技术报告——钢纤维混凝土

1、华北水利水电大学：赵顺波华北水利水电大学：赵顺波提纲：提纲：1.1.现行现行规范规范2.2.钢纤维混凝土的特性钢纤维混凝土的特性3.3.钢纤维钢纤维4.4.钢纤维钢纤维混凝土的配制混凝土的配制5.5.钢纤维混凝土结构设计方法钢纤维混凝土结构设计方法6 6. .钢纤维混凝土的工程应用钢纤维混凝土的工程应用钢纤维钢纤维混凝土混凝土（ steel fiber reinforced concreteSFRC）：）：在在水泥基混凝土中均匀水泥基混凝土中均匀掺入乱向分布的短钢纤维形成的复合材料掺入乱向分布的短钢纤维形成的复合材料。l钢纤维混凝土钢纤维混凝土JG/T3064-1999JG/T3064-199

2、9l纤维混凝土试验方法标准纤维混凝土试验方法标准CECS13:2009CECS13:2009l纤维混凝土结构技术纤维混凝土结构技术规程规程CECS38:2004CECS38:2004l纤维混凝土应用技术规程纤维混凝土应用技术规程JGJ/T221-2010JGJ/T221-2010增强、增韧、阻裂；钢纤维做为微筋材增强、增韧、阻裂；钢纤维做为微筋材防止和减少早期收缩裂缝，同时提高抗裂性和降低荷载裂缝宽度防止和减少早期收缩裂缝，同时提高抗裂性和降低荷载裂缝宽度 影响纤维增强效果的因素有：影响纤维增强效果的因素有： 基体强度基体强度 纤维体积率纤维体积率 纤维长径比纤维长径比 纤维与基体的粘结强度：

3、纤维形状、基体强度纤维与基体的粘结强度：纤维形状、基体强度 纤维排列方向：与应力方向的角度纤维排列方向：与应力方向的角度 纤维分布的均匀性：骨料粒径影响、拌合均匀性纤维分布的均匀性：骨料粒径影响、拌合均匀性纤维分布均匀性的影响很大，确保混凝土拌合物的均匀性和施工性能，防止纤维结团和分布不均十分重要。0.61.01.52.00.50.70.8分散系数钢纤维体积率（%）弯拉强度（Mpa）分散系数0.60 0.65 0.70 0.75 0.807.08.09.010.011.0弯曲韧性弯曲韧性255075201000暴露时间 （h）406080100120140普通混凝土钢纤维混凝土47h破坏138

4、h破坏水流速度：37m/s1050200400600重量损失率（%）15冻融循环（8次/日）8001000120014002025普通混凝土加气混凝土（含气量5.0-5.8%）W/C=0.5%0tt1%2tt1%t2%b）按材质）按材质：碳钢型、低合金钢型和不锈钢型。碳钢型、低合金钢型和不锈钢型。c）按形状）按形状：平直形和异形。异形钢纤维可分为压痕形、平直形和异形。异形钢纤维可分为压痕形、波形、端钩形、大头形和不规则麻面形等。波形、端钩形、大头形和不规则麻面形等。d）按抗拉强度）按抗拉强度：400级（抗拉强度不小于级（抗拉强度不小于400MPa，小于，小于700MPa）、）、700级（抗拉强

5、度不小于级（抗拉强度不小于700MPa，小于，小于1000MPa）、）、1000级（抗拉强度不小于级（抗拉强度不小于1000MPa，小于，小于1300MPa）、）、1300级（抗拉强度不小于级（抗拉强度不小于1300MPa，小于，小于1700MPa）、）、1700级（抗拉强度不小于级（抗拉强度不小于1700MPa）。）。a）钢纤维的长度或标称长度宜为）钢纤维的长度或标称长度宜为2060mm， 钢纤维的直径或等效直径宜为钢纤维的直径或等效直径宜为0.31.2mm， 钢纤维的长径比宜为钢纤维的长径比宜为30100。b）在高速铁路、工业地坪等工程领域，也可采）在高速铁路、工业地坪等工程领域，也可采用

6、标称长度在用标称长度在10mm15mm或或100mm120mm的钢的钢纤维或其他规格型号产品，但应根据工程对钢纤维纤维或其他规格型号产品，但应根据工程对钢纤维混凝土性能的要求，通过必要的试验确定其配合比混凝土性能的要求，通过必要的试验确定其配合比和施工工艺。和施工工艺。工程类别工程类别长度（长度（mm） 直径（等效直径）（直径（等效直径）（mm） 长径比长径比一般浇筑钢纤维混凝土一般浇筑钢纤维混凝土20600.30.93080钢纤维喷射混凝土钢纤维喷射混凝土20350.30.83080钢纤维混凝土抗震框架节点钢纤维混凝土抗震框架节点 35600.30.95080钢纤维混凝土铁路轨枕钢纤维混凝土

