为使伸缩缝钢纤维混凝土具有良好的力学性能,要求纤维在抗拉强度、粘结度、表面硬度等方面都要合乎标准。
首先纤维必须具有一定的抗拉强度。纤维的抗拉强度,根据纤维的材质和生产工艺不同,其抗拉强度也有所区别。剪切型纤维的抗拉强度一般为380~800MPa.其次是纤维的粘结强度,可按《伸缩缝钢纤维混凝土试验方法标准》(CECS13:89)用直接拉拔法测定纤维与水泥砂浆维应能经受沿直径为3mm钢棒弯折90度不断。
在制造混凝土的过程中,纤维的掺杂比例会影响到它的性能的发挥,伸缩缝钢纤维混凝土的收缩值随着掺量的增加而有所降低。例如,掺量为1.5%(长径比为50)的纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%~9%。持续荷载下纤维混凝土的受压徐变比相同条件的普通混凝土有所降低。由于纤维对混凝土的阻裂作用,纤维混凝土比素混凝土具有更好的软化性能和抗疲劳性能。例如掺有2%的纤维混凝土抗压疲劳寿命达到2×10 次时,应力水平可达到0.92,而普通混凝土的应力水平为0.56。
钢纤维混凝土就是意将钢纤维均匀地分散于基体混凝土中(与混凝土一起搅拌),并通过分散的钢纤维,减小因荷载在基体混凝土引起的细裂缝端部的应力集中,从而控制混凝土裂缝的扩展,提高整个复合材料的抗裂性。同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结力,因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的纤维上面,使钢纤维混凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用,显著提高了混凝土原有的抗拉、抗弯强度和断裂延伸率。特别是提高了混凝土的韧性和抗冲击性。
纤维的增强效果主要取决于基体强度(fm),纤维的长径比(钢纤维长度l与直径d的比值,即I/d),纤维的体积率(钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数),纤维与基体间的粘结强度(τ),以及纤维在基体中的分布和取向(η)的影响。当钢纤维混凝土破坏时,大都是纤维被拔出而不是被拉断,因此改善纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素。
为防止钢纤维混凝土在搅拌时纤维结团,在施工时每拌一次的搅拌量不宜大于搅拌机额定搅拌量的80%。采用滚动式搅拌机拌和,在搅拌
混凝土过程中必须保证钢纤维均匀分布。为保证混凝土混合料的搅拌质量,采用先干后湿的拌和工艺。投料顺序及搅拌时间为:粗集料→钢纤维(干拌1min)→细集料→水泥(干拌1min),其中钢纤维在拌和时分三次加入拌和机中,边拌边加入钢纤维,再倒入黄砂、水泥,待全部料投入后重拌2min~3min,加足水湿拌1min。搅拌时间不过6min,搅拌会引起湿纤维结团。按此程序拌出的混合料均匀。尚若在拌和中,先加水泥和粗、细集料,后加钢纤维则容易结成团。而且纤维团越滚越紧,难以分开,一旦发现有纤维结团,就必须剔除掉,以防止因此而影响混凝土的质量。
钢纤维混凝土浇捣
钢纤维混凝土浇捣与普通混凝土一样,浇筑和振捣是施工中的重要环节,直接影响钢纤维混凝土的整体性和致密性。不同之处就是其流动性较差,在边角处容易产生蜂窝,因此,边角部分可先用捣棒捣实。板角采用插入式振动器振捣,然后用夯梁板来回整平。在混凝土面层抹平过程中,因钢纤维直径较粗而易冒出路面,影响到行车安全,故在施工时需注意清除。
公式钢纤维问世的时间不长,但应用领域越来越广泛,与此相应,钢纤维的品种也再不断增多。
⒈按外形划分(图1)有:
平直形钢纤维(a)、压棱形钢纤维(b)、波形钢纤维(c)、弯钩形钢纤维(de)、大头形钢纤维(f)、双尖形钢纤维(g)、集束钢纤维(h)等等。
2.贵州波浪形钢纤维按截面形状划分(图2)有:
圆形(a)、矩形(b)、槽型(c)、不规则性(d)
