钢纤维混凝土配合比

l—2 钢纤维混凝土的配合比设计钢纤维混凝土虽已在各种工程领域得到较广泛的应用，但对钢纤维混凝土拌合料的配合比设计，尚未建立起合理而成热的设计方法。

国外有关学者，曾介绍过关于钢纤维混凝土配合比方面的资料，提出一些参考用表和经验配合比。

国内有关单位”，曾提出要以抗折强度为指标进行钢纤维混凝土配合比设计，并通过试验，建立抗折强度与各主要影响因素之间量的关系，有利于配合比的设计。

但多数仍按普通水泥混凝土的配合比设计方法，以混凝土的抗压强度确定拌合料的配合比，只是适当调整砂率、用水量和水泥用量。

按此确定配合比时，为了获得较高的抗折强度，势必使抗压强度也相应提高，这是不必要的。

钢纤维混凝土配合比的设计，应根据对钢纤维混凝土的使用要求和钢纤维混凝土配合比的特点进行合理的设计。

1-2-11-2-1钢纤维混凝土配合比设计的要求和特点一、钢纤维混凝土配合比设计的要求钢纤维混凝土配合比设计的目的是将其组成的材料，即钢纤维、水泥、水、粗细骨料及外掺剂等合理的配合，使所配制的钢纤维混凝土应满足下列要求:1. 满足工程所需要的强度和耐久性。

对建筑工程一般应满足抗压强度和抗拉强度的要求对路(道)面工程一般应满足抗压强度和抗折强度的要求。

2.配制成的钢纤维混凝土拌合料的和易性应满足施工要求。

3．经济合理。

在满足工程要求的条件下，充分发挥钢纤维的增强作用，合理确定钢纤维和水泥用量，降低钢纤维混凝土的成本。

二、钢纤维混凝土配合比设计的特点钢纤维混凝土的配合比设计与普通水泥混凝土相比，其主要特点是：1.在水泥混凝土的配合拌合料中掺入钢纤维，主要是为了提高混凝土的抗弯、抗拉、抗疲劳的能力和韧性，因此配合比设计的强度控制，当有抗压强度要求时，除按抗压强度控制外，还应根据工程性质和要求，分别按抗折强度或抗拉强度控制，确定拌合料的配合比，以充分发挥钢纤维混凝土的增强作用，而普通水泥混凝土一般以抗压强度控制(道路混凝土以抗折强度控制)来确定拌合料的配合比。

2．配合比设计时，应考虑掺人拌合料中的钢纤维能分散均匀，并使钢纤维的表面包满砂浆，以保证钢纤维混凝土的质量。

3．在拌合料中加入钢纤维后，其和易性有所降低。

为了获得适宜的和易性，有必要适当增加单位用水量和单位水泥用量。

1-2-2钢纤维混凝土配合比设计原理与方法。

钢纤维混凝土配合比设计的基本方法是建立在钢纤维混疑土拌合料的特性及其硬化后的强度基础上的。

其主要目的是根据使用要求，合理确定拌合料的水灰比，钢纤维体积率、单位用水量和砂率等四个基本参数，由此，即可计算出各组成材料的用量。

在确定基本参数时，既要满足抗压强度要求，又要符合抗折强度或抗拉强度要求，以及和易性、经济性要求。

试验表明，钢纤维混凝土的抗压强度、抗折强度和抗拉强度与水泥标号；水灰比、钢纤维体积率和长径比、砂率、用水量等因素有关，其中水灰比和水泥标号对抗压强度影响最大，其他因素影响较小。

