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钢纤维范文1
[关键词]桥梁工程;钢纤维混凝土;施工技术
中图分类号:TU74文献标识码: A
随着桥梁工程建设的不断发展,钢纤维混凝土作为一种新型材料以性能的优越性被广泛应用于桥梁工程中,并取得了良好的效果。因此,重视钢钎维混凝土技术的总结运用显得尤为必要。
1 钢纤维混凝土的主要特性
1.1 抗裂、抗剪性能强
传统混凝土开裂荷载与极限荷载无明显差异,但钢纤维混凝土即使出现开裂荷载,其荷载还是能够保持增大趋势。在一定程度上来说,如果钢纤维混凝土体积增大,那么其开裂荷载、极限荷载与韧性均能增大。对钢纤维混凝土的剪切性能进行直接剪切试验检验,实验数据结果表明:钢纤维混凝土基体错动移位后,仍然具有良好的承载能力,承载强度为400~800mpa[1]。
1.2 抗冻、耐磨性能强
钢纤维具有较强的伸缩能力,可以随着温度的变化伸缩,因此,对比传统混凝土,钢纤维混凝土能够很好的抑制由于温度应力导致的桥梁桥面裂缝和扩张情况,这表明钢纤维混凝土抗冻、耐磨性能强。
1.3 抗压、抗拉、抗弯、抗冲击性能强
钢纤维混凝土主要由钢纤维和传统混凝土构成,在混凝土中,钢纤维不规则分布,这样的分布有利于加强钢纤维混凝土抗压、抗拉、抗弯、抗冲击性能。实验研究钢纤维混凝土在桥梁施工中的应用,结果表明:在混凝土中适当加入钢纤维,可以有效提高50%~150%抗弯与40%~50%单轴抗拉的极限强度,若钢纤维在混凝土中的含量为0.8%~2.O%,抗冲击可达普通混凝土的50~100倍极限强度。在钢纤维混凝土中,钢纤维消耗量很小,比例约为0.8%~2.0%,钢纤维本身并不能有效提高混凝土抗压强度,但在混凝土中适当加入钢纤维后,混凝土整体抗压破坏形式出现明显变化,虽然受到破坏后会碎,但不会散,因此混凝土结构抗压性能显著加强。
1.4 改善混凝土变形性能
在混凝土中适当加入钢纤维,可以有效改善混凝土长期收缩变形性能,且能显著提高混凝土抗拉弹性模量,此外,还能使混凝土收缩率降低10%~30%。
2 钢纤维混凝土配合比设计
钢纤维混凝土施工配料主要有水泥、卵石、砂、钢纤维、外加剂、掺合料等,水泥选用型号规格为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥;卵石型号规格为5~25mm,含泥量低于1%;砂型号规格为中砂,含泥量低于3%;钢纤维型号规格为长度60mm、直径0.9mm,最低抗压强度为1000N/m2型号规格为泵送剂;掺合料型号规格为I级粉煤灰。钢纤维混凝土的配料选用标准为:
2.1 加强控制钢纤维长径比,钢纤维长度不宜过长,最佳直径为0.45mm~0.70mm,以保证钢纤维混凝土力学性能尽可能符合施工和易性要求。
2.2 适当采用减水剂或外掺剂,使混凝土施工和易性得到改善,同时降低水泥用量及成本。
2.3 必须确保钢纤维无油污、锈渍、碎屑与杂质等。
2.4 钢纤维品种与基材强度相适应,且抗拉极限强度不低于500MPa。
2.5 钢纤维混凝土中钢纤维最佳含量为0.5%~2.O%。
2.6 采用10mm~20mm粒径的主骨料,确保钢纤维与基体结合的牢固度。
2.7 采用搅拌机拌和钢纤维混凝土时,其砂率应比相同标号同类传统混凝土高,而且控制钢纤维长径比为50~80[2]。
3钢纤维混凝土施工技术
3.1摊铺、整平
①将钢纤维连续、均匀在面板中摊铺。
②通过分散机均匀分散钢纤维后,加入搅拌机。
③摊铺时掺和物塌落度应保持一致。
④投料搅拌时采用先干后湿方式,并严格控制搅时间。
⑤摊铺同一道路作业时,应尽可能持续摊铺与浇筑。摊铺工作完成后,必须进行整平、初步压实工作。
3.2 振捣
纵向条状集束排列钢纤维,可以加强混凝土边缘的密度。采用机械振捣钢纤维混凝土,可以增加其强度与密实度,有效保障钢纤维混凝土路面的强度与抗裂性。在机械振捣过程中,应按照一定顺序和频率进行振捣,不能出现过振、漏振等问题,而且钢纤维严禁出现空洞、沟槽等现象。
3.3 整形
钢纤维混凝土的特点主要有纤维分布不规则、含砂率大、粗骨料稀等,为免钢纤维外露,应采用机械进行抹平整形。与此同时,采用压纹机压纹技术,可以避免或减少拉毛与拆模后出现的钢纤维外漏、外露现象。
3.4 施工注意事项
①加快施工进度或适当增加水分,可使钢纤维混凝土延迟凝结、硬化。
②为免影响钢纤维混凝土强度,运输和摊铺时间必须在规范要求范围内。
③摊铺或浇筑过程中,必须经过科学计算,才能增加掺和物,如水、外加剂等。
4钢纤维混凝土施工技术运用
4.1 桥梁工程中的运用
桥梁工程在使用的过程中,在时间周期的作用下,受到来自地面上部的荷载力比较大,经常需要承载很大的重力,并且在结构方面的特殊性,所以钢纤维混凝土应用的比较广泛。主要应用的部位是在桥梁和墩台的外部位置喷射五到二十厘米厚的钢纤维混凝土,以此来提高桥梁的承载力。在长期的使用过程中,可以有效的加强桥梁的强度,抗压力等相关方面的性能,避免桥梁发生裂缝等现象。
4.1.1 桥面铺装
