鋼纖維

鋼纖維主要用于制造鋼纖維混凝土，任何方法生產(chǎn)的鋼纖維都能起到強(qiáng)化混凝土的作用。

纖維的增強(qiáng)效果主要取決于基體強(qiáng)度（fm），纖維的長(zhǎng)徑比（鋼纖維長(zhǎng)度l與直徑d的比值，即I/d），纖維的體積率（鋼纖維混凝土中鋼纖維所占體積百分?jǐn)?shù)），纖維與基體間的粘結(jié)強(qiáng)度（τ），以及纖維在基體中的分布和取向（η）的影響。當(dāng)鋼纖維混凝土破壞時(shí)，大都是纖維被拔出而不是被拉斷，因此改善纖維與基體間的粘結(jié)強(qiáng)度是改善纖維增強(qiáng)效果的主要控制因素之一。

加入鋼纖維的混凝土其抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、韌性、沖擊韌性等性能均得到較大提高。

結(jié)合鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度）設(shè)計(jì)公式

鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度：

鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度，可通過(guò)試驗(yàn)所得的劈裂抗拉強(qiáng)度乘以強(qiáng)度折減系數(shù)0.80確定，劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法按GB J81規(guī)定進(jìn)行。

鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fftk=ftk（1 αt"para" label-module="para">

其中，fftk，ftk－－鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計(jì)值；

αt－－鋼纖維對(duì)鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度影響系數(shù)，宜通過(guò)試驗(yàn)確定；

ρf－－鋼纖維體積率（即鋼纖維摻量體積率）；

lf－－鋼纖維長(zhǎng)度；

df－－鋼纖維直徑或等效直徑；

lf/df－－鋼纖維長(zhǎng)徑比

鋼纖維混凝土彎拉強(qiáng)度（抗折強(qiáng)度）。

鋼纖維混凝土用于公路路面、機(jī)場(chǎng)道面、或其它采用彎拉強(qiáng)度為設(shè)計(jì)指標(biāo)的結(jié)構(gòu)時(shí)，與鋼纖維混凝土相應(yīng)的集體混凝土的彎拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的分級(jí)和使用范圍，可按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)水泥混凝土路面、機(jī)場(chǎng)道面等行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定采用。

鋼纖維混凝土彎拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fftm=ftm（1 αtm"para" label-module="para">

其中，fftm，ftm－－鋼纖維混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計(jì)值；

αtm－－鋼纖維對(duì)鋼纖維混凝土彎拉強(qiáng)度影響系數(shù)，宜通過(guò)試驗(yàn)確定；

ρf－－鋼纖維體積率（即鋼纖維摻量體積率）；

lf－－鋼纖維長(zhǎng)度；

df－－鋼纖維直徑或等效直徑；

lf/df－－鋼纖維長(zhǎng)徑比。

⒈改善基體對(duì)鋼纖維的粘結(jié)性能；即改善混凝土基體，如采用更高強(qiáng)度混凝土。

⒉增加纖維的粘結(jié)長(zhǎng)度；即增加長(zhǎng)徑比，公式中l(wèi)f/df。

⒊改善纖維的形狀、增加纖維與基體間的摩阻和咬合力；即提高鋼纖維影響系數(shù)α。

根據(jù)纖維增強(qiáng)機(jī)理的各種理論，諸如纖維間距理論、復(fù)合材料理論和微觀斷裂理論，以及大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以確定纖維的增強(qiáng)效果主要取決于基體強(qiáng)度（fm），纖維的長(zhǎng)徑比（鋼纖維長(zhǎng)度l與直徑d的比值，即I/d），纖維的體積率（鋼纖維混凝土中鋼纖維所占體積百分?jǐn)?shù)），纖維與基體間的粘結(jié)強(qiáng)度（τ），以及纖維在基體中的分布和取向（η）的影響。當(dāng)鋼纖維混凝土破壞時(shí)，大都是纖維被拔出而不是被拉斷，因此改善纖維與基體間的粘結(jié)強(qiáng)度是改善纖維增強(qiáng)效果的主要控制因素之一。

鋼，其中切斷型鋼纖維應(yīng)用廣泛，抗拉強(qiáng)度高。以低碳合金為基材，在金屬晶體溫度一下使用冷拔技術(shù)生產(chǎn)出的切斷型鋼纖維，抗拉強(qiáng)度可達(dá)1150-3000MP。廣泛應(yīng)用于工業(yè)地坪（物流、冷庫(kù)、室外、倉(cāng)儲(chǔ)）加固以及開(kāi)裂情況的改善。

