纤维混凝土路面PPT

1、 纤维混凝土路面2015年10月 纤维混凝土路面纤维混凝土路面F Fiber concrete pavement 纤维混凝土路面2015年10月国内外对纤维混凝土路面的研究与应用纤维混凝土中原材料介绍钢纤维混凝土的路用性能研究目录目录 纤维混凝土路面2015年10月引言引言 纤维增强混凝土简称纤维混凝土，指在混凝土基体中掺入均匀分散的短纤维而组成的一种复合材料。目前，纤维混凝土材料主要分为钢纤维混凝土和合成纤维混凝土两大类；钢纤维混凝土用于修筑路面或机场道面主要有两种形式：一种是直接铺筑在基层之上的单层钢纤维混凝土；另一种是在素混凝土路面之上铺筑钢纤维混凝土罩面层，形成双层式混凝土路面。在以上

2、两种形式中，后者既可以用于新路面的铺筑，也可以用于旧路面的加固。进入20世纪80年代，随科学技术的进步，以聚丙烯纤维为代表的有机合成纤维是继钢纤维之后在混凝土中应用最为广泛的一种纤维材料，加入聚丙乙烯纤维最大的优点是能够显著减轻混凝土的塑性龟裂。 纤维混凝土路面2015年10月国内外对纤维混凝土路面的研究与应用国内外对纤维混凝土路面的研究与应用 1910年，美国人Porter把薄钢片掺入混凝土中以改善混凝土的抗拉强度和抗冲击性能，取得了良好的效果。随科技发展，钢纤维混凝土的缺陷逐渐暴露出来，碳纤维、有机合成纤维、木纤维、等新的纤维品种开始进入人们视野。有机合成纤维混凝土始于英国，聚丙烯纤维是应

3、为最为广泛的一种有机合成纤维材料。纤维混凝土在道路中的应用纤维混凝土在道路中的应用u19661966年美国混凝土学会增设纤维混凝土委员会（年美国混凝土学会增设纤维混凝土委员会（ACI Commitee544ACI Commitee544）。）。u7070年代美国修筑较多试验路段，最早的试验路段为坦波机场滑行跑道，采用厚度为年代美国修筑较多试验路段，最早的试验路段为坦波机场滑行跑道，采用厚度为1010和和1515的两种罩面层。的两种罩面层。u美国在许多桥梁车道行车道的修复工程中采用钢纤维混凝土面层。美国在许多桥梁车道行车道的修复工程中采用钢纤维混凝土面层。u挪威的公路实验室实验证明，在相同条件下

4、，添加纤维网（测试样品挪威的公路实验室实验证明，在相同条件下，添加纤维网（测试样品C75C75）可是混凝土耐）可是混凝土耐磨性能提高磨性能提高52%52%，并减少，并减少34.4%34.4%的材料损失的材料损失u墨西哥城自墨西哥城自19891989年起就要求市区和郊区的重要公路都采用聚丙烯纤维网混凝土路面，厚年起就要求市区和郊区的重要公路都采用聚丙烯纤维网混凝土路面，厚度为度为125125200mm,200mm,取消任何加强钢筋。取消任何加强钢筋。u近十年来，英国、日本、德国、美国等国家已经大量采用纤维混凝土作为修筑路面及机近十年来，英国、日本、德国、美国等国家已经大量采用纤维混凝土作为修筑路

5、面及机场道面材料，其工程实践取得显著成效。场道面材料，其工程实践取得显著成效。 纤维混凝土路面2015年10月国内外对纤维混凝土路面的研究与应用国内外对纤维混凝土路面的研究与应用 我国于我国于2020世纪世纪7070年代后期开始从事有关纤维混凝土的研究，并在纤维混凝土的基本年代后期开始从事有关纤维混凝土的研究，并在纤维混凝土的基本性能与增强理论研究等方面都取得了重要进展。自性能与增强理论研究等方面都取得了重要进展。自19861986年起，我国每两年举办一届全年起，我国每两年举办一届全国性的纤维混凝土国际会议。国性的纤维混凝土国际会议。u19961996年山东济青高速公年山东济青高速公路全线使用