在桥面铺装钢纤维混凝土,可提高桥面耐久性、抗裂性与舒适性,增强桥梁刚度与抗折强度,并减少铺装厚度,使结构自重降低,很好的改善桥梁受力状况。此外,还能有效提高桥面抗冲击力,加强混凝土结构和伸缩缝间的连接强度,减少桥面出现坑槽、剥落、裂缝等情况,有效延迟桥梁损坏速度[3]。
4.1.2 桥墩结构局部加固
在长期动载作用下,若桥墩、桥面板出现裂缝、表层剥落等问题,为满足桥梁结构抗震性与整体性要求,可采用转子型喷射机向出现问题的部位喷射5cm~20cm钢纤维混凝土。桥墩结构局部加固方式为:①采用10%掺量的剪切钢纤维;②喷砂或凿毛旧混凝土表面,加强新旧混凝土整体密实性、牢固性;③为提高早期抗裂性能,适当采用硫铝酸盐快硬水泥、TS型速凝剂。
4.1.3 桥梁上部承载部位
采用钢纤维混凝土加强桥梁上部应力集中的部位,可有效改善桥梁结构受力性能,控制结构变形的同时降低结构自重,使桥梁结构逐渐呈现轻型化、大跨度发展趋势。在桥梁上部结构采用钢纤维混凝土,可以提高结构承载力与抗变形性能,而且能减少上部结构材料用量与下部墩台数量,进而有效降低施工造价,提高经济效益。
4.2 道路工程的运用
在道路施工工程中,可以根据实际状况的不同,将钢纤维混凝土施工进行分类,主要有复合式、碾压式和全截面式。
使用钢纤维混凝土的优势是要比普通的混凝土节省材料,以全截面式为例的话,可以节省将近一半的材料;在双向行驶的车道工程中,不需要进行纵缝的设置,各横缝的间距保持在50cm之内,间隔距离在20cm~30cm之间;三层式复合路面施工时,钢纤维混凝土材料的掺入量最好保持在0.8%到1.2%左右。而双层式的路面施工是指将钢纤维混凝土材料铺设在道路路面的上部位置,路面的施工厚度最好占整个路面厚度的40%到60%左右。
5 结语
随着人类社会的快速发展,桥梁工程的建设日益加快,桥梁的运用越来越广泛,而广泛应用于桥梁施工中的钢纤维混凝土质量需要随之提高,所以,重视钢钎维混凝土的施工技术,重视钢钎维混凝土的质量控制点十分重要,只有这样,才能保证工程质量,确保安全。
[参考文献]
[1] 邹孟义.桥梁施工中钢纤维混凝土的施工技术分析[J].广东科技,2010年06期
[2] 张湘文.桥梁施工中钢纤维混凝土的施工技术分析[J].四川建材,2008年02期
钢纤维范文2
关键词:钢纤维混凝土;配合比;设计
中图分类号:F407.9文献标识码:A
随着国民经济建设和公路交通事业的飞速发展,城市道路和国道干线公路上的车辆荷载及密度越来越大,行驶速度越来越快,致使路面的损坏也日趋严重起来。特别是对损坏的桥面而言,它不仅翻修投资大,且施工周期较长,严重影响交通畅通及行车安全。如用普通水泥混凝土修复桥面缺陷是脆性大、易开裂、抗温性差,板块容易受弯折而产生断裂,所以就要求桥面应有足够的抗压强度和厚度。
一、概述
五河淮河大桥1974年6月开始施工,1977年10月大桥全部竣工,淮河大桥全长1,031.3m,由主桥、南、北引桥3部分组成,主桥为6孔预应力筋混凝土T型钢构,其中4个主孔,每孔跨径90m,2个过渡孔,每孔跨径60m。南北引桥均为跨径30m的预应力钢筋混凝土简支梁桥,其中南岸引桥8孔,北岸引桥10孔,另一孔为跨径5.5m的简支板梁式连接孔,具体跨径组合为:5×30+1×5.5+5×30+1×60+4×90+1×60+8×30,台背长2×2.9。以下结合五河淮河大桥桥面铺装钢纤维混凝土的应用加以分析总结。
二、钢纤维混凝土的特点
本标段钢纤维混凝土采用的是由水泥、集料、粉煤灰、外加剂和随机分布的短纤维掺配而成一种新型高强复合材料。掺加了泵送剂的钢纤维混凝土在桥面施工中起到早强缓凝作用。与普通混凝土相比,其抗拉、抗弯、抗裂及耐磨、耐冲击、耐疲劳、韧性等性能都有显著提高,它不仅可使桥面减薄,缩缝间距加大,改善桥面的使用性能,延长桥面使用寿命,缩短施工工期。用钢纤维混凝土修筑桥面,就是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。
三、桥面改建设计方案
(一)病害分析。近年来,交通量大且超重车辆多,原设计荷载等级为汽-15,挂-80,在承受超重荷载的情况下,变形大,导致桥面受拉而出现裂缝。桥面砼已达到其疲劳强度,抗压和抗弯拉功能已大量丧失,无法承受外界荷载对其产生的作用而出现损坏。砼风化严重,出现脱皮、开裂、渗水等病害,逐步发展成坑槽、坑洞。
(二)桥面结构设计。本次桥面铺装改造采用:1、双钢混凝土桥面铺装,即C40钢纤维混凝土,钢纤维用量70kg/m3,同时配置防裂钢筋网,直径为10mm圆钢筋自行绑扎加工成钢筋网片,纵横间距为10cm×10cm(绑扎);2、设计横坡为1.0%。
四、钢纤维混凝土配合比设计
(一)设计依据
1、公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2003);2、公路水泥混凝土路面施工技术规范(JTG F30-2003);3、普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2000);4、公路工程集料试验规程(JGJ E42-2005);5、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(GB175-1999)。