以切斷細(xì)鋼絲法、冷軋帶鋼剪切、鋼錠銑削或鋼水快速冷凝法制成長(zhǎng)徑比（纖維長(zhǎng)度與其直徑的比值，當(dāng)纖維截面為非圓形時(shí)，采用換算等效截面圓面積的直徑）為30～100的纖維。因制取方法的不同鋼纖維的性能有很大不同，如冷拔鋼絲拉伸強(qiáng)度為380-3000MPa、冷軋帶鋼剪切法拉伸強(qiáng)度為600-900MPa、鋼錠銑削法為700MPa；鋼水冷凝法雖為380MPa，但是適合生產(chǎn)耐熱纖維。

為增強(qiáng)砂漿或混凝土而加入的、長(zhǎng)度和直徑在一定范圍內(nèi)的細(xì)鋼絲。常用截面為圓形的長(zhǎng)直鋼纖維，其長(zhǎng)度為10～60毫米，直徑為0.2～0.6毫米，長(zhǎng)徑比為30～100。為增加纖維和砂漿或混凝土的界面粘結(jié)，可選用各種異形的鋼纖維，其截面有矩形、鋸齒形、彎月形的；截面尺寸沿長(zhǎng)度而交替變化的；波形的；圓圈狀的；端部放大的或帶彎鉤的等。當(dāng)使用截面非圓

形的鋼纖維時(shí)，可按下式計(jì)算其當(dāng)量直徑（d_e)：

式中a為鋼纖維的實(shí)際截面積。

為使鋼纖維較均勻地分散于砂漿或混凝土中，并增大纖維的長(zhǎng)徑比，可使用由水溶性膠粘結(jié)在一起成集束狀的鋼纖維。鋼纖維可用冷拔鋼絲切斷、薄鋼板剪切、鋼塊或鋼錠銑削以及熔鋼抽紗等方法制造。配制常溫下應(yīng)用的鋼纖維混凝土，可使用低碳鋼纖維；而配制耐火的鋼纖維混凝土，則必須使用不銹鋼纖維。砂漿或混凝土中摻加適量的鋼纖維，可提高其抗拉、抗彎強(qiáng)度，并大幅度地提高其韌性和抗沖擊強(qiáng)度。

用與鋼纖維混凝土的鋼纖維主要有四種制造方法（請(qǐng)參考圖3），以下是詳細(xì)資料：

1.鋼絲切斷法

這種加工方法比較簡(jiǎn)單（圖4），一般利用小直徑0.4-0.8mm的冷拔鋼絲為原料，’按照規(guī)定的長(zhǎng)度把鋼絲切成短纖維。用這種方法生產(chǎn)鋼纖維的抗拉強(qiáng)度，遠(yuǎn)高于其它方法加工成的鋼纖維，可達(dá)1000-2000MPa.

加工手段可以用切刀、沖床。為了提高效率，常用旋轉(zhuǎn)刀具切斷。由于冷拔鋼絲價(jià)格昂貴，這種方法生產(chǎn)的鋼纖維成本較高。此法生產(chǎn)鋼纖維的另一缺點(diǎn)是表面較光滑，與混凝土等基體的粘結(jié)強(qiáng)度較小。為了增加鋼纖維與混凝土等基體的粘結(jié)強(qiáng)度，常常采用改變鋼纖維的外形，即通過(guò)生產(chǎn)異形鋼纖維的辦法加以解決，常見(jiàn)的方法有三種：⑴壓棱法：在切斷鋼絲前，用進(jìn)給鋼絲的夾送輥在鋼絲上

壓出棱形凹坑（如圖1中b）。

⑵波形法：在切斷鋼絲前，用進(jìn)給鋼絲的夾送輥將鋼絲壓

成波形后再切斷（如圖1中c）。

⑶彎鉤法：在切斷鋼絲前，用進(jìn)給鋼絲的夾送輥等距離地壓出彎鉤狀再切斷（如圖1中d)

圖1中e所示的鋼纖維，國(guó)外產(chǎn)品名稱(chēng)為“DRAMⅨ"。生產(chǎn)時(shí)常用水溶性粘結(jié)劑將其集束粘結(jié)在一起，從而起到縮小長(zhǎng)徑比的作用（圖1中h）。這種集束鋼纖維投入混凝土攪拌機(jī)后，粘結(jié)劑很快溶解于水，鋼纖維則均勻分布在混凝土中。

