纤维混凝土应用浅析
2006-07-26 00:00
1 工程基本概况
笔者参与监理的于2005年竣工的华润万佳深圳配送中心物流基地，由深圳深国投商用置业有限公司(美资)投资，总投资27 500万元，位于深圳市平湖镇，将作为华润万佳的南方物流基地和原材料仓库。该工程占地面积14万m2，总建筑面积144 083M2，南北长361．2m，东西宽约400m，其中配送主厂房共2层，层高10m，总高21．35m，结构特征主要柱网尺寸11．2m×l2m，共计5栋。柱截面1m×1m，梁高为1 200—2 500m，梁宽为400～600m，柱梁交接处局部加腋处理，楼面荷载25 kN／m2，各个建筑物的中部有纵横两道变形缝，地基经强夯处理，基础为人工挖孔桩。
2 施T中采用纤维混凝土的实例及效果
该工程采用纤维混凝土部位为：1层结构地面、2层梁板。地下室为聚合物杜拉纤维网混凝土。纤维网掺量为0.9 kg／m2，杜拉纤维混凝土配合比为水： (水泥)：Iu(砂)： (石)： (粉煤灰)： (CSP—2)缓凝高效减水剂； (纤维网)＝0．63，1：2．88；3．51：0．280 7；0．024 9：0．003 2，水灰比为0．44，设计坍落度为140—160mm。1、2层地面面层(6cm厚)及9m屋面面层(8 cm厚)为纤维混凝土，纤维掺量为40kg／m2，纤维混凝土配合比为： (水)： (水泥)： (纤维)： (砂)： (石)： (CSP—2缓凝高效减水剂)：0．49：1：0．076 9：2．26：2．4：0．021 4，水灰比为0．45，未加纤维设计坍落度为180～220mm，纤维采用现场加入，加入后坍落度为12mm。
(1)杜拉及碳纤维混凝土实例：1层地面结构层为35 cm厚钢筋混凝土结构层，内配合22间距300mm双层双向钢筋。地下室外墙平面尺寸为5．5m×78m，底板为?8m×l2m，底板厚度为450mm，墙板厚度为300mm，内配札4间距150mm双层双向钢筋。
(2)1、2层超平地面面层面积均较大，每区5 000M2，面层采用钢纤维混凝土，面层厚60mm，内加钢纤维。
(3)效果：经上述施工后，现场检查地下室外墙、底板，1、2层结构梁板、1、2层超平地面面层，均未出现较大面积裂缝，混凝土试块按标准养护28d送检强度全部合格，实践证明纤维混凝土具有抗裂性好、弯曲韧性优良、抗冲击性能强的特性。
3 纤维混凝土(FRC)产生的背景、工作原理、施工要点及其它应用
3．1 产生的背景及常见纤维材料简介
由于普通混凝土抗拉强度与抗压强度比非常低，混凝土结构应被设计成拉应力最小。然而这种应力常常产生于弯曲、对角线拉伸中，或由于不同应变产生。任何地方发生拉应力，都希望这些应力由钢筋来承担。因为在混凝土中拉应力引起的后果之一是开裂。任何能使混凝土具有较大的抗拉强度和“延性”的工艺将是非常有价值的。纤维混凝土就是在这一背景下产生。常用的纤维材料有，(1)钢纤维 由割断钢丝、切削钢片或钢经加热软化后拔出等方法生产；这些纤维可以光滑表面，或由各种各样的方法变形以增加其粘结。纤维在混凝土表面会生锈，但在混凝土内非常耐久。(2)玻璃纤维 玻璃纤维一般以“短切纤维”取用，每根丝含有100～400根丝。普通玻璃不能用作混凝土中的纤维，因为高碱对玻璃的侵蚀会很快减低纤维的强度。已生产的玻璃纤维(含有大量ZrO：)是高度抗碱的。(3)石棉纤维。(4)聚合物纤维。(5)碳纤维。(6)天然有机纤维。
3．2 工作原理
使用纤维可以使混凝土在强度的某些方面有所改进，但类似的强度也可以适当改变水泥用量和水灰比等简单方法获得。单纯的强度比较，不能体现纤维混凝土的价值。对于适当压实的试件，加入纤维对纤维增强混凝土抗压强度几乎没有影响。纤维对增强混凝土的弹性模量也没有多少影响。纤维增强混凝土的直接抗拉强度，可由加入高弹性模量的纤维而有大幅度提高。但其增加决定于纤维的长径比。纤维的加入对抗扭强度的影响很小。(只是钢纤维能改善混凝土的抗剪强度)
采用纤维最大的好处在于可以增加了构件的韧性(破坏时构件吸收能量)。就是说纤维的加入使混凝土的延性大增。增加纤维含量对最大强度没有多少影响，纤维混凝土的抗冲击性与延性有关。许多研究揭示混凝土耐冲击性可以因掺人纤维，大幅度增加。如尼龙、聚丙烯一类低模量纤维在这方面特别有效。纤维耐冲击的效率同样与粘结特性有关。纤维不仅改善纤维混凝土冲击强度而且会在振动荷载下防止碎裂成碎片。此外，纤维增强还可以提高混凝土抵抗磨损和气穴的破坏。