(二)C40钢纤维砼材料。水泥产地:蚌埠海螺、规格型号:P.O42.5级;碎石产地:安徽省泗县、规格型号:4.75-26.0mm碎石;砂产地:安徽明光、规格型号:中粗砂;粉煤灰产地:河南永城、规格型号:IFA-I级;外加剂产地:南京、规格型号:UC-II高效泵送剂;钢纤维产地:宜兴市军威、规格型号:波纹型DM-02;水:饮用水。(表1)
碎石采用连续级配,技术等级不应低于II级,由于集料级配对混凝土的弯拉强影响很大,主要表现在振实后,集料能够逐级密实填充,形成高弯拉强度所要求的嵌挤力;另一方面集料级配对混凝土的干缩性为敏感,逐级密实填充的良好级配有利于减小混凝土的干缩;砂采用中粗砂,技术等级为II级,细度模数为2.8,属II区;水泥采用散装普通硅酸盐42.5,各项指标送检检测均合格;粉煤灰符合I级粉煤灰指标要求;泵送剂、钢纤维及拌和用水均送有质资的检测部门进行检验合格。
(三)计算初步配合比
1、计算砼的配置强度fcu。o设计要求砼强度fcu,k=40Mpa(标准差δ=6.0Mpa)。试配强度:fcu,o=fcu,k+1.645δ=40+1.645×6.0=49.87Mpa。
2、计算水灰比W/C。计算水泥实际强度。采用海螺P.O42.5级普通硅酸盐水泥fcu,k=42.5Mpa,水泥富余系数γ取1.13。水泥实际强度为:Fce=γ×fcu,k=1.13×42.5=48.03Mpa。
3、计算砼水灰比。砼的配置强度fcu,o=49.87Mpa,水泥强度fce=48.03Mpa,可查JTGF30-2003表5.0.4回归系数aa、ab选用表:aa=0.46,ab=0.07;W/C=(0.46×48.03)/(49.87+0.46×0.07×48.03)=0.43。
耐久性校核。查JTGF30-2003表4.2.2-2钢纤维混凝土满足耐久性要求最大水灰比0.44,按规范要求取钢纤维混凝土基体的水灰比的计算值与规定值两者中的小值,取水灰比W/C=0.43。
4、确定用水量MWO。钢纤维采用波纹型DM-02,厚×宽×长(mm)=0.5×0.5×32 长径比为59,按设计文件要求的钢纤维混凝土配合比选取每方混凝土钢纤维用量为70kg/m3。
要求砼拌和物坍落度75-90mm。碎石最大粒径为25mm,查表选用水量取MWO=205Kg。
5、单位水泥用量MCO。MWO=MWO/W/C=205/0.43=477,设计砼所处环境属于经受冻害和除冰剂的钢筋砼,查JTGF30-2003表4.0.4得最小水泥用量为320/m3,按强度计算单位水泥用量为477/m3,符合强度要求,故采用单位水泥用量为477/m3。粉煤灰取代水泥率取10%(符合相应标准),超量系数取1.5,粉煤灰取70,水泥取407。
6、确定砂率βS。集料采用碎石的最大粒径为25mm水灰比W/C=0.43,查JTGF30-2003表4.0.2取砼砂率βS=38%。
7、粗细集料单位用量(MsO、MgO)
假定每立方米砼重:2450
MsO+MgO=2450-205-477=1768
MsO=1768×38%=671
MgO=1768-671=1097
8、外加剂单位用量的确定。外加剂采用产地:南京UC-II高效泵送剂,添加用量为水泥用量的1.3%,即外加剂的单位用量为6.4/m3。
9、每m3砼材料用量。水∶水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶外加剂∶钢纤维=205∶407∶671∶1097∶70∶6.4kg∶70kg=1∶1.99∶3.27∶5.35∶0.34∶0.03∶0.34。
(四)验证强度。为了验证C40钢纤维水泥砼的强度,拟定三个不同的配合比,其中一个为了按上述得出的基准配合比,另外两个配合比的水灰比值,比基准的配合比分别增加、减少0.02。
试配一:水灰比为W/C=0.45,砂率βS=40%
MwO∶McO∶MsO∶MgO∶粉煤灰∶外加剂∶钢纤维=205kg∶385kg∶680kg∶1110kg:70kg:6.4kg:70kg=1∶1.88∶3.32∶5.41∶0.34∶0.03∶0.34
试配二:水灰比为W/C=0.41,砂率βS=40%
MwO∶McO∶MsO∶MgO∶粉煤灰∶外加剂∶钢纤维=205kg∶430kg∶663kg∶1082kg∶70kg∶6.4kg∶70kg=1∶2.10∶3.23∶5.28∶0.34∶0.03∶0.34
通过对几种不同水灰比的7天及28天强度来看,水灰比为W/C=0.41,7天平均抗压强度达到53.5MPa,28天平均抗压强度达到58.4Mpa,坍落度为90mm;水灰比为W/C=0.43,7天抗压强度达到50.2MPa,28天抗压强度达到57.4MPa,坍落度为110mm;水灰比为W/C=0.45,7天平均抗压强度达到40.5MPa,28天平均抗压强度达到48.5MPa,坍落度为130mm。以上几种不同的水灰比强度都能达到设计强度要求,但从设计强度上考虑,项目部决定采用水灰比为W/C=0.43的设计配比。
