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钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比(纤维长度与其直径的 比值,当纤维截面为非圆形时,采用换算等效截面圆面积的直径)为40~80的纤维。
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(抗住压力的强度和弯拉强度);钢纤维掺量根据设计的基本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%。
加工手段可以用切刀、冲床。为了更好的提高效率,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 钢纤维成本比较高。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
钢纤维以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比(纤维长度与其直径的比值, 当纤维截面为非圆形时,采用换算等效截面圆面积的直径)为30~100的纤维。因制取方法的不同钢纤维的性能 有很大不同,如冷拔钢丝拉伸强度为380-3000MPa、冷轧带钢剪切法拉伸强度为600-900MPa、钢锭铣削法为 700MPa;钢水冷凝法虽为380MPa,但是适合生产耐热纤维。
加入钢纤维的混凝土其抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度、韧性、冲击韧性等性能均得到较大提高。
钢纤维混凝土抗拉强度,可通过试验所得的劈裂抗拉强度乘以强度折减系数0.80确定,劈裂抗拉强度试验方 法按GB J81规定进行。
钢纤维大多数都用在制造钢纤维混凝土,任何方法生产的钢纤维都能起到强化混凝土的作用。
纤维的增强效果主要根据基体强度(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之一。
⒈改善基体对钢纤维的粘结性能;即改善混凝土基体,如采用更高强度混凝土。 ⒉增加纤维的粘结长度;即增加长径比,公式中lf/df。 钢纤维的类型(4张)⒊改善纤维的形状、增加纤维与基体间的摩阻和咬合力;即提高钢纤维影响系数α。
1、钢纤维的抗拉强度检验,要求其抗拉强度不低于380MPa; 2、钢纤维的抗弯拆性能,钢纤维应能经受直径3㎜钢棒弯拆90°不断,每批次检验不少于10根; 3、杂质含量,钢纤维表面不得有油污,不得镀有有害于人体健康的物质或影响钢纤维与混凝土粘接的杂质; 4、钢纤维的长度偏差不应超过标准长度的10%,每批次至少随机抽查10根以上; 5、钢纤维的直径或等效直径合格率不能低于90%,可采取重量法检验,每批次抽检100根,用天平称量,卡 尺测其长度,要求得到的等效平均值满足规定。 原材料的检验: 一定要满足上述原材料的质量控制标准,应按照公路工程项目施工技术规范的要求做检验。 钢纤维混凝土的检验: 应重点检验钢纤维混凝土的和易性、塌落度和水灰比等,同时必须现场目检钢纤维在混凝土的分布情况,发 现有钢纤维结团现象应延长拌和时间。
图3用与钢纤维混凝土的钢纤维主要有四种制造方法(请参考图3),以下是详细资料:
图4这种加工方法最简单(图4),一般利用小直径0.4-0.8mm的冷拔钢丝为原料,’依规定的长度把钢 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.
钢纤维问世的时间不长,但应用领域愈来愈普遍,与此相应,钢纤维的品种也再不断增多。 图11.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 (d\e)、大头形钢纤维(f)、双尖形钢纤维(g)、集束钢纤维(h)等等。 图22.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.按生产的基本工艺划分有:切断钢纤维(用细钢丝切断);剪切钢纤维(用薄钢板、带钢剪切); 铣削型钢纤维(用厚钢板或钢锭切削);熔抽钢纤维(用熔融钢水抽制)。最有前途的是溶抽钢纤维,价格 最低。 4.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)。5.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。
为增强砂浆或混凝土而加入的、长度和直径在一些范围内的细钢丝。常用截面为圆形的长直钢纤维,其长度 为10~60毫米,直径为0.2~0.6毫米,长径比为30~100。为增加纤维和砂浆或混凝土的界面粘结,可选用各种 异形的钢纤维,其截面有矩形、锯齿形、弯月形的;截面尺寸沿长度而交替变化的;波形的;圆圈状的;端部放 大的或带弯钩的等。当使用截面非圆
不同的制取方式产出的钢纤维性能也不一样。虽然钢纤维问世不久,但应用已经愈来愈普遍,种类也慢慢变得 多。
钢,其中切断型钢纤维应用广泛,抗拉强度高。以低碳合金为基材,在金属晶体温度一下使用冷拔技术生产 出的切断型钢纤维,抗拉强度可达1150-3000MP。大范围的应用于工业地坪(物流、冷库、室外、仓储)加固以及开 裂情况的改善。
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,能确定纤维的增强效果主要根据基体强度(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之一。
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。钢纤维混凝土拥有非常良好的材料性能, 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,其物理力理性能可完全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各样的性能的根本原因。
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,其优良性能可完全取得良好的技术经济和社会环境效益。
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。
