低碱补偿收缩钢纤维混凝土应用性能.研究

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1、东南大学硕士学位论文纤维，能有效提高混凝土的抗拉、抗折强度，提高混凝土的韧性和抗裂性，增强抗磨能力，具体表现为：(1)能提高混凝土基体的初裂强度。钢纤维在混凝土基体未开裂以前，依靠其自身的高弹性模量能分担部分荷载，并抑制混凝土裂缝的引发，使混凝土基体的初裂强度有所提高。(2)能提高混凝土抗折抗拉强度。在素混凝土基体开裂后，钢纤维能继续承担荷载，约束基体混凝土的变形，使混凝土保持裂而不断的特性。当钢纤维达到一定的掺量时，还能使混凝土初裂后出现类似钢材受拉超过屈服点后的材料强化期，承载力持续提高。(3)能改善混凝土的韧性，使混凝土保持一定的裂后剩余强度。韧性是指材料破坏过程吸

2、收能量的能力，主要决定于材料的变形能力。普通混凝土变形能力很小，在初裂后随即断裂，脆性特征显著。钢纤维混凝土的破坏形式一般为基体先开裂，随后纤维从混凝土基体中拔出破坏。由于在纤维脱粘和拔出的过程中，随着变形的增大将消耗大量的脱粘和拔出功，所以钢纤维能有效改善混凝土的韧性。在混凝土基体开裂后，由于钢纤维跨越裂缝的“桥梁”作用使混凝土仍能保持一定的承载力，还表现为钢纤维混凝土具有一定的裂后剩余强度。韧性的提高随结构的安全性是非常有利的。(4)能提高混凝土的整体性和抗动荷载作用的能力。钢纤维自身具有较高的刚度，对于多裂缝的素混凝土而言，钢纤维能跨越基体内部裂缝起到传递荷载的“桥

3、梁”作用，加快了周围混凝土对作用点上施加的外部高速荷载的响应速度，钝化了裂缝尖端的应力集中现象，提高了混凝土承受荷载时的整体性，增强了构件整体共同受力的能力。这种对相应外部荷载响应的整体性的改善对提高混凝土抗冲击、抗疲劳应力作用的能力非常有利。(5)能抑制混凝土的变形。钢纤维自身的形态、三维乱向分布的状态，以及较高的刚度能有效抑制混凝土的变形，使混凝土保持较高的体积稳定性。(6)能增强混凝土的抗磨性。车辆对路面的磨损是集摩擦、剪切、犁削、抽吸等多种作用于一体的过程，已成为路面混凝土主要的耐久性问题之一。钢纤维混凝土在抗磨能力上独具优势，因为对于新拌混凝土而言，钢纤维在其中

4、的分布向三维的筛子，有效阻止了混凝土的离析和泌水，避免了由于泌水形成的混凝土东南大学硕士学位论文表面强度下降、松散、起砂等现象，显然有利于混凝土抗磨性的改善。在硬化后，钢纤维有效增强了表面混凝土的抗剪强度，并对表面混凝土有较强的锚固作用，同样有利于混凝土抗磨性的改善。通过以上分析可见，钢纤维自身的外形和材料性质使其能有效弥补混凝土自身原有的诸多不足，钢纤维和混凝土的复合效应符合纤维增强型复合材料的一般性能特征，代表着混凝土材料的发展方向。正因如此，使得钢纤维混凝土作为一种高性能材料被广泛应用于道路、桥梁、水利、机场、隧道、护岸、铁道，以及军事防护等诸多工程中。较高的抗折强

5、度、较高的抗冲击抗疲劳能力，以及抗变形能力和抗磨性使钢纤维混凝土非常适用作路面桥面材料。较高的抗折强度使路面具有较高的承载力或在保持相同承载力的情况下，能减薄路面板的厚度。如道路改造工程，受诸多因素的限制，许多路段有特定标高要求，此时，钢纤维混凝土路面显然是非常适用的。较强的抗冲击抗疲劳能力对于路面桥面这种承受车辆动荷载作用的结构而言，有助于提高使用功能和延长使用寿命，在受车辆冲击作用较强的区域如地下通道、停车场等使用钢纤维混凝土性能优势尤其显著。较强的抗收缩变形能力对路面而言可延长切缝间距，减少路面破坏成因和改善行车的舒适度，而较强的抗磨性则对混凝土路面的耐久性有利。因

6、具有以上性能优势，钢纤维混凝土作为一种性能优良的路面桥面材料得到了广泛的认同。．随着新的技术问题不断出现，以及现代结构对材料更高性能的要求，钢纤维混凝土向其他材料一样也在不断实现自身性能的改进和完善。突出表现在以下两点：(1)通过钢纤维的增强作用虽然能使路面桥面混凝土的使用寿命大幅增长，但同样可能遇到碱集料反应的问题。在有碱集料反应发生的结构中能否有效克服或抑制碱集料反应的破坏作用，保持原有的寿命不受损，现有抑制碱集料反应的措施是否对钢纤维混凝土同样有效等是非常值得关注的问题。因为钢纤维混凝土的性能虽然优良，但使用成本也是很高的，如果使用钢纤维后仍无法避免碱集料反应引起的

7、破坏，不能达到预期的长使用寿命，必将造成比普通混凝土更大的经济损失。碱集料反应是指混凝土中的碱和集料中的硅酸盐或碳酸盐发生的反应(相应东南大学硕士学位论文的被称为“碱一硅酸盐反应”和“碱一碳酸盐反应”)。碱集料反应的生成物是具有遇水膨胀性的硅酸盐凝胶或碳酸盐凝胶物，其结果将造成结构膨胀而发生大面积开裂破坏。一般情况下，在混凝土中的碱含量达到一定的程度、集料中存在碱活性物质(即指活性硅酸盐和碳酸盐)、混凝土具有一定的湿度C通常情况下总是存在的)的情况下，碱集料反应不可避免。由于碱集料反应的破坏形态以起苞、胀裂为主，且一旦发生，所