项目部在本桥的主桥上现浇了一块于桥面铺装层同样的钢纤维混凝土与试验室内试块做为同样对比,现取芯送检做7天抗劈裂强度来看平均强度4.23Mpa,7天抗压强度平均强度为41.1Mpa。试验室标准养护室内7天抗折强度为4.92Mpa,28天抗折强度为5.57Mpa,3天平均抗压强度为41.1Mpa,7天抗压强度平均强度为48.9Mpa,28天抗压强度平均强度为59.0Mpa。以上数据可以看出受桥面行车挠度及外观的影响,现场强度要比试验室内强度要低。
本次搅拌的为JD-1500型砼拌和机,运输采用砼搅拌车进行运输,设计的坍落度为120mm,通过对不掺加钢纤维和掺加钢纤维,两种拌和出来的成品料,坍落度指标完全不同。试验人员在搅拌站做出的坍落度和桥面上做出的坍落度相差为30~40mm。
五、施工工艺
在保证桥面车辆单向通行的前提下,所采取的半幅施工方法,先切割老桥面铺装层再进行人工破除,清理老桥面铺装层后,对桥面进行施工放样测量,控制两侧伸缩缝高程。铺筑厚度控制在边口最薄处厚度在8cm以上。清理后进行植筋、绑扎钢筋、立模完进行浇筑砼,用土工布进行养生,养生期10d左右,待强度测试达设计要求时开放交通。
六、施工质量控制
施工前对各种原材料进行质量检验。在施工过程中,应检查钢纤维混凝土的配合比是否符合设计要求,尤其是对钢纤维混凝土搅拌时的投料顺序、拌和时间,以及钢纤维混凝土浇筑过程中摊铺和振捣质量进行有效控制,确保钢纤维在混凝土中分布均匀,达到良好的力学性能。按施工规范要求对每一工作日浇筑的混凝土制作抗压试件。与普通混凝土一样,钢纤维混凝土也应加强早期养护。
七、结束语
(一)能有效控制路面裂缝,延长使用寿命,经济效果显著。
(二)加大缩缝间距,减少缩缝养护成本,提高行车舒适性。
(三)钢纤维混凝土面层厚度可比普通混凝土减少30%~50%,有效缩短施工工期。
(四)早期强度高,对桥面修复改建可提前开放交通。
(五)粘聚性、和易性特别好。
(作者单位:蚌埠市公路管理局五河分局)
主要参考文献:
[1]高丹盈,赵军.钢纤维混凝土设计与应用.中国建筑工业出版社,2003.
钢纤维范文3
关键词:钢纤维喷射混凝土,配合比设计,耐久性能,“水泥裹砂”,“水泥裹石”
1.论文的目的和意义1.1本论文的研究目的:
1.1.1根据对各类围岩调查与分级,提出相应的临时性和永久性支护的钢纤维喷射混凝土的强度等级。
1.1.2通过一系列的室内试验和现场试喷试验来确定钢纤维的加入量和钢纤维混凝土的配合比。使其既能满足设计的各项指标要求,又能满足易于喷射施工的要求。
1.1.3对实验室的钢纤维喷射混凝土各种力学性能和耐久性能测试,为现场锚喷支护工艺的安全性和耐久性做出评价。
1.2本论文的研究意义:
钢纤维喷射混凝土是通过管道输送装置在高压作用下将掺入钢纤维的混凝土拌合物高速喷射到施工作业面的一项技术。钢纤维喷射混凝土首次于1973年在美国爱达州得到应用,其后,将其成功应用于隧道衬垫、斜坡稳定、涵洞、水库等其他结构工程。70年代,钢纤维作为一种新工艺是为了加固喷混凝土衬砌,它最显著的特点是大大降低了过去那种繁重耗时的钢筋网制作,而代之以机械化的连续的喷射混凝土施工。70年代末,瑞典曾对钢纤维喷射混凝土的加固作用进行了大规模的试验研究,包括钢纤维喷射混凝土加固与钢筋网喷混凝土加固效果的比较。70年代后期和80年代初期,加拿大广泛开展了钢纤维喷射混凝土工艺的应用和研究,并将干拌法钢纤维喷射混凝土工艺成功应用于岩石加固措施中。钢纤维混凝土是用一定量乱向分布的钢纤维增强的以水泥为粘结料的混凝土,属于一种新型的复合材料。由于其抗裂性特强、韧性很大、抗冲击与耐疲劳强度高、抗拉与抗弯强度高,广泛应用于道路、机场、桥梁、水工、港口、铁路、矿山、隧道、军事及工民建等工程领域。如佳密克丝钢纤维混凝土在国外的应用[1]及在大朝山水电站的应用[2],及在江口水电站地下洞室支护中的应用[3],1978年,上海市政工程研究所等单位对钢纤维混凝土进行了研究,并把它运用于城市的铺装路面工程取得了一定成果[4]。1982年9月,铁道部专业设计院和原武汉局共同协作,在襄渝线青徽铺隧道病害整治中,用钢纤维喷射混凝土加固隧道裂损拱圈的试验,初步取得成功[4]。1984年梅山铁矿在采用素喷射混凝土失败后改用钢纤维喷射混凝土加固巷道,也取得了成功[4]。
2 钢纤维喷射混凝土原材料、检测方法及结果2.1、混凝土的标号及原材料的选择2.1.1、混凝土的标号混凝土的设计标号为250号和300号,即C25和C30。
2.1.2、原材料的选择钢纤维喷射混凝土的原材料包括钢纤维和其他原材料:水泥、水、骨料、外加剂以及混合材料。
(1)水泥:选用产量大、质量稳定、早期强度较高的天宇水泥厂生产的P.O 42.5级水泥。
(2)硅灰:选用挪威埃肯硅灰公司生产的比表面积为645m2/g。减少混凝土干缩和徐变,降低水化热,减少喷射混凝土的回弹,提高混凝土的后期强度。
(3)钢纤维:钢纤维的类型对加固效果有着很大的影响,为达到较好的加固效果,通过钢纤维喷射混凝土试验,采用武汉新途工程纤维制造有限公司生产的CW03-05/30-600和CW-05/30-1000型钢纤维,两端弯曲。长度在30mm,直径在0.50 mm,长径比为60。抗拉强度为600和1000 MPa。所用钢纤维符合美国标准ASTMA820的要求。
