纖維混凝土應用淺析

2006-07-26 00:00  留言

1 工程基本概況

筆者參與監(jiān)理的于2005年竣工的華潤萬佳深圳配送中心物流基地，由深圳深國投商用置業(yè)有限公司(美資)投資，總投資27 500萬元，位于深圳市平湖鎮(zhèn)，將作為華潤萬佳的南方物流基地和原材料倉庫。該工程占地面積14萬m²，總建筑面積144 083M²，南北長361．2m，東西寬約400m，其中配送主廠房共2層，層高10m，總高21．35m，結(jié)構(gòu)特征主要柱網(wǎng)尺寸11．2m×l2m，共計5棟。柱截面1m×1m，梁高為1 200—2 500m，梁寬為400～600m，柱梁交接處局部加腋處理，樓面荷載25 kN／m²，各個建筑物的中部有縱橫兩道變形縫，地基經(jīng)強夯處理，基礎(chǔ)為人工挖孔樁。

2 施T中采用纖維混凝土的實例及效果

該工程采用纖維混凝土部位為：1層結(jié)構(gòu)地面、2層梁板。地下室為聚合物杜拉纖維網(wǎng)混凝土。纖維網(wǎng)摻量為0.9 kg／m²，杜拉纖維混凝土配合比為水： (水泥)：Iu(砂)： (石)： (粉煤灰)： (CSP—2)緩凝高效減水劑； (纖維網(wǎng))＝0．63，1：2．88；3．51：0．280 7；0．024 9：0．003 2，水灰比為0．44，設(shè)計坍落度為140—160mm。1、2層地面面層(6cm厚)及9m屋面面層(8 cm厚)為纖維混凝土，纖維摻量為40kg／m²，纖維混凝土配合比為： (水)： (水泥)： (纖維)： (砂)： (石)： (CSP—2緩凝高效減水劑)：0．49：1：0．076 9：2．26：2．4：0．021 4，水灰比為0．45，未加纖維設(shè)計坍落度為180～220mm，纖維采用現(xiàn)場加入，加入后坍落度為12mm。

(1)杜拉及碳纖維混凝土實例：1層地面結(jié)構(gòu)層為35 cm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層，內(nèi)配合22間距300mm雙層雙向鋼筋。地下室外墻平面尺寸為5．5m×78m，底板為?8m×l2m，底板厚度為450mm，墻板厚度為300mm，內(nèi)配札4間距150mm雙層雙向鋼筋。

(2)1、2層超平地面面層面積均較大，每區(qū)5 000M²，面層采用鋼纖維混凝土，面層厚60mm，內(nèi)加鋼纖維。

(3)效果：經(jīng)上述施工后，現(xiàn)場檢查地下室外墻、底板，1、2層結(jié)構(gòu)梁板、1、2層超平地面面層，均未出現(xiàn)較大面積裂縫，混凝土試塊按標準養(yǎng)護28d送檢強度全部合格，實踐證明纖維混凝土具有抗裂性好、彎曲韌性優(yōu)良、抗沖擊性能強的特性。

3 纖維混凝土(FRC)產(chǎn)生的背景、工作原理、施工要點及其它應用

3．1 產(chǎn)生的背景及常見纖維材料簡介

由于普通混凝土抗拉強度與抗壓強度比非常低，混凝土結(jié)構(gòu)應被設(shè)計成拉應力最小。然而這種應力常常產(chǎn)生于彎曲、對角線拉伸中，或由于不同應變產(chǎn)生。任何地方發(fā)生拉應力，都希望這些應力由鋼筋來承擔。因為在混凝土中拉應力引起的后果之一是開裂。任何能使混凝土具有較大的抗拉強度和“延性”的工藝將是非常有價值的。纖維混凝土就是在這一背景下產(chǎn)生。常用的纖維材料有，(1)鋼纖維由割斷鋼絲、切削鋼片或鋼經(jīng)加熱軟化后拔出等方法生產(chǎn)；這些纖維可以光滑表面，或由各種各樣的方法變形以增加其粘結(jié)。纖維在混凝土表面會生銹，但在混凝土內(nèi)非常耐久。(2)玻璃纖維玻璃纖維一般以“短切纖維”取用，每根絲含有100～400根絲。普通玻璃不能用作混凝土中的纖維，因為高堿對玻璃的侵蝕會很快減低纖維的強度。已生產(chǎn)的玻璃纖維(含有大量ZrO：)是高度抗堿的。(3)石棉纖維。(4)聚合物纖維。(5)碳纖維。(6)天然有機纖維。

