高性能鋼纖維混凝土的應用及質量控制方案★

趙 轉 師 偉 陳東佐

(1.運城職業技術學院，山西 運城 044000； 2.宇潤房地產有限公司，山西 運城 044000)

高性能鋼纖維混凝土的應用及質量控制方案★

趙 轉1師 偉2陳東佐1

(1.運城職業技術學院，山西 運城 044000； 2.宇潤房地產有限公司，山西 運城 044000)

介紹了高性能混凝土的應用背景和技術路線，對高性能鋼纖維混凝土的優越性及強度計算方法進行了論述，討論了高性能混凝土施工質量的控制方案，為進一步推廣應用該材料提供了技術支撐。

高性能混凝土，鋼纖維，強度，特點

0 引言

我國《民用建筑設計通則》規定普通房屋建筑的耐久年限為50年～100年。但是在現實生活中，相當大一部分建筑的實際壽命距設計通則的要求還有很大的距離。在2010年第六屆國際綠色建筑與建筑節能大會上，中華人民共和國住房和城鄉建設部的某位負責人說：“我國是每年新建建筑量最大的國家，卻只能持續25-30年。”

反觀英國，建筑的平均壽命達132年，美國達74年。這樣看來我國在保證建筑工程質量的前提下，必須提高建筑的耐久年限。從20世紀以來，房屋建筑、橋梁、水利、公路等工程已把混凝土作為結構的首選材料，這樣一來要提高混凝土建筑結構的耐久年限，就必須想方設法提高混凝土的耐久年限，從這種情況來看，普通混凝土遠無法滿足要求。

另一方面，從可持續發展的觀點看，混凝土屬于人造石，本身并不污染環境，但是由于每年的使用量巨大，導致其原材料——砂、石的過度開采，造成資源的嚴重破壞，還有房子使用年限遠低于設計年限，過早拆除的混凝土垃圾也會對環境造成嚴重的影響。

因此研究和推廣以耐久性為首要設計指標這種全新概念的混凝土已迫在眉睫。

1 高性能混凝土概述

1.1 高性能混凝土的定義

早在1950年5月NIST和ACI首次提出高性能混凝土(High Performance Concrete)的概念。但是到目前為止，各國對高性能混凝土提出的要求和涵義完全不同。但是綜合各國對高性能混凝土的要求，一般認為，高性能混凝土是一類兼具高耐久性、較高的強度和耐火性、干縮性低、徐變低、體積安定性良好、施工性良好(具有良好的流動性、粘聚性、密實性)的特殊混凝土。

1.2 高性能混凝土的技術路線

高性能混凝土是在高強混凝土的基礎上加入超細礦物活性摻合料，嚴格控制水膠比和水泥用量，用現代的技術和設備配置出的混凝土拌合物。在加入礦物活性摻合料的基礎上再加入鋼纖維，能夠更有效的控制混凝土結構中的裂縫，同時還可以提高混凝土的抗拉強度和韌性。也就是說，高性能混凝土是在普通混凝土原材料的基礎上，進行一定的改進、優化以及創新，全面提高混凝土的性能，以此滿足生產和施工的需要。

2 高性能鋼纖維混凝土的特點及在工程中的應用

高性能高強鋼纖維混凝土(Fiber Reinforced High-strength Concrete)是把鋼纖維與高強混凝土的有機結合，充分發揮兩種材料各自的特點，是一種較為理想的高性能混凝土。其性能主要取決于鋼纖維的體積率和界面的粘結性能。

2.1 高性能鋼纖維混凝土的優越性

已有研究表明，高強鋼纖維混凝土劈裂拉伸強度隨著纖維體積率的增大而增大。然而對于普通混凝土，當鋼纖維體積率相同時，鋼纖維的增加并不能使混凝土的抗拉強度明顯增大，這是因為普通纖維混凝土的界面粘結性能過早失效，不能很好的發揮出鋼纖維的增強作用。因此，必須在鋼纖維混凝土的結構應用時充分考慮基體素混凝土材料的性質，而高性能高強鋼纖維混凝土能夠充分發揮鋼纖維與高強混凝土兩種材料各自的特點，在工程中具有廣泛的應用前景。一般來說，高性能鋼纖維混凝土具有如下優越特性：

1)相對于普通混凝土來說，高性能鋼纖維混凝土的抗裂、抗彎、抗凍、耐磨性大幅度的提高，因此可節省鋼筋和混凝土的用量。

2)鋼纖維的存在增大了混凝土的抗裂性能和抗沖擊韌性，這是在高層建筑中使用的關鍵點。

3)鋼纖維的存在還能延長混凝土的壽命，大大提高結構的耐久年限，減少維修費用及過早拆除的建筑垃圾。

2.2 鋼纖維混凝土強度的計算方法

1)壓縮強度。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土的強度大大的提高了，鋼纖維混凝土壓縮強度的計算公式為：

(1)

其中，Fmax為鋼纖維混凝土構件所受到的最大荷載值；A為鋼纖維混凝土構件的橫截面面積。

2)劈裂拉伸強度。鋼纖維混凝土結構中抗剪、抗裂、抗扭等問題的研究都與混凝土的抗拉強度有很大的關系，因此研究和計算鋼纖維混凝土的抗拉強度就很有必要，但是直接測定鋼纖維混凝土的抗拉強度，由于對中很困難，所有我們一般采取劈裂拉伸的方法來間接測定鋼纖維混凝土的抗拉強度。