(4)骨料:用于喷射混凝土的骨料应有良好颗粒级配。
(5)速凝剂:选用湖北大冶 JS-2型高效速凝剂,减少回弹防止砼脱落。
(6)抗渗剂和高效减水剂:选用蒙城生产的UEA低碱型高效减水剂(聚羧酸系),减少收缩和回弹,降低水灰比。
3.钢纤维喷射混凝土速凝剂掺量的选择喷射混凝土为浇筑和振捣合一的施工工艺,不需要模板,能在临空或狭小工作面上制成薄壁结构,是地下工程和岩石支护工程中的一项重要措施。论文大全。由于使用湿喷工艺和速凝剂时作业环境好、混凝土裂缝少、表面质量好、混凝土性能可以同不掺速凝剂混凝土一样正常发展,因而掺速凝剂湿喷工艺的应用越来越多,成为喷射混凝土的发展方向。
3.1、速凝剂的实验方法我国行业标准《喷射混凝土用速凝剂》(JC477-2005)提出的速凝剂试验方法为:先将400g水泥与计算加水160ml搅拌到均匀后,再按推荐掺量加入速凝剂,迅速搅拌25~30s,立即装入圆模,人工振动数次,削去多余水泥浆,并用洁净的刀修平表面。从加入液体速凝剂算起操作时间不应超过50s。用此方法测得的速凝剂初凝时间不大于5分钟,终凝时间不大于12分钟。
3.2、速凝剂对水泥砂浆凝结时间的影响按照锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB50086-2001),JS-2型高效速凝剂掺量分别为1%、2%、3%、4%、5%,分别测试水泥净浆的初凝时间、终凝时间和28天抗压强度和砂浆抗裂性,表7为JS-2型高效速凝剂的掺量与水泥凝结时间的关系。
表1、速凝剂的掺量与水泥凝结时间
钢纤维范文4
关键词:复合钢纤维混凝土,力学性能,试验研究
中图分类号:TU37文献标识码: A 文章编号:
1 引言
钢纤维混凝土(Steel fiber reinforced concrete, SFRC)是在普通混凝土中均匀掺入一定量钢纤维组成的一种复合材料。因钢纤维在混凝土中均匀乱向分布,在受载过程中限制和滞后了混凝土基体的裂缝发展,使脆性的混凝土变为具有良好韧性的水泥基复合材料,从而具有较高抗震、抗裂、抗冲击性能,改善混凝土抗拉、抗压、抗剪和耐磨性能。鉴于以上优越性,钢纤维增强混凝土在路面、桥面混凝土轨枕、机场跑道、抗震抗爆结构等土建工程中得到日益广泛的应用,前景十分广阔[1、2]。
钢纤维对混凝土的增强作用是由混凝土材料特性、钢纤维掺量、钢纤维自身参数等因素共同作用产生的。研究表明单纯增加钢纤维掺量并不能显著提高钢纤维混凝土的力学性能,在经济上并不可取[3]。本文试验研究了复合钢纤维掺入形式对混凝土的力学性能的影响,可以作为实际工程中更加经济合理地使用钢纤维混凝土的参考依据。
2 力学性能试验研究
2.1 试验安排
试件按《钢纤维混凝土试验方法标准》(CECSI3:89)要求制作。抗压试件和劈拉试件尺寸均为150mm×150mm×150mm,抗折试件为150mm×150mm×550mm。材料选用425#水泥,河砂,碎石,碎石最大粒径25mm,钢纤维采用赣州大业金属纤维有限公司的GSF0960、GSF0645、GSF0213切断型钢纤维,长径比分别为65、67、75,纤维长度分别为60mm、45mm、20mm,三种钢纤维按重量比1:1:1混合。钢纤维体积掺量取0、2%二组,基体采用C30、C60、C90三种细石混凝土。
2.2 试验方法
试验包括抗压强度、劈拉强度和抗折强度试验三部分。抗压强度和劈拉强度试验采用500t静载试验机,试验按《钢纤维混凝土试验方法标准》进行。
抗折试验采用50t静载试验机,加载模式为中点加载。荷载由压力机表盘示数读出,在试件下沿中心设置挠度计以测量试件挠度。《钢纤维混凝土试验方法标准》规定应采用三等分点加载,本试验由于条件所限未能采用这种加载方式。为使试验结果具有可比性,以下对这两种方式的换算关系加以分析。
《标准》试验方法条件下两加载点之间处于纯弯状态,其给出的抗折强度的计算公式如下:
为三分点加载模式下试件破坏荷载。此式实为纯弯条件下试件下沿中心点的弯曲正应力计算公式。
本文试验采用的加载方式在试件的中间截面剪应力为零,故中间截面处只有弯曲正应力,求出此弯曲应力就是本文试验得出的抗折强度,即:
为中点加载模式下试件破坏荷载。此式作为本文抗折强度的计算公式。
又设试件破坏时弯曲应力相等,可得:
即中点加载时所得荷载值的1.5倍为三分点加载时的荷载值。与标准试验结果的对比表明,以上所述换算关系是成立的。
2.3 试验结果及分析
试验得到复合钢纤维混凝土的抗压强度、劈拉强度、抗折强度数据如表1,表中“2单”为作为对比的2%钢纤维掺量单种钢纤维混凝土数据。图1、2、3为典型弯曲荷载-挠度曲线。根据图1、2、3使用日本土木工程协会标准JSCE G552标准计算了材料的韧性指数,结果一并列于表1。
表1抗压强度、劈拉强度、抗折强度试验结果
2.3.1 两种钢纤维掺入形式对钢纤维混凝土抗压强度的影响