即钢纤维体积率和长径比、水泥标号却对抗折强度和抗拉强度影响最大，砂率和用水量对和易性影响较大。

因此，采用以抗压强度与水灰比，水泥标号的关系来确定水灰比，然后用抗折强度或抗拉强度确定体积率。

由此确定的配合比，既能满足抗压强度要求，又能满足抗折强度或抗拉强度要求，在初步确定水灰比和体积率后，再根据和易性要求确定砂率和用水量。

由此可初步确定计算配合比。

由于配制钢纤维混凝土原材料品种、类型的差异和施工条件的不同，在实际工程中，其配合比的设计，一般是在初步计算的基础上，通过试验和结合施工现场的条件调整确定。

一、一、水灰比的确定由于钢纤维混凝土的抗压强度，主要取决于水泥石的强度及其与骨科间的粘结力。

水泥的强度及其与骨料间的粘结力又主要取决于水泥标号和水灰比的大小，而钢纤维的体积率和长径比对抗压强度影响不大(仅可提高抗压强度的5％～10％)。

因此，钢纤维混凝土的水灰比，可按普通水泥混凝土抗压强度与水泥标号、水灰比的关系式(1-3)求得。

ƒfcu=AR C（C/W-B）(1-3)式中ƒfcu―――钢纤维混凝土试配拉压强度（Mpa）;R C―――水泥实测28d的抗压强度（Mpa），在无法取得水泥的实例抗压强度资料时，可按水泥标号乘以水泥富余系数1.13计算；C/W―――钢纤维混凝土所要求的灰水比；A、A、B―――经验系数。

当粗骨料为碎石时，A＝0.46，B＝0.52；为砾石时，A＝0.48，B＝0.61。

钢纤维混凝土的试配抗压强度，可按式（1-4）确定；ƒfcu=ƒfcu + Zσ 1 (1-4)式中ƒfcu―――钢纤维混凝土设计抗压强度（Mpa）;Z―――保证率系数σ1―――抗压强度的标准差（Mpa）。

保证率系数的大小，应根据工程的重要程度，按保证率的要求，可根据表1-4确定。

强度标准差，可由施工单位统计资料确定。

若无统计资料时，钢纤维混凝土的强度等级为CF25-30时，σ1＝5.0（Mpa）; CF35-CF60时，σ1＝6.0Mpa。

比。

通常，满足抗压强度要求时，其耐久性也能满足。

但对于严寒冰冻地区，其最大水灰比、最小水泥用量等应按有关规范规定执行。

在最后确定水灰比时，应将强度或耐久性要求的水灰比作比较，选定较小者为设计水灰比。

钢纤维混凝土的水灰比一般为0.45-0.50，对于有耐久性要求时，一般不大于0.50。

二、二、钢纤维体积率的确定1. 1.对于有抗压强度和抗折强度要求时，钢纤维体积率的确定（1）（1）度和和由抗压强度确定的水灰比及水泥抗折强度确定钢纤维体积率经空军工程设计研究局等单位的145组试验数据综合回归分析，钢纤维混凝土抗折强度与水灰比、钢纤维体积率、长径比及水泥的抗折强度有如下关系：ƒfcu=R tm(0.12C/W + 0.31 + βtmρfιτ/d f ) (1-5)式中ƒfcu―――钢纤维混凝土试配抗折强度（Mpa）;R tm―――实测28d的水泥抗折强度（Mpa），可由水泥厂提供的水泥试验报告单查得。

当无实测数据时，可按水泥的抗折标号乘以富裕系数1.13计；C/W―――钢纤维混凝土所要求的灰水比；βtm―――不同品种钢纤维对抗折强度的影响系数。

根据试验回归分析结果，βtm值列于表1-5。

βtm值表公式（1-5）适用于水泥标号为425和525号水泥，水灰比0.4-0.6，中秒，砂率为40%-60%，碎石粒径为5-20mm，钢纤维体积率0.5-2.5%，长径比为40-100。

钢纤维混凝土试配抗折强度可按式（1-6）计算：ƒfcu=ƒfcu + Zσ 2（1-6）式中ƒfcu―――钢纤维混凝土设计抗折强度（Mpa）；Z―――保证率系数；σ2―――钢纤维混凝土抗折强度标准差。