3．2 工作原理

使用纖維可以使混凝土在強度的某些方面有所改進，但類似的強度也可以適當改變水泥用量和水灰比等簡單方法獲得。單純的強度比較，不能體現(xiàn)纖維混凝土的價值。對于適當壓實的試件，加入纖維對纖維增強混凝土抗壓強度幾乎沒有影響。纖維對增強混凝土的彈性模量也沒有多少影響。纖維增強混凝土的直接抗拉強度，可由加入高彈性模量的纖維而有大幅度提高。但其增加決定于纖維的長徑比。纖維的加入對抗扭強度的影響很小。(只是鋼纖維能改善混凝土的抗剪強度)

采用纖維最大的好處在于可以增加了構(gòu)件的韌性(破壞時構(gòu)件吸收能量)。就是說纖維的加入使混凝土的延性大增。增加纖維含量對最大強度沒有多少影響，纖維混凝土的抗沖擊性與延性有關(guān)。許多研究揭示混凝土耐沖擊性可以因摻人纖維，大幅度增加。如尼龍、聚丙烯一類低模量纖維在這方面特別有效。纖維耐沖擊的效率同樣與粘結(jié)特性有關(guān)。纖維不僅改善纖維混凝土沖擊強度而且會在振動荷載下防止碎裂成碎片。此外，纖維增強還可以提高混凝土抵抗磨損和氣穴的破壞。

耐疲勞性同時與裂縫傳播能力有關(guān)。混凝土彎曲疲勞強度隨纖維含量的增加而增加，但纖維的增加對壓縮疲勞沒有多少影響，對壓縮徐變也無影響，但在一定程度上可以減少拉伸徐變。已知很硬的碳纖維可非常明顯的減少彎曲徐變。鋼纖維可減少混凝土收縮約10％。玻璃纖維將減少水泥漿體的收縮約20％。因此，纖維在基體中起著剛性包裹物的作用，由于其體積小不產(chǎn)生很大影響。更重要的是：纖維對減少收縮開裂非常有效，故對混凝土耐久性產(chǎn)生非常有利的作用。

3．3 施工要點

纖維混凝土的成品性質(zhì)，決定于纖維的類型和尺寸，以及生產(chǎn)方法。由于有大的表面積，用水要求多，并且纖維有相互連接和“成球”的傾向。玻璃纖維需水量要求特別高，因為在長絲間附著著水使各纖維分開。此外，水灰比、粗細集料比都與普通混凝土有細微差別，須加以注意。

纖維增強混凝土振搗較困難。增加粗集料含量可以大幅度增加搗實性。對大多數(shù)纖維拌合料，用外部振動，還能減少泌水和改善拌合料的內(nèi)聚力。

3．4 工程采用的纖維材料簡介

工程地下室墻體采用的鋼纖維混凝土作為一種新型復合材料已在我國工程界得到廣泛重視和應用。它具有3大特性：一是抗裂性好；二是彎曲韌性優(yōu)良，三是抗沖擊性能強；根據(jù)鋼纖維混凝土特有的抗裂性能，在屋面防水，特別是多功能屋面上使用，

具有很大的開發(fā)前景。

鋼纖維均勻分散在混凝土中，有效地改善了素混凝土的基本力學性能，使得混凝土在受荷后不易開裂，開裂后裂縫細小，不向縱深發(fā)展。鋼纖維混凝土能夠帶裂工作，在許多工程中得到證實。據(jù)美國陸軍建筑工程研究所在密西西比州對重載運輸機跑道進行了素混凝土和鋼纖維混凝土跑道荷載對比試驗的結(jié)果表明：使用鋼纖維混凝土的跑道厚度只需原設(shè)計值的一半。承載力就達到原設(shè)計值的6倍，混凝土表面開裂后，裂縫細小且能閉合，開裂后仍能繼續(xù)使用。