从表1和图1~3可以看出,单一钢纤维和复合钢纤维这两种钢纤维掺入形式对钢纤维混凝土的抗压强度有一定影响,但总的来说影响不大,只有在混凝土基体强度较高时,复合钢纤维混凝土的抗压强度产生了较大的增长。表1数据计算表明,当混凝土基体强度分别为C30、C60、C90时,复合钢纤维混凝土的抗压强度分别较单一钢纤维混凝土抗压强度增长7.6%、1.9%,17.9%。从钢纤维混凝土的增强机理来说,钢纤维的抗拉强度很高。所以,当试件受压时,混凝土内乱向钢纤维网格对基体混凝土的约束作用很强,使试件处于近似的三向受压状态,从而导致材料的抗压强度提高,所以钢纤维混凝土材料的抗压强度较素混凝土有了较大的提高。但由于本文试验微钢纤维表面光滑,所以与混凝土基体的粘结强度很低,微钢纤维的掺入实际上使整个体系内增多了截面薄弱区,从而导致材料的抗压强度几乎没有明显的提高。
图1 C30钢纤维混凝土 图2 C60钢纤维混凝土 图3 C90钢纤维混凝土
2.3.2两种钢纤维掺入形式对钢纤维混凝土劈裂抗压强度的影响
本文的试验结果表明,掺入钢纤维后混凝土的抗拉强度有较大的增长。其中,复合钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度增长尤其明显,基本上都较基体混凝土劈拉强度增长了1倍以上,较单一钢纤维混凝土有更好的增强效果。
2.3.3两种钢纤维掺入形式对钢纤维混凝土抗弯强度和弯曲韧性的影响
由图1、2、3可以看出,两种钢纤维掺入方式对混凝土的抗弯强度均有较好的增强效果,其中复合钢纤维混凝土的极限抗弯强度更高一些,C30、C60、C90三种标号混凝土的抗折强度较单一钢纤维混凝土增长8.3%、8.2%,2.9%。在荷载-挠度曲线图上,复合钢纤维混凝土的荷载-挠度曲线包围的面积更大,极限荷载至破坏区段下滑曲线的斜率也较单一钢纤维混凝土下降段斜率更小,说明当试件破坏时材料吸收的应变能更多,材料的塑性变形能力更好。试件进入下降段时,钢纤维与混凝土间的界面粘结力达到了极限值,钢纤维逐渐被拔出,承载能力逐步下降,最终导致试件完全破坏.在此阶段内,由于数目众多且乱向分布的微钢纤维仍需吸收很大的能量,故荷载挠度曲线的下降趋势较为平缓,材料呈现良好的塑性或韧性。
本文采用日本土木工程协会标准JSCE G552标准计算了材料的韧性指数。韧性指数的计算结果表明,复合钢纤维混凝土的韧性较单一钢纤维混凝土有较大提高。C30、C60、C90三种标号混凝土的韧性指数提高幅度分别为9%、60%、56%。这显示复合钢纤维掺入方式对高标号混凝土的韧性指标改善较为明显。
3 结论
(1)复合钢纤维掺入对混凝土的抗压强度有一定影响,但影响程度不大。
(2)复合钢纤维掺入后混凝土的劈裂抗拉强度增长尤其明显,基本上都较基体混凝土劈拉强度增长了1倍以上,较单一钢纤维混凝土对基体混凝土的增强有明显的提高。
(3)复合钢纤维混凝土的抗弯强度较单一钢纤维混凝土有一定的提高,约为2~8%。对钢纤维混凝土的韧性指标有很明显的改善。说明通过复合钢纤维的掺入可以在大大改善钢纤维混凝土的塑性变形性能。
参考文献:
(1)钢纤维砼(SFRC)及其应用研究.宋万明,董斌. 昆明理工大学学报,第23卷第1期,1998年2月,P20~24.
(2)钢纤维混凝土本构理论的研究、工程应用及发展. 程庆国. 中国铁道科学,第20卷第2期(总第48期),1999年6月.P1~9.
钢纤维范文5
Abstract: Along with the development of market economy, China's urbanization process accelerates. Chinese infrastructure construction is gradually increasing, road and bridge projects construction increases, and the demand for building materials to road and bridge projects bwcomes higher and higher. Steel fiber reinforced concrete as a new type of composite material, can effectively enhance the construction of concrete tensile, flexural and impact performance. This paper briefly outlines the basic concepts and performance of steel fiber reinforced concrete, deeply discusses the specific applications of steel fiber reinforced concrete in road and bridge engineering, and briefly introduces construction technology of steel fiber reinforced concrete for reference.
