度,、,混凝土基體的強度,、鋼纖維和混凝土的,粘結強度,等幾個方面。,鋼纖維的抗拉強度受材質和加工工藝的影響。,冷拔鋼絲切斷的鋼纖維抗拉強度較高，為,6001000MPa,，薄板剪切法、熔鋼抽絲法和銑削法生產(chǎn)的鋼纖維抗拉強度為,380800MPa,。,（,2,）粘結強度,鋼纖維混凝土的破壞大多是鋼纖維被拔出，故粘結強度很重要。,表面粗糙和截面
7、不規(guī)則,的鋼纖維可以增大鋼纖維與混凝土基體的粘結強度，,鋼纖維異形化,也可以增大鋼纖維與混凝土基體之間的錨固力可抗拔力。,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,一、材料組成,1.,鋼纖維,4,）鋼纖維的技術性能,（,3,）硬度,鋼纖維,應具有較高的硬度,，與混凝土攪拌時，應不易于發(fā)生彎折線形，若鋼纖維的脆性過大，攪拌時易發(fā)生折斷，影響增強效果。,（,4,）耐腐蝕性,澆筑在鋼纖維混凝土內(nèi)部的鋼纖維，只要搗固密實，與空氣隔絕，一般不會發(fā)生銹蝕。露出混凝土表面或在裂縫寬度超過,0.25mm,時，,暴露在空氣中的鋼纖維易發(fā)生銹蝕,。,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,一、材料組成,1.,鋼纖維,5
8、,）,用于鋼纖維混凝土路面,的鋼纖維的規(guī)定,公路水泥混凝土路面設計規(guī)范,（,JTG D402002,）規(guī)定，路面用鋼纖維的強度、尺寸、用量應滿足以下,4,條。,（,1,）單絲抗拉強度不宜小于,600MPa,（,2,）鋼纖維的,長度宜控制在粗集料最大公稱粒徑（,19mm,）的,1.332,倍,，兩者必須匹配。銑削型鋼纖維不宜大于,26.5mm,，剪切型或熔鋼抽絲型鋼纖維不宜大于,19mm,。,（,3,）以體積率計的,鋼纖維摻量一般為,0.61.0%,（,4,）宜,使用錨固端,的鋼纖維，不得使用鋼絲切斷型，兩端帶直角或彎鉤形鋼纖維，,不宜使用波浪形以及其他可能導致成團的鋼纖維。,第二節(jié) 鋼纖維混凝
9、土的材料組成及性能,一、材料組成,2.,水泥,鋼纖維混凝土中常用的水泥是,32.5,級和,42.5,級普通硅酸鹽水泥,。鋼纖維混凝土中,水泥用量比普通混凝土的水泥用量要大,，一般為,360450kg/m,3,，對于路用鋼纖維混凝土，水泥用量不得低于,360kg/m,3,（非冰凍地區(qū)）或,380kg/m,3,（冰凍地區(qū)）。,3.,水,凡,能飲用的水和潔凈的天然水,，均可用于鋼纖維混凝土。因為海水對鋼纖維有銹蝕作用，不允許用海水拌制鋼纖維混凝土。,4.,石料,粒徑,不宜大于鋼纖維長度的,2/3,，一般為,520mm,，最大粒徑不大于,20mm。,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,一、材料組成,