按照CECS 13∶89鋼纖維混凝土的試驗方法中規定，鋼纖維混凝土的劈裂拉伸強度的計算公式如下：

(2)

其中，Fmax為鋼纖維混凝土構件所受到的最大荷載值；A為鋼纖維混凝土構件的橫截面面積。

3)剪切強度。隨著新型工程結構的出現，鋼纖維混凝土的抗剪性能已引起人們的重視，甚至某些國家已將混凝土的抗剪強度作為基本的力學性能指標。

按照CECS 13∶89鋼纖維混凝土試驗方法中規定，鋼纖維混凝土的抗剪強度的計算公式如下：

(3)

其中，Fmax為鋼纖維混凝土構件所受到的最大荷載值；b為鋼纖維混凝土試件的平均寬度；h為鋼纖維混凝土試件的平均高度。

2.3 工程應用實例

山西省運城市某新建寫字樓的底層柱子、屋面板、梁柱節點、轉換梁、筏形基礎等部位，均使用了鋼纖維混凝土，鋼纖維混凝土用在高層結構中能夠減少底層柱子的橫截面面積，這樣一來就可以避免短柱的出現，鋼纖維混凝土在屋面板、筏形基礎、梁柱節點處的應用，明顯減少了水泥和水的使用量，使水化熱也相應的減小，增大了混凝土的和易性，減少混凝土的徐變，提高結構的抗滲性，增強結構抗拉強度。鋼纖維混凝土在這些特殊部位的使用，不僅發揮出自身的優點，而且還保證了整體結構的經濟性。

3 施工質量的控制方案

為保證高性能鋼纖維混凝土的施工質量，施工過程中應該嚴格遵守如下施工流程及要求：

1)攪拌。高性能混凝土通常在大型攪拌站集中拌制。必須嚴格按照施工配合比用電子計量系統進行稱量，電子計量系統自動化程度已很高，能夠很好的執行混凝土配比，每盤混凝土的偏差：膠凝材料為1%，骨料為2%，拌合用水為1%，外加劑為1%。攪拌的時間不宜低于2 min，也不宜高于3 min。這樣拌制出的混凝土比較均勻，耐久性較好。

2)運輸。采取相應的措施保證混凝土在運輸過程中的均勻性。

3)澆筑。澆筑前，應認真檢查混凝土配料單，核對配合比，檢查混凝土的運輸時間，測定混凝土的坍落度，結果準確無誤時再進行澆筑。首先混凝土的入模溫度為5 ℃～30 ℃，在澆筑時，為了防止發生離析現象，混凝土的自由傾落高度不得大于2 m，在豎向結構中自由高度不宜大于3 m，否則應采取串桶、振動溜管使混凝土下落。澆筑混凝土應采取分層和連續澆筑方式進行。

4)混凝土在運輸、澆筑的過程中嚴禁加水。

5)新澆筑混凝土和鄰近已澆筑混凝土的溫差不應大于15 ℃。

6)振搗。混凝土在振搗時可采用的振搗設備有內部振搗器、外部振搗器、表面振動器和振動臺等振搗設備。采用內部振動器，振動棒振搗混凝土應按分層澆筑的厚度進行振搗，振動前段應插入前一層混凝土，插入的深度不應小于50 mm，采取快插慢拔均勻振搗，當混凝土表面無明顯塌陷、有水泥漿出現、不再冒氣泡時，可結束該部位的振搗。

7)養護。混凝土在養護過程中應注意保溫、保濕。養護時間一般不得少于14 d。

8)質量檢測。混凝土在施工過程中，應注意檢查混凝土拌合物的坍落度、水灰比、泌水率、入模溫度；標注養護試件的抗壓強度、相同條件下養護試件的抗壓強度、電通量、抗滲性。

4 結語

探討了鋼纖維混凝土在實際工程中的應用，主要從鋼纖維混凝土的特點、施工質量控制等方面進行了闡述。通過摻入鋼纖維和高效減水劑的途徑來配置的高性能混凝土，不僅改善了混凝土的性能，而且還大大降低了生產成本，據統計，高性能混凝土與其相同強度的高強混凝土相比，每平方米可節約32元～58.8元。按這個數據來算，如果運城按每年10萬m2，高性能混凝土每年可節約320萬元～588萬元，這是一個相當龐大的數字，因此高性能混凝土的經濟性以及良好的性能使其在不少工程中得以推廣應用。

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[4] 張萬標.高性能混凝土的研究現狀和發展方向[J].科技博覽，2008(6)：115-116.

[5] 馮乃謙.高強混凝土技術的發展和現狀[J].混凝土與水泥制品，1992(9)：99-100.

On application of high-performance steel fiber concrete and its quality control scheme★

Zhao Zhuan1Shi Wei2Chen Dongzuo1

(1.YunchengVocationalCollege,Yuncheng044000,China; 2.YurunReal-EstateCo.,Ltd,Yuncheng044000,China)

The paper introduces the application background and technical routine for the high-performance concrete, indicates the advantages of the high-performance steel fiber concrete and its strength calculation methods, and discusses the controlling scheme for the construction quality of the high-performance concrete, so as to provide some technical support for the material.

high-performance concrete, steel fiber, strength, feature

2015-02-05★：山西省高等學校創新人才支持計劃資助

趙 轉(1984- )，女，碩士，助教； 師 偉(1987- )，男，工程師； 陳東佐(1949- )，男，碩士，教授

1009-6825(2015)11-0105-02

TU528.572

A