7、铁路轨枕30350.30.65070超高强钢纤维混凝土超高强钢纤维混凝土10-150.15-0.265-100路面、桥面路面、桥面30-600.3-0.950-100工业地坪工业地坪30-600.6-1.250-100钢纤维混凝土应采用连续级配粗骨料，其最大粒径不宜大于钢纤维混凝土应采用连续级配粗骨料，其最大粒径不宜大于26.5mm和钢纤维长度的和钢纤维长度的3/4。 l钢纤维体积率应根据设计要求确定，且不应小于0.35%。使用高强度（700级）异形钢纤维时，钢纤维体积率一般不应小于0.25%，应用于工业地坪时，钢纤维体积率不应低于0.20%。l按假定质量密度法确定钢纤维混凝土配合比材料用量时

8、，可按下列公式计算：cpfg0s0woco1mmmmm%1000f0g0s0ssmmmmffo7800ml搅拌时，可采用将钢纤维和粗细骨料、水泥先干拌，而后加水湿拌的方法或采用在混合料拌合过程中加入钢纤维拌合的方法。 当钢纤维体积率较高或混凝土强度等级在C50以上时，可适当延长 搅拌时间。)1 (fttkftkffffffdl/(1)ftmtmmfffa l=+钢纤维对混凝土抗拉强度、弯拉强度的影响系数钢纤维对混凝土抗拉强度、弯拉强度的影响系数钢纤维品种钢纤维品种纤维外形纤维外形基体强度等级基体强度等级atatm钢丝切断型钢丝切断型端钩形端钩形C20C450.761.13C50C801.031

9、.25钢板剪切型钢板剪切型平直形平直形C20C450.420.68C50C800.460.75异形异形C20C450.550.79C50C800.630.93钢锭铣削型钢锭铣削型端钩形端钩形C20C450.700.92C50C800.841.10熔抽异型熔抽异型 异形异形C20C450.520.73C50C800.620.91)12. 0077. 0944. 0(,fegftmfftmNlff)12. 00631. 0885. 0(,fegftmfftmNlff057. 0,)25. 01/(efftmfftmNff0516. 0,/)22. 01 (efftmfftmNff（1）（2）（3）

10、（4）上述公式适用：（1）民用机场、（2）军用机场 （3）公路路面、（4）码头铺面e fS=0.944-0.077lgN +0.12S=1.000-0.063lgNeeS=0.972-0.057lgNeS=1.039-0.072lgNS=0.989-0.057lgNeelgNS0.51.0234560.60.70.80.91.11123451钢纤维普通混凝土，2层布式，3二级配3钢纤维高强混凝土，3钢纤维超高强混凝土kf,afRR 0WfMftk 结构设计方法结构设计方法第二类：按混凝土结构模式稍作修改，第二类：按混凝土结构模式稍作修改，引入考虑钢纤维影响的修正项引入考虑钢纤维影响的修正项 R

11、f（）以有关混凝土结构设计规范规定的承以有关混凝土结构设计规范规定的承载力函数为基础，并考虑钢纤维影响的钢纤维混凝载力函数为基础，并考虑钢纤维影响的钢纤维混凝土构件的承载力函数；土构件的承载力函数； fc据钢纤维混凝土强度等级按有关混凝土结据钢纤维混凝土强度等级按有关混凝土结构设计规范确定的混凝土强度设计值；构设计规范确定的混凝土强度设计值； fs钢筋强度设计值；钢筋强度设计值； f钢纤维对承载力的影响系数。钢纤维对承载力的影响系数。ffkscf,affRR 1xhxtftutftuff 矩形截面受弯承载力计算f AsyfAy sf fcf ftuMAsAstxaaax/hh0 x1asapa

12、sap( -f )Ap0pypf ApyppAApb 钢纤维对梁受剪承载力提高主要来自下列因素：斜裂缝上钢纤维作为微筋材的桥架作用，保持一定拉力并增大了骨料的咬合力，降低了箍筋的拉应力。钢纤维使纵筋和箍筋的粘结力和握裹力提高，延缓了裂缝附近钢筋的粘结滑移，增大了纵筋的销栓作用，特别是钢纤维的存在可以延缓甚至避免纵筋保护层剥离，使销栓作用得以维持。增大了受压区混凝土的极限压应变，提高了压区的抗压能力和直剪能力。钢纤维对梁抗剪的影响f=0f=1.0%钢纤维混凝土梁剪切破坏延性提高pfcsVVVpopNV05. 00025. 1)1 (7 . 0hsAbhfVsvfvtfcs00)1 (175. 1

13、hsAfbhfVsvyvfvtfcs 冲切强度计算 h截面高度影响系数，当h80mm时，取h=1.0；当h2000mm时，h=0.9；中间内插； um临界截面的周长，取为距局部荷载或集中荷载作 用面积周边h0/2处的周长； p钢纤维对冲切承载力的影响系数，对于剪切平直 型纤维可取p=0.45，当采用粘结性能好的纤维并有试 验依据时，可提高p的值。0)1 (7 . 0hufFmpthlhhh冲切破坏锥体斜面线钢纤维混凝土45hh抗冲切钢纤维混凝土配置范围 裂缝宽度跨越裂缝的纤维承担拉力减低钢筋应力增加钢筋与混凝土间的粘结力，增大钢筋应力传递长度，减小钢筋与混凝土的应变差促使主裂缝间产生次裂缝，减