10、5.,砂,宜采用,中粗砂,。,當鋼纖維混凝土拌和料的和易性相同時，用過粗的砂易產(chǎn)生離析和泌水現(xiàn)象；過細，則水泥用量過大。,6.,外摻劑,使用目的：改善拌和料的和易性、減少水泥用量或者提高強度。,使用最多的是減水劑,，以提高其和易性。,應注意外摻劑與水泥的適應性，根據(jù)使用目的選擇外摻劑的品種，根據(jù)使用要求、施工條件、拌和的材料等因素，確定其用量。,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,鋼纖維混凝土中,亂向分布,的鋼纖維主要作用是：,阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴展,和,阻滯宏觀裂縫的發(fā)生和發(fā)展,。,在受荷（拉、彎）初期，水泥基體與纖維共同承受外力；,當混凝土開裂后，橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。
11、,因此，鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優(yōu)越的物理和力學性能。使,纖維混凝土的抗拉、抗彎、抗剪強度比普通混凝土顯著提高,，其,抗沖擊、抗疲勞、裂后韌性和耐久性也有較大改善,。,。,二、基本性能,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,二、基本性能,1.,鋼纖維對混凝土強度的增強效果和影響因素,2.,鋼纖維混凝土的變形性能,3.,收縮和徐變,4.,疲勞性能,5.,物理耐久性,6.,化學耐久性,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,1.,鋼纖維對混凝土強度的增強效果和影響因素,二、基本性能,第二節(jié) 鋼纖維混凝土的材料組成及性能,1.,鋼纖維對混凝土強度的增強效果和影響因素,工程實踐證明，鋼纖維
12、混凝土的破壞大都是鋼纖維被拔出而不是被拉斷，因此改善鋼纖維與基體間的粘結強度是改善其增強效果的主要控制因素之一。,改善措施：,增加鋼纖維的粘結長度,鋼纖,維長度一般,2040mm,，最長不超過,60mm,。,提高基體對鋼纖維的粘結強度,摻入一定比例的,硅粉或者超塑化劑,。,改善鋼纖維的形狀,增加鋼纖,維與,基體間的摩阻力和咬合力。,改善鋼纖維的分布和取向,對受拉混凝土構件，分布于受拉區(qū)沿受拉方向定向排列。,鋼纖維混凝土,彈性階段的變形性能,與其他條件相同的普通水泥混凝土,沒有顯著區(qū)別,。,韌性是衡量塑性變形性能的重要指標，通常用與荷載,位移曲線（或應力,應變曲線）下面積有關的參數(shù)表示。,在通常
13、的纖維摻量下，,抗壓韌性可,提高,27,倍,，抗彎,韌性,可提高幾倍到幾十倍。,鋼纖維混凝土的,收縮值隨著纖維摻量的增加而有所降低,。,在路面和其他結構中，由于鋼纖維的約束作用還可消除或,減少收縮裂縫。,鋼纖維混凝土與普通混凝土在持續(xù)荷載作用下的,受壓徐變,差別不顯著。,2.,鋼纖維混凝土的變形性能,3.,收縮和徐變,鋼纖維混凝土的,抗彎和抗疲勞性能較普通混凝土有較大改善。,例如,:,當應力比為,0.7,時,摻量為,1.5%,的鋼纖維混凝土抗疲勞壽命超過,10,5,次,，,而普通混凝土僅為,850,次。,因此，在路面和橋梁等承受疲勞荷載的工程中，使用,鋼纖維混凝土,將使抗疲勞壽命顯著提高。,鋼
14、纖維混凝土的,耐凍融性、耐熱性和抗氣蝕性有顯著提高,。,抗?jié)B性與普通混凝土沒明顯差異,，但由于抗裂性能好，可以,用于有抗?jié)B要求的薄壁蓄液結構。,在空氣、污水和海水中有良好的耐腐蝕性。但已開裂的鋼纖維混凝土，鋼纖維腐蝕速度取決于環(huán)境與裂縫狀況。,4.,疲勞性能,5.,物理耐久性,6.,化學耐久性,4.,疲勞性能,第三節(jié) 鋼纖維混凝土的配合比設計,一、配合比設計的基本要求和特點,當前沒有形成一套合理且成熟的鋼纖維混凝土的配合比設計方法，,生產(chǎn)中一般按照普通混凝土的配合比設計方法，以混凝土的抗壓強度確定拌和料的配合比,，只是適當?shù)恼{(diào)整砂率、用水量和水泥用量。,按此確定配合比時，為獲得較高的抗折強度，