2.薄板剪切法

薄板剪切法是吧冷軋薄鋼板切成鋼纖維的方法，剪切前用特制的小型縱剪機(jī)將薄冷軋卷板剪成帶鋼卷，帶鋼卷的寬度和鋼纖維的長(zhǎng)度相同，然后將帶鋼卷連續(xù)不斷地送入旋轉(zhuǎn)刀具或普通沖床切斷（如圖3中（b）），旋轉(zhuǎn)刀具的軸與薄板進(jìn)給方向互相垂直。原材料一般采用退火的冷軋鋼板，為提高強(qiáng)度也可以使用未退火的冷軋鋼板。

3.鋼錠銑削法

所用原材料為厚鋼板或鋼錠，用旋轉(zhuǎn)的平刃鐵刀進(jìn)行切削制成的鋼纖維（如圖3）。切削時(shí)，鋼纖維將產(chǎn)生很的塑性變形，軸間發(fā)生扭曲，可以增大與混凝土等基體的粘結(jié)力。若以普通低碳鋼為原材料時(shí)，切削成的鋼纖維經(jīng)加工硬化后，其弧度約為母材的兩倍半，成為一種高強(qiáng)度、高硬度的鋼纖維。

4.熔鋼抽絲法

如圖3中（d）所示，用電爐將廢鋼熔融成1500-1600℃的鋼液，然后在鋼液表面上，以一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的熔抽輪接近鋼液，熔抽輪上按照所需鋼纖維的要求，刻出許多槽形。當(dāng)溶抽輪下降到液面時(shí)，鋼液被槽刮出，被高速旋轉(zhuǎn)的熔抽輪的離心力拋出，以10000℃/秒的速度冷卻成形.熔抽輪內(nèi)必須通水，以保持冷卻速度。熔抽法生產(chǎn)鋼纖維是目前世界上最有前途的鋼纖維生產(chǎn)方法。它的原材料來(lái)源廣泛，各種廢鋼都可利用.由于原料成本很低，制造工藝簡(jiǎn)單；生產(chǎn)效率很高，因此，這種鋼纖維價(jià)格最便宜。由于熔抽法利用電爐熔化鋼水，因此可以較方便地調(diào)整鋼液的化學(xué)成分，從而生產(chǎn)出各種材質(zhì)的鋼纖維和其它金屬纖維。改變?nèi)鄢檩喩峡滩鄢叽?，熔抽輪的轉(zhuǎn)速和浸入深度，就可以改變鋼纖維的幾何尺寸。這種方法免除了上述三種方法從煉鋼到軋鋼、撥絲（或軋板）等繁雜的過(guò)程，使熔觸鋼水一次成形，加工成最終產(chǎn)品，其經(jīng)濟(jì)效果是很顯著的。

目前，世界上只有美國(guó)、英國(guó)、日本和中國(guó)掌握了熔抽法生產(chǎn)鋼纖維的生產(chǎn)技術(shù)。慶安鋼鐵廠從美國(guó)引進(jìn)的全套熔抽法鋼纖維生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備巳于86年7月9日正式投入生產(chǎn)，生產(chǎn)出的多種不銹鋼纖維、普碳鋼纖維、超細(xì)鋼纖維、鋁纖維已大量供應(yīng)市場(chǎng)。上述四種鋼纖維及其制造方法的特征比較見(jiàn)表2-1。各種鋼

纖維的抗拉強(qiáng)度見(jiàn)表2-2。它們的價(jià)格和加工成本的大致比較見(jiàn)

表2-3。

鋼纖維是一種新、高性能的鋼纖維品種。鋼纖維道路的配合比設(shè)計(jì)方法大體與普通混凝土相同，不同點(diǎn)為：強(qiáng)度雙控標(biāo)準(zhǔn)（抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度）；鋼纖維摻量根據(jù)設(shè)計(jì)要求的彎拉強(qiáng)度確定；單位用水量和砂率與纖維摻量有關(guān)，每摻加0.5%（體積率）鋼纖維，單位用水量增加6kg，砂率增大2%。