14、小主裂缝宽度降低混凝土的收缩fcwfdlWW1maxmax框架节点破坏形态框架节点破坏形态SFRC框架节点试件设计框架节点试件设计节点试验装置节点试验装置钢纤维钢纤维掺加范围掺加范围 123456789 荷 载 控 制 位 移 控 制n 循 环 次 数123位 移 延 性 系 数0123123加载制度加载制度滞回曲线滞回曲线 钢纤维混凝土框架节点受剪和抗震性能研究钢纤维混凝土框架节点受剪和抗震性能研究 剪力墙破坏形态剪力墙破坏形态150030030090032515018001500300300900100100400顶梁配筋图墙板配筋图4 16141504 146 124 14钢纤维混凝土剪

15、力墙试件设计钢纤维混凝土剪力墙试件设计加载装置与加载制度加载装置与加载制度滞回曲线滞回曲线 钢纤维混凝土剪力墙结构承载能力和抗震性能研究钢纤维混凝土剪力墙结构承载能力和抗震性能研究 钢纤维局部增强高强混凝土板冲切性能研究钢纤维局部增强高强混凝土板冲切性能研究 180018001800h试件尺寸及试验装置试件尺寸及试验装置破坏形态破坏形态SFHSC梁受弯破坏形态梁受弯破坏形态 SFHSC梁剪切破坏形态梁剪切破坏形态 钢纤维增强高强混凝土梁性能研究钢纤维增强高强混凝土梁性能研究 钢筋钢纤维混凝土短柱在低周反复荷载作用下的压弯性能研究钢筋钢纤维混凝土短柱在低周反复荷载作用下的压弯性能研究 45721

16、910863+0.0007.68022.63034.63048.20061.870-0.50012.000钢纤维混凝土采用范围辉绿岩铸石耐磨层（20020040）现浇钢筋混凝土漏斗100 350065004000 400065003500 100210002115 1512518515 1513510101010814666628842050500/212103050451360/213201360/24510122050500/2 自应力钢纤维混凝土自应力钢纤维混凝土- -钢筋混凝土叠合钢筋混凝土叠合T T梁简支转连续体系梁简支转连续体系 模拟桥梁加固试验模拟桥梁加固试验 辽宁（简支变连续梁

17、桥）辽宁（简支变连续梁桥） 路面、跑道、桥面、码头铺面路面、跑道、桥面、码头铺面工业建筑地面工业建筑地面crftmertfRWMWM,1刚性防水屋面刚性防水屋面屋面板找平层隔离层钢纤维混凝土防水屋面（普通）现浇钢纤维混凝土干铺油毡一层屋面板保温层找平层钢纤维补偿收缩混凝土防水屋面油膏油麻预制桩预制桩 研究成果研究成果 建立了粗细骨料和钢纤建立了粗细骨料和钢纤维在水泥浆中离心沉降维在水泥浆中离心沉降运动的理论模型运动的理论模型研究了离心成型混凝土研究了离心成型混凝土中钢纤维分布的运动规中钢纤维分布的运动规律和受力机理律和受力机理托轮式钢纤维混凝土离心成型技术托轮式钢纤维混凝土离心成型技术 提出了

18、合理的离心提出了合理的离心成型技术及质量控成型技术及质量控制标准制标准 钢纤维混凝土圆形薄壁结构离心成型技术钢纤维混凝土圆形薄壁结构离心成型技术 技术难点技术难点 优化钢纤维优化钢纤维混凝土配合比混凝土配合比与离心成型工与离心成型工艺控制参数，艺控制参数，使钢纤维沿圆使钢纤维沿圆筒面均匀分布筒面均匀分布. 高度27m杆塔室内真型试验 双杆对拉试验 离心成型钢纤维混凝土杆塔计算理论、设计方法离心成型钢纤维混凝土杆塔计算理论、设计方法 电杆在最后一级荷载下的变形 室外立式试验 杆塔在最后一级荷载下的变形 工程名称工程名称钢纤维使用部位钢纤维使用部位钢纤维型号钢纤维型号龙滩水电站龙滩水电站地下厂房永久支护地下厂房永久支护RC-65/35-BNRC-65/35-BN水布垭水电站水布垭水电站导流洞，地下厂房导流洞，地下厂房RC-65/35-BNRC-65/35-BN瀑布沟水电站瀑布沟水电站导流洞导流洞RC-65/35-BNRC-65/35-BN构皮滩水电站构皮滩水电站地下厂房地下厂房RC-65/35-BNRC-65/35-BN二滩水电站二滩水电站地下厂房永久支护地下厂房永久支护ZP305ZP305