15、勢必會使抗壓強度也相應提高，這是不必要的。,鋼纖維混凝土的配合比設計,應根據(jù)混凝土的使用要求和鋼纖維的特點進行合理設計,。,第三節(jié) 鋼纖維混凝土的配合比設計,鋼纖維混凝土配合比,設計的基本目的,：,將,各種材料,（鋼纖維、水泥、水、粗細集料以及必要的外摻劑）,按照一定的比例合理配制,，是配制出的鋼纖維混凝土滿足下列基本條件,。,1,）滿足結構設計強度要求。,2,）拌和出的混凝土的和易性滿足施工要求。,3,）滿足混凝土耐久性的要求。,4,）滿足經(jīng)濟性的要求。,基體混凝土中,摻入鋼纖維的主要目的,：,提高混凝土的抗彎拉能力、抗疲勞能力及增強混凝土的韌性、防裂和阻裂能力。,第三節(jié) 鋼纖維混凝土的配合
16、比設計,一、配合比設計的基本要求和特點,鋼纖維混凝土的配合比設計，,除了要按抗壓強度控制,外，,還應根據(jù)結構設計要求及工程具體要求進行抗拉和抗折強度控制,，以此來確定鋼纖維混凝土的配置強度，以充分發(fā)揮鋼纖維的增強作用。,在配合比設計時，既要考慮鋼纖維在混凝土中能,均勻分散,，又要考慮到如何使,鋼纖維周圍包裹滿水泥漿液,，以保證鋼纖維在混凝土中能充分發(fā)揮作用。,同時，在混凝土中加入鋼纖維后，和易性有所降低，應,適當增加用水量和水泥用量,。,第三節(jié) 鋼纖維混凝土的配合比設計,二、配合比設計的基本原理,鋼纖維混凝土配合比設計的,基本方法,是建立在鋼纖維混凝土,拌和料的特性,及其,硬化后的強度,基礎上
17、的。,主要目的,是根據(jù)使用要求，合理確定拌和料的,水灰比,、,鋼纖維體積率,、,單位用水量,和,砂率,等四個基本參數(shù)，以此進一步計算出各組成材料的用量。,在確定設計參數(shù)時，既要,滿足抗壓強度,要求，又要符合,抗拉或抗折強度,要求，以及和易性、耐久性、經(jīng)濟性的要求。,第三節(jié) 鋼纖維混凝土的配合比設計,鋼纖維混凝土的抗壓強度、抗折強度、抗拉強度與水泥等級、水灰比、鋼纖維體積率和長徑比、砂率、用水量等因素有關。,水灰比和水泥標號對抗壓強度影響最大；,鋼纖維的體積率和長徑比、水泥等級對抗折強度和抗拉強度影響較大；,砂率和用水量對和易性影響較大。,抗壓強度與水灰比及水泥,等級,的關系,水灰比,抗折強度或
18、抗拉強度,體積率,砂率,用水量,和易性,施工配合比,試驗結果,施工現(xiàn)場條件,計算配合比,鋼纖維混凝土與普通混凝土相比，有如下差異：,第四節(jié) 鋼纖維混凝土的應用及施工,一、在公路路面和機場道面上的應用,二、鋼纖維混凝土施工中的幾個問題,1.,不得使用結團的鋼纖維混凝土拌和物,應保證面板內(nèi)鋼纖維分布的均勻性及結構的連續(xù)性。,2.,布料松鋪高度應通過試驗確定,拌和物坍落度相同時，宜比相同機械施工方式的普通混凝土路面布料松鋪高度高,10mm,左右。,鋼纖維混凝土已應用于國內(nèi)外的路面、機場跑道、停機坪、橋面鋪裝等工程， 效果良好。,3.,振搗應保證鋼纖維分布的均勻性,振搗機械和振搗方式既要保證混凝土的密