鋼纖維混凝土具有與普通混凝土一樣的攪拌、運(yùn)轉(zhuǎn)和施工性能，纖維在混凝土中不會(huì)結(jié)球，分布均勻，可在商品混凝土攪拌站進(jìn)行生產(chǎn)并能用于泵送施工。銑削鋼纖維混凝土的早期坍落度損失較大，30分鐘損失32%，2小時(shí)損失42%。鋼纖維混凝土的實(shí)際工作性?xún)?yōu)于相同的坍落度的普通混凝土。鋼纖維混凝土具有良好的材料性能，與普通混凝土相比，其抗壓強(qiáng)度提高2～20%；彎拉強(qiáng)度提高20～50%；劈裂抗拉強(qiáng)度提高20～40%；耐磨性能提高40%左右，其物理力理性能完全可以滿(mǎn)足城市道路工程及檢查井蓋等配套構(gòu)件需求技術(shù)指標(biāo)。鋼纖維粗糙而潔凈的表面，能與混凝土中的水泥漿體牢固的結(jié)合，這是銑削鋼纖維提高混凝土各種性能的根本原因。

此外，高強(qiáng)鋼釬維混凝土在鐵道軌枕預(yù)制、高速公路伸縮縫、水泥砼道面等預(yù)制、現(xiàn)澆、生產(chǎn)施工等方面均已得到大量應(yīng)用，其優(yōu)良性能完全可以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)環(huán)境效益。

一、粘結(jié)性

由于鋼纖維與混凝土基體的界面粘結(jié)主要是物理性的，即以摩擦剪力的傳遞為主，因此對(duì)鋼纖維本身來(lái)說(shuō)，應(yīng)該從纖維表面和纖維形狀兩個(gè)方面來(lái)改善其粘結(jié)性能。具體的方法有下列四種。

1.使鋼纖維表面粗糙化、截面呈不規(guī)則形。采用熔抽法生產(chǎn)就能達(dá)到這個(gè)目的。因?yàn)殇摾w維在遇空氣急劇冷卻時(shí)，表面收縮不均勻而變得粗糙，同時(shí)截面也收縮成月牙形，增加與基體的接觸面積。銑削型鋼纖維一個(gè)表面光滑，另一個(gè)表面粗糙，也增加了與混凝土的接觸面積。

2.沿鋼纖維軸線方向按一定間距對(duì)纖維進(jìn)行塑性加工。例如日本神戶(hù)制鋼公司的“信柯”鋼纖維美國(guó)雷邦公司的“XOREX"鋼纖維（圖1中c）以及慶安鋼鐵廠的“S-2”和“S--3"號(hào)鋼纖維。由于表面壓成棱形，或壓成波形，增加了機(jī)械粘結(jié)力。

3.使鋼纖維的兩端異形化。如鋼錠銑削型鋼纖維兩端帶有錨固臺(tái)；美國(guó)貝克爾公甸的"DRAMⅨ"鋼纖維（圖1中e）和慶安鋼鐵廠的“S-4'和as-so型鋼纖維，.都是在兩端制成彎鉤；還有熔抽法抽取的大頭形鋼纖維。由于兩端的錨固作用，提高了抗撥力。

4.對(duì)鋼纖維表面涂覆環(huán)氧樹(shù)脂和表面微銹化處理。這種方法對(duì)界面粘結(jié)強(qiáng)度的提高不如前幾種方法，但也有一定的增強(qiáng)效果。

小林一輔、比利時(shí)列日大學(xué)和章文綱等的試臉都證明有彎鉤的鋼纖維比平直鋼纖維的增強(qiáng)效果提高約一倍，小林一輔的試驗(yàn)說(shuō)明壓棱鋼纖維的效果接近有彎鉤的鋼纖維。這些異形鋼纖維不但提高了鋼纖維的強(qiáng)度，并且提高了韌度。波形鋼纖維雖然對(duì)提高鋼纖維混凝土強(qiáng)度的作用不大，但是能成倍地提高韌度。

二、硬度

無(wú)論哪一種加工方法制造的鋼纖維，在加工過(guò)程中都遇到高熱和急劇冷卻，相當(dāng)于淬火狀態(tài)。因此鋼纖維的表面硬度都較高。用于混凝土補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行攪拌時(shí)很少發(fā)生彎曲現(xiàn)象。如果鋼纖維過(guò)硬過(guò)脆，攪拌時(shí)也易折斷，影響增強(qiáng)效果。在熔抽法生產(chǎn)鋼纖維時(shí)，從熔抽輪下離心噴出的鋼纖維仍處于高溫狀態(tài)，必須用滾筒或振動(dòng)輸送方法分散并進(jìn)行冷卻。否則鋼纖維聚集，熱量難以散發(fā)，反而起退火作用。