6、纤维混凝土路全线使用纤维混凝土加固。加固。u20042004年广东省年广东省S358S358公路公路惠阳段铺筑了聚丙烯纤惠阳段铺筑了聚丙烯纤维混凝土试验路段，经维混凝土试验路段，经检查验收，质量等级被检查验收，质量等级被评为优级。评为优级。纤维混凝土在道路中的应用纤维混凝土在道路中的应用理论成果理论成果u钢纤维混凝土结构设钢纤维混凝土结构设计与施工规范计与施工规范u钢纤维混凝土试验方钢纤维混凝土试验方法法u聚丙烯纤维混凝土材聚丙烯纤维混凝土材料料规范规范u纤维混凝土结构技术纤维混凝土结构技术规程规程等等 纤维混凝土路面2015年10月纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土原材料

7、水泥碎石沙纤维钢纤维天然纤维玻璃纤维合成纤维（聚丙烯）混合纤维体系u 纤维混凝土中水泥l 水泥特性：采用强度高、干缩性小、抗磨性好的的水泥。l 品种：一般采用普通硅酸盐水泥，重型交通路面通常选用42.5级水泥。l 用量：普通混凝土路面水泥不易少于300kg/m,纤维改性混凝土路面在l 340380kg/m。 纤维混凝土路面2015年10月纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土中原材料介绍u碎石碎石 碎石在纤维混凝土中作为粗集料（粒径大于7mm）使用，品种宜采用岩浆岩或未风化的沉积岩碎石，不宜采用石灰岩碎石。以钢纤维为例，碎石最大粒径主要取决于钢纤维的长度。钢纤维长度的大小对钢纤维在基体中的均匀分散有

8、很大的影响，直接关系到钢纤维的作用效果。纤维混凝土路面碎石的技术要求纤维混凝土路面碎石的技术要求 纤维混凝土路面2015年10月 纤维混凝土碎石的标准级配范围 钢纤维混凝土中碎石的最大粒径钢纤维混凝土中碎石的最大粒径不宜大于不宜大于20mm，碎石最大粒径与钢纤维，碎石最大粒径与钢纤维长度之比长度之比等于等于1/2时，钢纤维对混凝土的时，钢纤维对混凝土的增强效果最好增强效果最好；当二者之比大于；当二者之比大于1/2时，时，钢纤维过于集中并填充与粗集料的砂浆中，会影响钢纤维与混凝土基体的界面钢纤维过于集中并填充与粗集料的砂浆中，会影响钢纤维与混凝土基体的界面粘结；当二者之比小于粘结；当二者之比小于

9、1/2时，钢纤维过长，其分布均匀性和增强效果同样会受时，钢纤维过长，其分布均匀性和增强效果同样会受到影响。到影响。纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土中原材料介绍 纤维混凝土路面2015年10月u砂砂 砂在纤维混凝土中作为细集料（微粒小于5mm）使用，要求颗粒坚硬耐磨、级配良好、表面粗糙有棱角。砂包括天然砂、人工砂和混合砂，公路路面纤维混凝土一般采用河砂，其细度模数在2.33.2之间，即采用中砂或粗砂。纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土中原材料介绍路面纤维混凝土用砂的技术要求 纤维混凝土路面2015年10月 路面纤维混凝土用砂的级配范围纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土中原材料介绍u纤维纤维 纤维根据

10、形状、尺寸和直径的不同可以分为钢纤维、塑料合成纤维、玻璃纤维以及各种天然材料制成的纤维。纤维的形状有圆形、平直型、波纹状和异型，其典型长度6150mm，厚度为0.0050.75mm。目前，纤维混凝土中掺加的纤维主要分为无机纤维和有机纤维两大类。纤维混凝土路面2015年10月纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土中原材料介绍混凝土纤维无机纤维有机纤维钢纤维，天然矿物纤维等主要有合成纤（聚乙烯、聚丙烯等）和植物纤维等混凝土纤维无机纤维有机纤维钢纤维，天然矿物纤维等主要有合成纤（聚乙烯、聚丙烯等）和植物纤维等 钢纤维钢纤维钢纤维混凝土钢纤维混凝土聚丙烯聚丙烯纤维纤维聚丙烯纤维网聚丙烯纤维网纤维混凝土路面2