3.贵州波浪形钢纤维按生产工艺划分有:
切断钢纤维(用细钢丝切断);
剪切钢纤维(用薄钢板、带钢剪切);
切削钢纤维(用厚钢板或钢锭切削);
溶抽钢纤维(用熔融钢水抽制)。有前途的是溶抽钢纤维,价格低。
4.贵州波浪形钢纤维按材质划分有:
普碳钢纤维(抗拉强度一般在300~2500MPa);
不锈钢纤维(按材质有304,310,330,430,446等);
其他金属纤维(铝纤维、铜纤维、钛纤维以及合金纤维)。
⒌按表面涂覆状态划分有:
无涂覆层,表面涂环氧树脂,镀锌等。工业上大量使用的是无涂覆层的普通钢纤维。
⒍按施工工艺分类有:
喷射用、浇注用。
⒎按直径尺寸分类有:
普通钢纤维(直径d>0.08mm);
细钢纤维(直径d≤0.08mm);
细钢纤维主要用于增强塑料及石棉摩擦材料。
钢纤维的主要性能
钢纤维是一种新、高性能的钢纤维品种。钢纤维道路的配合比设计方法大体与普通混凝土相同,不同点为:强度双控标准(抗压强度和弯拉强度);钢纤维掺量根据设计要求的弯拉强度确定;单位用水量和砂率与纤维掺量有关,每掺加0.5%(体积率)钢纤维,单位用水量增加6kg,砂率增大2%。
钢纤维混凝土具有与普通混凝土一样的搅拌、运转和施工性能,纤维在混凝土中不会结球,分布均匀,可在商品混凝土搅拌站进行生产并能用于泵送施工。铣削钢纤维混凝土的早期坍落度损失较大,30分钟损失32%,2小时损失42%。钢纤维混凝土的实际工作性优于相同的坍落度的普通混凝土。钢纤维混凝土具有良好的材料性能,与普通混凝土相比,其抗压强度提高2~20%;弯拉强度提高20~50%;劈裂抗拉强度提高20~40%;耐磨性能提高40%左右,其物理力理性能完全可以满足城市道路工程及检查井盖等配套构件需求技术指标。钢纤维粗糙而洁净的表面,能与混凝土中的水泥浆体牢固的结合,这是铣削钢纤维提高混凝土各种性能的根本原因。[1]
此外,高强钢钎维混凝土在铁道轨枕预制、高速公路伸缩缝、水泥砼道面等预制、现浇、生产施工等方面均已得到大量应用,其优良性能完全可以取得良好的技术经济和社会环境效益。
是指在混凝土或砂浆搅拌前加入的、能在混凝土或砂浆中均匀分散用于改善新拌混凝土和砂浆、硬化混凝土和砂浆性能的短切纤维。
未涉及到得的其它材质和形式的纤维,只要符合下列条件应该可以用于混凝土纤维中。(1) 掺加到混凝土中分散均匀;(2)不被腐蚀或熔化;(3)环保无污染;(4) 与混凝土和易性好; (5) 可有效改善混凝土的一些性能。
混凝土和砂浆不单指水泥混凝土和砂浆,也涵盖沥青混凝土及其砂浆,只是后者在纤维选择上要特别增加耐热性的检验。用于混凝土外其它用途的任何形式、任何材质的纤维不在此列。
钢纤维的制造方法
用与钢纤维混凝土的钢纤维主要有四种制造方法(请参考上图2—3),以下是详细资料:
⒈钢丝切断法
这种加工方法比较简单(图2-4),一般利用小直径0.4-0.8mm的冷拔钢丝为原料,’按照规定的长度把钢丝切成短纤维。用这种方法生产钢纤维的抗拉强度,远高于其它方法加工成的钢纤维,可达1000-2000MPa.
加工手段可以用切刀、冲床。为了提高效率,常用旋转刀具切断。由于冷拔钢丝价格昂贵,这种方法生产的钢纤维成本较高。此法生产钢纤维的另一缺点是表面较光滑,与混凝土等基体的粘结强度较小。为了增加钢纤维与混凝土等基体的粘结强度,常常采用改变钢纤维的外形,即通过生产异形钢纤维的办法加以解决,常见的方法有三种:
⑴压棱法:在切断钢丝前,用进给钢丝的夹送辊在钢丝上
压出棱形凹坑(如图2-1,b)。
⑵波形法:在切断钢丝前,用进给钢丝的夹送辊将钢丝压
成波形后再切断(如图2一1,c)。
⑶弯钩法:在切断钢丝前,用进给钢丝的夹送辊等距离地压出弯钩状再切断(如图2,d)
图2.e所示的钢纤维,国外产品名称为“DRAMⅨ"。生产时常用水溶性粘结剂将其集束粘结在一起,从而起到缩小长径比的作用(图2,h)。这种集束钢纤维投入混凝土搅拌机后,粘结剂很快溶解于水,钢纤维则均匀分布在混凝土中。
2.薄板剪切法