三：耐腐蝕性

關(guān)于鋼纖維混凝土耐腐蝕試驗(yàn)的介紹可知，開(kāi)裂的鋼纖維混凝土構(gòu)件在潮濕的環(huán)境中，裂縫處的混凝土碳化，碳化區(qū)的鋼纖維銹蝕，碳化深度和銹蝕程度隨時(shí)間增長(zhǎng)而發(fā)展，對(duì)鋼纖維混凝土來(lái)說(shuō)，主要是利用裂后弧度和裂后韌性，雖然裂縫寬度比鋼筋混凝土小，但是終究是有裂縫的，故此應(yīng)對(duì)在潮濕環(huán)境中，特別是在海濱使用的鋼纖維混凝土采取防防銹蝕措施. 試臉證明，在保證鋼纖維混凝土構(gòu)件具有同等承載能力的前提下，采用直徑較大的鋼纖維，能提高耐腐蝕性， 采用涂復(fù)環(huán)氧樹(shù)脂或鍍鋅的鋼纖維，將能提高耐腐蝕性，如果施工工藝許可的話，可只在混凝土表層1-2cm采用這種鋼纖維，必要時(shí)也可以采用不誘鋼纖維。

鋼纖維問(wèn)世的時(shí)間不長(zhǎng)，但應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，與此相應(yīng)，鋼纖維的品種也再不斷增多。

1.按外形劃分（圖1）有：平直形鋼纖維（a）、壓棱形鋼纖維（b)、波形鋼纖維（c）、彎鉤形鋼纖維（d\e）、大頭形鋼纖維（f）、雙尖形鋼纖維（g）、集束鋼纖維（h）等等。

2.按截面形狀劃分（圖2）有：圓形（a）、矩形（b）、槽型（c）、不規(guī)則性（d）

3.按生產(chǎn)工藝劃分有：切斷鋼纖維（用細(xì)鋼絲切斷）；剪切鋼纖維（用薄鋼板、帶鋼剪切）；

銑削型鋼纖維（用厚鋼板或鋼錠切削）；熔抽鋼纖維（用熔融鋼水抽制）。最有前途的是溶抽鋼纖維，價(jià)格最低。

4.按材質(zhì)劃分有：

普碳鋼纖維（抗拉強(qiáng)度一般在300~2500MPa）；

不銹鋼纖維（按材質(zhì)有304,310,330,430,446等）；

其他金屬纖維（鋁纖維、銅纖維、鈦纖維以及合金纖維）。5.按表面涂覆狀態(tài)劃分有：

無(wú)涂覆層，表面涂環(huán)氧樹(shù)脂，鍍鋅等。工業(yè)上大量使用的是無(wú)涂覆層的普通鋼纖維。

6.按施工工藝分類(lèi)有：噴射用、澆注用。

7.按直徑尺寸分類(lèi)有：

普通鋼纖維（直徑d>0.08mm）；

超細(xì)鋼纖維（直徑d≤0.08mm）；

超細(xì)鋼纖維主要用于增強(qiáng)塑料及石棉摩擦材料。

1、鋼纖維的抗拉強(qiáng)度檢驗(yàn)，要求其抗拉強(qiáng)度不低于380MPa；

2、鋼纖維的抗彎拆性能，鋼纖維應(yīng)能經(jīng)受直徑3㎜鋼棒彎拆90°不斷，每批次檢驗(yàn)不少于10根；

3、雜質(zhì)含量，鋼纖維表面不得有油污，不得鍍有有害物質(zhì)或影響鋼纖維與混凝土粘接的雜質(zhì)；

4、鋼纖維的長(zhǎng)度偏差不應(yīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的10%，每批次至少隨機(jī)抽查10根以上；

5、鋼纖維的直徑或等效直徑合格率不得低于90%，可采取重量法檢驗(yàn)，每批次抽檢100根，用天平稱(chēng)量，卡尺測(cè)其長(zhǎng)度，要求得到的等效平均值滿(mǎn)足規(guī)定。

原材料的檢驗(yàn)：

必須滿(mǎn)足上述原材料的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)按照公路工程施工技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行檢驗(yàn)。

鋼纖維混凝土的檢驗(yàn)：

應(yīng)重點(diǎn)檢驗(yàn)鋼纖維混凝土的和易性、塌落度和水灰比等，同時(shí)必須現(xiàn)場(chǎng)目檢鋼纖維在混凝土的分布情況，發(fā)現(xiàn)有鋼纖維結(jié)團(tuán)現(xiàn)象應(yīng)延長(zhǎng)拌和時(shí)間。