11、015年10月n钢纤维钢纤维是一种短小、长度不连续、长径比约为20100、有若干种截面形状的钢质纤维。美国标准将钢纤维分为四种不同类型：冷拉钢丝纤维、切削纤维、熔抽纤维和其他类型纤维。改善混凝土的冲击强度和韧性提高拉伸及抗弯强度，试验证明掺入体积含量.的钢纤维可以使混凝土的拉伸强度提高，抗弯强度增加提高其耐久性能，在高速水流冲刷下，钢纤维混凝土的寿命比普通混泥土长倍对抗混凝土抗压强度影响很小适量钢纤维改善混凝土的冲击强度和韧性提高拉伸及抗弯强度，试验证明掺入体积含量.的钢纤维可以使混凝土的拉伸强度提高，抗弯强度增加提高其耐久性能，在高速水流冲刷下，钢纤维混凝土的寿命比普通混泥土长倍对抗混凝土抗

12、压强度影响很小改善混凝土的冲击强度和韧性提高拉伸及抗弯强度，试验证明掺入体积含量.的钢纤维可以使混凝土的拉伸强度提高，抗弯强度增加提高其耐久性能，在高速水流冲刷下，钢纤维混凝土的寿命比普通混泥土长倍对抗混凝土抗压强度影响很小改善混凝土的冲击强度和韧性提高拉伸及抗弯强度，试验证明掺入体积含量.的钢纤维可以使混凝土的拉伸强度提高，抗弯强度增加纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土路面2015年10月n 聚丙烯纤维聚丙烯纤维合成纤维中最常用的当属聚丙烯纤维，其具有化学惰性、不亲水且轻质的特点。聚丙烯又称杜拉纤维，材料为白色，半透明状。呈网状或束状单丝结构。聚丙烯纤维可制成连续的圆柱状

13、单丝，也可以切成横截面为矩形的纤维丝。减少混凝土的收缩裂缝和称将裂缝聚抑制混凝土的塑性收缩龟裂丙增强混凝土的抗冲击性和柔韧性的降低混凝土的渗透性烯纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土中原材料介绍优增强混凝土的耐磨性纤维混凝土路面2015年10月 部分典型纤维的性能纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土路面2015年10月钢钢纤维混凝土的性能分析纤维混凝土的性能分析纤维混凝土理论纤维混凝土理论在纤维混凝土的研究中大多认为，混凝土中乱向分布的纤维能够阻碍混凝土内部微裂缝的扩展，并阻滞宏观裂缝的进一步发展。正是基于此原因，纤维混凝土的力学性能和耐久性能教普通混凝土都有相助提高。关于纤维对

14、混凝土增强机理，目前主要形成两种理论：一种是复合材料力学理论，另一种是建立在断裂力学基础上的纤维间距理论。前者认为纤维混凝土的强度有纤维的拉应力和基体应力所决定。而纤维间距理论认为，短纤维能降低混凝土内部裂缝末端的应力集中系数，从而抑制了混凝土内部裂缝的扩展。纤维混凝土路面2015年10月u钢纤维混凝土的性能钢钢纤维混凝土的性能分析纤维混凝土的性能分析l 抗压性能抗压性能钢纤维能够显著改善混凝土的抗拉强度和抗折强度，但对混凝土的抗压强度的提高不明显；主要有两方面因素：一方面钢纤维掺入混凝土后，约束了受压过程中混凝土的横向膨胀，推迟了破坏过程，这提高混凝土抗压强度是有力的；另一方面，由于混凝土基