薄板剪切法是吧冷轧薄钢板切成钢纤维的方法,剪切前用特制的小型纵剪机将薄冷轧卷板剪成带钢卷,带钢卷的宽度和钢纤维的长度相同,然后将带钢卷连续不断地送入旋转刀具或普通冲床切断(如图2-3,b),旋转刀具的轴与薄板进给方向互相垂直。原材料一般采用退火的冷轧钢板,为提高强度也可以使用未退火的冷轧钢板。
⒊厚板切削法
所用原材料为厚钢板或钢锭,用旋转的平刃铁刀进行切削制成的钢纤维(如图2一3).切削时,钢纤维将产生很的塑性变形,轴间发生扭曲,可以增大与混凝土等基体的粘结力。若以普通低碳钢为原材料时,切削成的钢纤维经加工硬化后,其弧度约为母材的两倍半,成为一种高强度、高硬度的钢纤维
钢纤维是一种新、高性能的钢纤维品种。钢纤维道路的配合比设计方法大体与普通混凝土相同,不同点为:强度双控标准(抗压强度和弯拉强度);钢纤维掺量根据设计要求的弯拉强度确定;单位用水量和砂率与纤维掺量有关,每掺加0.5%(体积率)钢纤维,单位用水量增加6kg,砂率增大2%。
钢纤维混凝土具有与普通混凝土一样的搅拌、运转和施工性能,纤维在混凝土中不会结球,分布均匀,可在商品混凝土搅拌站进行生产并能用于泵送施工。铣削钢纤维混凝土的早期坍落度损失较大,30分钟损失32%,2小时损失42%。钢纤维混凝土的实际工作性优于相同的坍落度的普通混凝土。钢纤维混凝土具有良好的材料性能,与普通混凝土相比,其抗压强度提高2~20%;弯拉强度提高20~50%;劈裂抗拉强度提高20~40%;耐磨性能提高40%左右,其物理力理性能完全可以满足城市道路工程及检查井盖等配套构件需求技术指标。钢纤维粗糙而洁净的表面,能与混凝土中的水泥浆体牢固的结合,这是铣削钢纤维提高混凝土各种性能的根本原因。[1] 此外,高强钢钎维混凝土在铁道轨枕预制、高速公路伸缩缝、水泥砼道面等预制、现浇、生产施工等方面均已得到大量应用,其优良性能完全可以取得良好的技术经济和社会环境效益。一、粘结性
由于钢纤维与混凝土基体的界面粘结主要是物理性的,即以摩擦剪力的传递为主,因此对钢纤维本身来说,应该从纤维表面和纤维形状两个方面来改善其粘结性能。具体的方法有下列四种。
1。使钢纤维表面粗糙化、截面呈不规则形。采用熔抽法生产就能达到这个目的。因为钢纤维在遇空气急剧冷却时,表面收缩不均匀而变得粗糙,同时截面也收缩成月牙形,增加与基体的接触面积。铣削型钢纤维一个表面光滑,另一个表面粗糙,也增加了与混凝土的接触面积
⒉沿钢纤维轴线方向按一定间距对纤维进行塑性加工。例如日本神户制钢公司的“信柯”钢纤维美国雷邦公司的“XOREX"钢纤维(图2-1,c)以及庆安钢铁厂的“S-2”和“S--3"号钢纤维。由于表面压成棱形,或压成波形,增加了机械粘结力。
⒊使钢纤维的两端异形化。如钢锭铣削型钢纤维两端带有锚固台;美国贝克尔公甸的"DRAMⅨ"钢纤维(图2-1,e)和庆安钢铁厂的“S-4'和as-so型钢纤维,.都是在两端制成弯钩;还有熔抽法抽取的大头形钢纤维。由于两端的锚固作用,提高了抗拨力。
⒋对钢纤维表面涂覆环氧树脂和表面微锈化处理。这种方法对界面粘结强度的提高不如前几种方法,但也有一定的增强效果.
小林一辅、比利时列日大学和章文纲等的试脸都证明有弯钩的钢纤维比平直钢纤维的增强效果提高约一倍,小林一辅的试验说明压棱钢纤维的效果接近有弯钩的钢纤维。这些异形钢纤维不但提高了钢纤维的强度,并且提高了韧度。波形钢纤维虽然对提高钢纤维混凝土强度的作用不大,但是能成倍地
提高韧度。
二:硬度
无论哪一种加工方法制造的钢纤维,在加工过程中都遇到高
热和急剧冷却,相当于淬火状态。因此钢纤维的表面硬度都较
高。用于混凝土补强进行搅拌时很少发生弯曲现象。如果钢纤维
过硬过脆,搅拌时也易折断,影响增强效果。
在熔抽法生产钢纤维时,从熔抽轮下离心喷出的钢纤维仍处
于高温状态,必须用滚筒或振动输送方法分散并进行冷却。否则
钢纤维聚集,热量难以散发,反而起退火作用。
三:耐腐蚀性
关于钢纤维混凝土耐腐蚀试验的介绍可知,开裂的钢纤维混凝土构件在潮湿的环境中,裂缝处的混凝土碳化,碳化区的钢纤维锈蚀,