关键词:钢纤维混凝土;施工工艺
Key words: steel fiber reinforced concrete;construction technology
中图分类号:TU37 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)23-0063-01
1钢纤维混凝土概述
随着我国城市化建设的迅速发展,我国居民对建筑工程质量要求越来越高,为了增强混凝土的强度,在工程施工中一般在普通的混凝土中加入一定量的钢纤维混合成钢纤维混凝土,以此来改善混凝土的拉伸强度,增加其承载能力,钢纤维混凝土在我国的基础建设工程中已经得到了广泛应用。
钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成,显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能,具有较好的延性。
钢纤维混凝土(简称SFRC)是指把占混凝土体积的1%~2%的,直径为0.3~0.6mm、长度为20mm,40mm的短钢纤维均匀地混合到混凝土中,可以是特定方向也可以是随机的方向。新形成的混凝土便是钢纤维混凝土,根据掺入的钢纤维的加工工艺的不同,钢纤维混凝土主要可以分为四种,其中冷拔型钢纤维抗拉强度最高,性能最好。根据纤维增强机理的各种理论,诸如纤维间距理论、复合材料理论和微观断裂理论,以及大量的试验数据的分析,可以确定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l/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之一。
钢纤维混凝土主要是通过取代建筑工程中的钢筋,减小构件的截面尺寸或减小路面的厚度,调整伸缩的缝间距等来提高路桥工程的质量,有效地缩短工期,降低路桥工程的造价,保证其较长的使用寿命。
2钢纤维混凝土在路桥工程中的具体应用
2.1 在路面工程中的应用钢纤维混凝土在路面工程中应用时,主要是通过减少路面的铺设厚度,少设缝隙,提高路面的耐磨性等来提高路面的使用寿命,从具体的应用来看,主要包括两个方面的应用,一方面是钢纤维混凝土在新建路面工程中的应用,另一方面是钢纤维混凝土在罩面修补路面中的应用。在新建路面的工程中,采用钢纤维混凝土,减小路面的厚度,保证双车道路面不设纵缝,增加路面的使用寿命。在罩面修补路面中,可以采用结合式罩面面层与旧混凝土相互粘结为一整体,共同发挥结构的整体强度作用。也可以采用分离式罩面层,在中间设置一个隔离层,各层独立发挥作用。
2.2 在桥梁工程中的应用钢纤维混凝土一般在桥梁工程中应用于以下几个方面,在桥面铺装上,可以利用钢纤维混凝土达到上述道路工程的效果,有效改善桥梁的受力情况,在桥梁结构的局部加固方面,可以采用转子Ⅱ型喷射机喷射5~20cm钢纤维混凝土以满足结构的整体性和抗震性要求。
2.3 在隧道工程中的应用在隧道工程中采用钢纤维混凝土,一般是通过钢纤维混凝土对隧道进行支护加固,可以有效的加强隧道结构的整体性,增强其承载能力,同时在隧道工程中,可以采用钢纤维混凝土减少隧道的衬砌结构厚度,增强隧道的抗震能力,减少隧道的开挖数量,降低隧道工程的成本,增强隧道工程的经济效益。
3施工中应注意的问题
钢纤维混凝土因其低成本和有效提升混凝土强度的作用,在路桥工程上应用广泛。钢纤维的分布是否均匀对钢纤维混凝土的工程质量有很大的影响。为了保证钢纤维混凝土发挥出其应有的作用,在施工中,除了依据混凝土的施工规范进行施工外,还要关注以下几个方面:
3.1 施工流程中需要注意的将钢纤维放入搅拌机与混凝土搅拌在一起时,必须要先通过分散机,采用分级投料,按照砂、钢纤维、碎石的次序,先干后湿,进行搅拌,避免出现结团现象。同时在进行钢纤维混凝土浇注时必须连续保持连续进行,振捣时使用平板振动器振捣成型,并将振捣过的混凝土表面压平,避免钢纤维外露。
3.2 施工工具方面在钢纤维混凝土施工时要避免搅拌机的超负荷工作,一般在进行钢纤维混凝土施工中采用的工具是强制式搅拌机。在钢纤维混凝土工程即将完工时,可以采用摊铺机将其做成整幅式。
4结语
随着我国城市化建设的深入发展,路桥工程作为城市基础建设的重要组成部分,将会逐步增加,钢纤维混凝土作为新型的混凝土符合材料,可以提高混凝土的强度,降低路桥工程成本,可以预见,其将会在路桥工程中广泛使用,同时随着生产方法的成熟和生产技术的改进,钢纤维混凝土的成本将逐渐降低,因此其应用范围将进一步拓宽,在具体的施工过程中,一定要严格按照混凝土的施工规范进行指导操作,保证钢纤维混凝土最大效用的发挥。
参考文献:
[1]徐平.钢纤维聚合物混凝土机床基础件静动态力学性能及损伤机理研究[D]. 辽宁工程技术大学,2006 .
[2]范小春.层布式钢纤维混凝土基本性能与应用研究[D].武汉理工大学, 2008.
[3]郭艳华.钢纤维混凝土增韧性能研究及韧性特征在地下结构计算中的应用[D].西南交通大学,2008.