19、實，又要保證鋼纖維分布的均勻。,4.,整平后面板表面無裸露上翹的鋼纖維,5.,鋼纖維混凝土路面的特殊工藝要求,（,1,）嚴格控制施工作業(yè)總時間,拌和物從出料到運輸、鋪裝完畢的允許最長時間有規(guī)定 （,2,）表面抗滑用硬刻槽,不得使用粗麻袋、刷子和掃帚制作抗滑構造。,（,3,）面板長度與鋼纖維摻量有關,鋼纖維混凝土路面的,板長,610m,，,摻量大用大值，摻量小用小值。,第五節(jié) 噴射鋼纖維混凝土,噴射混凝土：,既是一種新型的支護結構，又是一種新的施工工,藝。,它是使用混凝土噴射機，按一定的混合程序，,將,摻有速凝劑的細石混凝土，噴射到巖壁表面上，,并迅速固結成一層支護結構,，從而對圍巖起到支,護作
20、用。,噴射鋼纖維混凝土,：是在普通噴射混凝土中,摻入適量短纖維,、,用機械噴射的新型復合材料。,與素噴混凝土相比，其物理力學性能大大改善，尤其是增,強、增韌方面。廣泛應用于水利水電、鐵道、公路、冶金、隧道,等工程。,第五節(jié) 噴射鋼纖維混凝土,一、噴射鋼纖維混凝土的主要特點,抗拉、抗彎、抗剪強度高；,抵抗沖擊和震動能力強；,韌性好；,抗凍、耐熱與耐疲勞性能好；,抗裂性能強；,集料回彈率低。,因此，在,隧道設計施工的新奧法體系,中得到了成,功運用,。,優(yōu)越性,第五節(jié) 噴射鋼纖維混凝土,二、對原材料的要求,包括：水泥、細集料、粗集料、鋼纖維、水、外加劑（速凝,劑、減水劑）、摻和料（硅粉、粉煤灰）等。
21、,1,、水泥,噴射鋼纖維混凝土不是任何品種水泥都可以使用，一般,以,普通硅酸鹽水泥為主。,水泥強度等級,應根據(jù)鋼纖維混凝土的設計強度等級、水泥,凝結硬化狀況、是否需要加入速凝劑及與速凝劑的相容性定。,2,、細集料,一般為,干凈的天然砂或人工砂,。,3,、粗集料,天然河卵石或質地堅硬的人工機軋碎石。,粒徑,:,小于噴射機輸料管直徑的,1/32/3,一次噴射厚度的,1/3,不大于纖維長的,1/,2,，,多采用,8-10mm,。,第五節(jié) 噴射鋼纖維混凝土,4,、鋼纖維,長度：從考慮充分發(fā)揮鋼纖維的作用和便于施工出發(fā)，一,般為,20-30mm,（大于,30mm,，會有嚴重的堵管現(xiàn)象）。,長徑比,:,要
22、求,40-60,。,體積摻量：一般為,1.0-1.5%,。,5,、水,只要不含影響水泥正常凝結和硬化的有害雜質，及不對鋼,纖維及基體有腐蝕作用的水均可使用。,6,、速凝劑,是適應噴射工藝的專用外加劑。,可減少噴射回彈量、增加一次噴層厚度、防止新噴層剝落。,7,、減水劑,使用時應與速凝劑混用，并同時進行兩者的混合液與水泥的相容性試驗,8,、硅粉,在鋼噴中加入一定量的硅粉，可起到減少灰塵、降低回彈和減少水泥用量，并能提高鋼噴混凝土的強度。,第五節(jié) 噴射鋼纖維混凝土,四、施工工藝及工程應用,1,、干噴法,2,、濕噴法,3,、半濕噴法,濕噴法較干噴法的優(yōu)勢：,隧道襯砌構造,開挖后的隧道，為了保持圍巖的穩(wěn)定性，一般需要進行支護和襯砌。,支護,的主要方式有：錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)、,噴射混凝土及其組合,；,襯砌,的主要方式有：整體式混凝土襯砌、拼裝式襯砌、,噴射混凝土襯砌和復合式襯砌,等。,單輪載荷33,t,鋼纖維混凝土,(,抗折強度為,8.6,MPa),加固的停機坪,鋼纖維混凝土,噴射混凝土,
鋼纖維混凝土