15、体的抗拉强度低，钢纤维的掺入增加了界面薄弱层，混凝土受压后，大多数破坏首先发生在界面。l 抗拉强度抗拉强度抗拉强度是确定纤维混凝土抗裂能力的重要指标，也是间接衡量混凝土其他力学性能的关键因素。钢纤维对混凝土的抗拉强度有显著增强，如图所示。纤维混凝土路面2015年10月钢钢纤维混凝土的性能分析纤维混凝土的性能分析表明随着钢纤维掺量的增加，混凝土的表明随着钢纤维掺量的增加，混凝土的轴拉初裂强度及轴拉轴拉初裂强度及轴拉极极限强度在稳步提高限强度在稳步提高。其纤维混凝土的影响过程大致为：在钢纤维混。其纤维混凝土的影响过程大致为：在钢纤维混凝土受力初期，应力很小，钢纤维所承担的拉应力也很小，基体起凝土受

16、力初期，应力很小，钢纤维所承担的拉应力也很小，基体起主要受力作用。随着应力增大，钢纤维承担的应力加大，混凝土基主要受力作用。随着应力增大，钢纤维承担的应力加大，混凝土基体达到极限应变的时间推迟，即导致裂缝最初引发推迟。体达到极限应变的时间推迟，即导致裂缝最初引发推迟。 纤维混凝土路面2015年10月 钢纤维对以抗折强度为表征的混凝土的弯曲性能有突出的改善作用。钢纤维混凝土基体在弯曲荷载作用下的相互作用可以通过荷载-挠曲曲线进行分析，如图所示。DRAGON BOAT FESTIVAL钢钢纤维混凝土的性能分析纤维混凝土的性能分析 OA段为弹性阶段，钢纤维和基体共同承担荷载，故为直线，A点对应荷载为

17、抗折初裂荷载。 在AB段为弹塑性阶段，出现裂缝，拉应力变大，受拉区应力分布出现非线性，B点对应荷载为极限抗折强度。 在BC段，钢纤维混凝土破坏，表现出的良好塑性与素混凝土有明显区别。 钢纤维混凝土和素混凝土典型荷载-挠度曲线l 抗折强度抗折强度 钢纤维混凝土抗折强度钢纤维混凝土抗折强度纤维混凝土路面2015年10月LOREM IPSUM DOLORLOREM IPSUM DOLOR纤维体积率对钢纤维混凝土的影响较为突出，不同体积率下的荷载-挠曲曲线茹图所示，可看出较普通混凝土，钢纤维混凝土荷载-挠度曲线的峰值挠曲、极限挠度和峰值荷载均随纤维体积率的增加而增大；表明钢纤维的掺入，推迟了基体的初裂

18、点、峰值挠度点和极限挠度的出现，提高了材料的抗折强度。钢钢纤维混凝土的性能分析纤维混凝土的性能分析不同钢纤维体积率下的荷载-挠度曲线纤维混凝土路面2015年10月DRAGON BOAT FESTIVAL 钢纤维混凝土的抗裂性指材料抵抗开裂的能力，通常以材料出现可见裂缝时的承载能力来表示。影响钢纤维混凝土抗裂性的因素主要有钢纤维掺量，钢纤维与混凝土界面的粘结强度以及混凝土基体的强度。掺量与抗裂之间的关系如图所示。从图中不难看出随钢纤维提及率的增加，混凝土开裂面积显著减少，钢纤维混凝土的抗裂性能不断增强钢纤维混凝土的性能分析钢纤维混凝土的性能分析l 抗裂性抗裂性纤维混凝土路面2015年10月抗冲击性能是钢纤维混凝土路面的重要使用性能。在冲击荷载作用下钢纤维混凝土的破坏形式是裂而不碎，这种特性应用在桥面上可以避免危害性破坏的出现。研究认为钢纤维混凝土的抗冲击能力随钢纤维的掺量增加而增强，其最大提高幅度可达几十倍。DRAGON BOAT FESTIVAL钢纤维混凝土的性能分析l 抗冲击性能抗冲击性能 如图所示随钢纤维含量的增加，混凝土的冲击性能明显增强冲击性能的试验方法采用美国ACI554委员会关于混凝土的冲击能量计算。Wn mg H W冲击能量n冲击次数H重锤下落高度m重锤质量g重力加速度钢纤维混凝土的抗冲击试验