耐疲劳性同时与裂缝传播能力有关。混凝土弯曲疲劳强度随纤维含量的增加而增加，但纤维的增加对压缩疲劳没有多少影响，对压缩徐变也无影响，但在一定程度上可以减少拉伸徐变。已知很硬的碳纤维可非常明显的减少弯曲徐变。钢纤维可减少混凝土收缩约10％。玻璃纤维将减少水泥浆体的收缩约20％。因此，纤维在基体中起着刚性包裹物的作用，由于其体积小不产生很大影响。更重要的是：纤维对减少收缩开裂非常有效，故对混凝土耐久性产生非常有利的作用。
3．3 施工要点
纤维混凝土的成品性质，决定于纤维的类型和尺寸，以及生产方法。由于有大的表面积，用水要求多，并且纤维有相互连接和“成球”的倾向。玻璃纤维需水量要求特别高，因为在长丝间附着着水使各纤维分开。此外，水灰比、粗细集料比都与普通混凝土有细微差别，须加以注意。
纤维增强混凝土振捣较困难。增加粗集料含量可以大幅度增加捣实性。对大多数纤维拌合料，用外部振动，还能减少泌水和改善拌合料的内聚力。
3．4 工程采用的纤维材料简介
工程地下室墙体采用的钢纤维混凝土作为一种新型复合材料已在我国工程界得到广泛重视和应用。它具有3大特性：一是抗裂性好；二是弯曲韧性优良，三是抗冲击性能强；根据钢纤维混凝土特有的抗裂性能，在屋面防水，特别是多功能屋面上使用，
具有很大的开发前景。
钢纤维均匀分散在混凝土中，有效地改善了素混凝土的基本力学性能，使得混凝土在受荷后不易开裂，开裂后裂缝细小，不向纵深发展。钢纤维混凝土能够带裂工作，在许多工程中得到证实。据美国陆军建筑工程研究所在密西西比州对重载运输机跑道进行了素混凝土和钢纤维混凝土跑道荷载对比试验的结果表明：使用钢纤维混凝土的跑道厚度只需原设计值的一半。承载力就达到原设计值的6倍，混凝土表面开裂后，裂缝细小且能闭合，开裂后仍能继续使用。
钢纤维混凝土的抗压强度并不比普通混凝土高。但通过对钢纤维混凝土的试验分析，发现试件在压坏后(达到极限抗压强度，试验机回油)试件棱角分明，再此放到压力机上承压，还具有相当大的承载力，即钢纤维混凝土的残余强度高。所谓残余抗压强度，是指第一次加荷至极限抗压强度后，钢纤维混凝土试件在第二次以及，以后多，次加荷时达到的极限抗
压强度值。多次加荷时试件所达到的承载力称为残余支撑力。残余支撑力和残余抗压强度的存在就是钢纤维混凝土裂后能继续良好工作的原因。钢纤维混凝土在多次重复荷载作用布具有良好的性能，在达到极限承载力后，裂缝细小i闭合、整体性能好，并能多次承受极限荷载i使钢纤维混凝土能够应用于抗震、抗爆工程中，尤其适合作为抗震消能结构体系
中的消能构件。
工程l，2层结构面层所要求的超平地面，采用的碳纤维混凝土，其纤维材料密度约为玻璃纤维的70％，抗拉强度虽与玻璃纤维基本相同，弹性模量却高出玻璃纤维好几倍。在现有的工业纤维中，碳纤维的强度、弹性模量都是最高的。此外，碳纤维还具有以下几个优点：优异的耐碱、耐海水等抗化学腐蚀性，除硝酸等强酸外不怕其他酸碱的腐蚀；具有导电性，碳纤维增强混凝土(CFRC)板装饰电子计算机房，可防止静电感应；具有超高温耐热特性，可在3 000℃高温条件下使用；对人体无害；可用混凝土搅拌机拌合；可挤压成型、加压成型，可用湿式喷射法喷射混凝土施工等等优点。实际施工中按常规的施工流程即可完成，工人不需要特别的培训。
3．5 纤维混凝土在其它领域的广泛应用
限制了纤维增强混凝土广泛应用的因素，不是材料及成品性能，而是因为材料高昂的价格和不易获得。纤维大多较昂贵，除非为了满足具体的专门用途的工程，实现高强度与超平整度的目标，则纤维增强混凝土价格成为可以接受的条件。通过笔者查阅各种期刊，发现近年来，纤维混凝土在许多方面应用中获得成功。已用做公路、跑道的复面材料以及防水屋面，以减少开裂及铺砌厚度；用于大坝的溢洪道以减少气穴破坏；同时也用于核反应堆。在耐火混凝土以及用作隧道衬砌的喷射混凝土中应用，可减少结构破坏。石棉水泥早已用于制作管子、耐火板及薄平板中，同样也用于薄的预制板。总之，纤维增强混凝土的应用范围在不断扩大，因为施工实践中更大地体现了材料吸收能量的特性，同时兼顾了材料价格及取材方便方面的因素，相信随着材料的广泛获得和人们对纤维混凝土的深入了解，其应用将更广泛。
4 心 得
该工程投入使用至今已经9个月，1、2层地面及地下室顶板及外墙无可见细小裂缝，无渗漏，表面强度高耐磨损，平整度高无弯曲变形，整体坡度按设计要求被控制在0．1％以下，较好地达到了投资方的预想，获得了用户的好评，被深圳市建设行政主管部门评定为年度结构优质工程。
本文摘自：中国混凝土网http:// www.chinahnt.com
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