钢纤维范文6
[关键词]钢纤维混凝土;性能;施工;技术
用普通水泥混凝土修建路面虽有强度高,板块性好,有一定的抗磨性及承受气象作用的耐久性好等特点,但它的最大缺陷是脆性大、易开裂、抗温性差,路面板块容易受弯折而产生断裂,所以就要求路面面板应有足够的抗弯、抗拉强度和厚度。用钢纤维混凝土修筑路面,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。
1.钢纤维混凝土的基本性能
钢纤维混凝土中乱向分布的短纤维主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展。在受荷(拉、弯)初期,水泥基料与纤维共同承受外力,当混凝土开裂后,横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。因此钢纤维混凝土与普通混凝土相比具有一系列优越的物理和力学性能。
1.1强度和重量比值增大
这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。
1.2具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度
在混凝土中掺入适量钢纤维,其抗拉强度提高25%~50%,抗弯强度提高40%~80%,抗剪强度提高50%~100%。
1.3具有卓越的抗冲击性能
材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能,称为冲击韧性,在通常的纤维掺量下,冲击抗压韧性可提高2~7倍,冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。
1.4收缩性能明显改善
在通常的纤维掺量下,钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%~9%。
1.5抗疲劳性能显著提高
钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。当掺有1_5%钢纤维抗弯疲劳寿命为1×106次时,应力比为0.68,而普通混凝土仅为0.51:当掺有2%钢纤维混凝土抗压疲劳寿命达2×106次时,应力比为0.92,而普通混凝土仅为0.56。
1.6耐久性能显著提高
钢纤维混凝土除抗渗性能与普通混凝土相比没有明显变化外,由于钢纤维混凝土抗裂性、整体性好,因而耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。掺有1.5%的钢纤维混凝土经150次冻融循环,其抗压和抗弯强度下降约20%,而其他条件相同的普通混凝土却下降60%以上,经过200次冻融循环,钢纤维混凝土试件仍保持完好。掺量为1%、强度等级为CF35的钢纤维混凝土耐磨损失比普通混凝土降低30%。掺有2%钢纤维高强混凝土抗气蚀能力较其他条件相同的高强混凝土提高1.4倍。钢纤维混凝土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性,暴露在污水和海水中5年后的试件碳化深度小于5mm,只有表层的钢纤维产生锈斑,内部钢纤维未锈蚀,不像普通钢筋混凝土中钢筋锈蚀后,锈蚀层体积膨胀而将混凝土胀裂。
2.钢纤维混凝土原材料的选择及配合比设计
2.1水泥
一般可采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。因钢纤维混凝土路面特殊工作条件、厚度小,故路面混凝土应尽可能采用强度高、干缩性小、抗磨性及抗冻性好的水泥。
2.2集料
粗骨料(粒径大于7mm),宜采用岩浆岩或未风化的沉积岩碎石,不宜采用石灰岩碎石,最大粒径不宜大于20mm和钢纤维长度的1/2。细集料(粒径小于5mm)可用天然砂,要求颗粒坚硬耐磨、级配良好、表面粗糙有棱角。
2.3水和外掺剂
同普通混凝土一样,以饮用水为宜,混凝土用水量约为130-180kg/m3,为保证混凝土具有足够的强度和密实度,水灰比宜为0.4-0.55,水灰比低时,混凝土和易性差,可增加减水剂或塑化剂,为使路面提早开放交通,可在混凝土中掺加适量早强剂,为提高混凝土的和易性、抗冻性,可掺入适量加气剂。
2.4配合比设计
为利于路面工程的实际运用,钢纤维混凝土的配合比设计应直接基于钢纤维混凝土的性能及使用进行设计,即在使用钢纤维混凝土配合比设计中,以钢纤维混凝土的抗折强度作为配合比设计指标,寻求制约钢纤维混凝土抗折强度的主要因素,如钢纤维掺入量,钢纤维长径比,水泥标号与水灰比之间的比例关系,通过上述诸因素的调整,控制钢纤维的抗折强度。
钢纤维混凝土配合比设计时,必须满足路面设计要求的拌和性能及硬化后的性能、钢纤维混凝土路面结构的设计要求决定,通常为抗压强度、抗折强度、弯曲韧度等,通常路面结构设计时以抗折强度、抗压强度为主要强度指标,为提高钢纤维混凝土的韧性,应尽可能选用与混凝土基体粘结强度较高的钢纤维。路面钢纤维混凝土配合比的强度试验,应根据路面等级和工程要求分别进行抗压与抗折试验。
3.钢纤维混凝土的施工技术
3.1拌和
拌和是保证钢纤维混凝土在混凝土基体中均匀分布的重要环节,因此,钢纤维混凝土路面施工须采用机械搅拌,一般采用强制式或反锥式搅拌机,为保证钢纤维混凝土搅拌均匀,其投料顺序为:水泥、粗集料、细集料、钢纤维,其中纤维投料分三次投入拌和机中,干拌均匀,再加足水湿拌,拌和时间一般为2~3分钟。
3.2运料
在运送混合料时,主要采用手推车、翻斗车或自卸汽车运输,应尽量缩短运送的时间和距离,以免运输中振动使钢纤维下沉,影响拌和料的均匀性,运输中要防止钢纤维受污染,运输的最长时间以试验提供的水泥初凝时间并给予施工留有足够的操作时间为限。
3.3浇筑
当混合料运送至指定地点后,一般直接倒入安装好模板的路槽内,并用人工找平,落料时应避免同一处大堆落下,在规定的连续施工区段内,必须连续进行,不能中断,否则会造成钢纤维沿接缝隙表面排列,不能产生增强作用,易产生裂缝。
3.4振捣
钢纤维混凝土的振捣机具宜用平板振捣器。若板厚在0.2m以内可一次摊铺成型,振动时间一般以表面振出砂浆、混合料不再下沉为度,严禁漏振,再用两端置于外侧模板的振动梁,沿摊铺方向振动压平,振动过程中,多余混合料被刮出,低凹处应随时补足,最后用置于两侧模板上的无缝钢管,沿纵向滚压一遍,以确保路面的平整度。
3.5表面处理