鋼纖維混凝土的抗壓強度并不比普通混凝土高。但通過對鋼纖維混凝土的試驗分析，發(fā)現(xiàn)試件在壓壞后(達到極限抗壓強度，試驗機回油)試件棱角分明，再此放到壓力機上承壓，還具有相當大的承載力，即鋼纖維混凝土的殘余強度高。所謂殘余抗壓強度，是指第一次加荷至極限抗壓強度后，鋼纖維混凝土試件在第二次以及，以后多，次加荷時達到的極限抗

壓強度值。多次加荷時試件所達到的承載力稱為殘余支撐力。殘余支撐力和殘余抗壓強度的存在就是鋼纖維混凝土裂后能繼續(xù)良好工作的原因。鋼纖維混凝土在多次重復荷載作用布具有良好的性能，在達到極限承載力后，裂縫細小i閉合、整體性能好，并能多次承受極限荷載i使鋼纖維混凝土能夠應用于抗震、抗爆工程中，尤其適合作為抗震消能結(jié)構(gòu)體系

中的消能構(gòu)件。

工程l，2層結(jié)構(gòu)面層所要求的超平地面，采用的碳纖維混凝土，其纖維材料密度約為玻璃纖維的70％，抗拉強度雖與玻璃纖維基本相同，彈性模量卻高出玻璃纖維好幾倍。在現(xiàn)有的工業(yè)纖維中，碳纖維的強度、彈性模量都是最高的。此外，碳纖維還具有以下幾個優(yōu)點：優(yōu)異的耐堿、耐海水等抗化學腐蝕性，除硝酸等強酸外不怕其他酸堿的腐蝕；具有導電性，碳纖維增強混凝土(CFRC)板裝飾電子計算機房，可防止靜電感應；具有超高溫耐熱特性，可在3 000℃高溫條件下使用；對人體無害；可用混凝土攪拌機拌合；可擠壓成型、加壓成型，可用濕式噴射法噴射混凝土施工等等優(yōu)點。實際施工中按常規(guī)的施工流程即可完成，工人不需要特別的培訓。

3．5 纖維混凝土在其它領(lǐng)域的廣泛應用

限制了纖維增強混凝土廣泛應用的因素，不是材料及成品性能，而是因為材料高昂的價格和不易獲得。纖維大多較昂貴，除非為了滿足具體的專門用途的工程，實現(xiàn)高強度與超平整度的目標，則纖維增強混凝土價格成為可以接受的條件。通過筆者查閱各種期刊，發(fā)現(xiàn)近年來，纖維混凝土在許多方面應用中獲得成功。已用做公路、跑道的復面材料以及防水屋面，以減少開裂及鋪砌厚度；用于大壩的溢洪道以減少氣穴破壞；同時也用于核反應堆。在耐火混凝土以及用作隧道襯砌的噴射混凝土中應用，可減少結(jié)構(gòu)破壞。石棉水泥早已用于制作管子、耐火板及薄平板中，同樣也用于薄的預制板?？傊?，纖維增強混凝土的應用范圍在不斷擴大，因為施工實踐中更大地體現(xiàn)了材料吸收能量的特性，同時兼顧了材料價格及取材方便方面的因素，相信隨著材料的廣泛獲得和人們對纖維混凝土的深入了解，其應用將更廣泛。

4 心得

該工程投入使用至今已經(jīng)9個月，1、2層地面及地下室頂板及外墻無可見細小裂縫，無滲漏，表面強度高耐磨損，平整度高無彎曲變形，整體坡度按設(shè)計要求被控制在0．1％以下，較好地達到了投資方的預想，獲得了用戶的好評，被深圳市建設(shè)行政主管部門評定為年度結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)工程。

本文摘自：中國混凝土網(wǎng)http:// www.chinahnt.com

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