试配抗强度也可根据有关规范规定，由设计抗折强度乘以提高系数1.10-1.15计算。

由式（1-5）可知，当已知钢纤维混凝土的试配抗折强度、水灰比、水泥抗折强度及钢纤维的品种后，即可求得钢纤维的体积率。

确定体积率时，在满足强度要求的原则下，必须考虑经济性和便于施工，尽量减少钢纤维的用量，必要时可适当调整水灰比，以求得合适的体积率。

（2）根据抗折强度和由抗压强度确定的水灰比及水泥抗压强度，也可按式（1-7）确定剪切钢纤维的体积率。

根据东南大学试验结果，剪切钢纤维混凝土的抗折强度与水泥比，体积率、长径比以及水泥抗压强度有如下关系：ƒfcu=R c(0.0802C/W + 0.08ρfιτ/d f –0.0801) (1-7)式中ƒfcu―――钢纤维混凝土试配抗折强度（Mpa）；R c―――实测28d的水泥抗压强度（Mpa）；C/W―――钢纤维混凝土所要求的灰水比；若已知钢纤维混凝土的抗折强度、水灰比、水泥抗压强度及钢纤维长径比，按式（1-7）即可求得剪切钢纤维的体积率。

2.对有抗压强度和抗拉强度要求时，钢纤维体积率的确定根据文献，钢纤维混凝土抗拉强度与其基体混凝土抗拉强度、钢纤维体积率、长径比有下列关系：ƒft=ƒt(1 + αtρfιf/d f ) (1-8)式中ƒft―――钢纤维混凝土设计抗拉强度（Mpa）；ƒt―――根据钢纤维混凝土强度等级按现行有关混凝土结构设计规范确定的设计抗拉强度（Mpa）;αt―――钢纤维对抗拉强度的影响系数。

当无试验资料时，对钢纤维混凝土强度等级为CF20-CF40，圆直型和熔抽型（ιf＜35m＝钢纤维，αt为0.36，剪切型和熔抽型（ιf＞35mm）钢纤维，αt为0.47。

式（1-8）中，如果已知ƒft、ƒt和钢纤维的品种，即可求得体积率ρf。

若式中ƒt为未知时，则可按式（1-9）求得ƒt：ƒt＝0.17ƒfcu2/3（1-1.645δ）(1-9)式中ƒfcu―――钢纤维混凝土的试配抗压强度（Mpa）；δ―――离散系数钢纤维的体积率一般为0.5-2.0%。

三、三、钢纤维混凝土单位体积用水量和水泥用量的确定在水灰比保持一定的条件下，单位体积用水量和钢纤维体积率是控制拌合料和易性的主要因素，用水量的确定应使拌合料达到要求的和易性、便于施工为准。

钢纤维混凝土的和易性，按维勃稠度控制，一般以15-30s为宜。

由于影响单位体积用水量的因素较多，选用的原材料差异，因而用水量也有不同。

在实际应用中，可通过试验或根据已有经验确定。

也可根据材料品种规格、钢纤维体积率、水灰比和稠度参照表1-6和表1-7选用。

半干硬性钢纤维混凝土单位体积用水量选用表粗骨料为卵石时，则单位体积用水量可相应减少10kg；当钢纤维体积率每增减0.5%，单位体积用水量相应增减8kg。

塑性钢纤维混凝土单位体积用水量选用表表1-7中，坍落度变化范围为10-50mm时，每增减10mm，单位体积用水量相应增减7kg；钢纤维体积率每增减0.5%，单位体积用水量可增减8kg；当钢纤维长径比每增减10，则单位体积用水量相应增减10kg。

当拌合料中掺入外加剂或掺合料时，其掺量和单位体积用水量应通过试验确定。

在确定水灰比W/C和单位体积用水量W0以后，即可按式（1-10）求得单位体积水泥用量C0C0＝W0 x C/W (1-10)钢纤维混凝土中，由于包裹钢纤维和粗细骨料表面的水泥浆用量普通混凝土多，因而单位体积水泥用量较大。

钢纤维混凝土单位体积水泥用量为360-450kg，根据强度和钢纤维体积率而定，当体积率较大时，单位体积水泥用量适当也增加，但一般不应大于500kg。

四、四、钢纤维混凝土砂率的确定砂率是砂重占砂石总重量的百分率。

由于砂的粒径比石料小，砂率的变化，会使骨料的总表面积有较大的变化，对拌合料的和易性和质量有较大的影响，因此必须选好砂率。

影响砂率的主要因素（1）（1）骨料的品种和最大粒径，碎石比卵石需要砂率大些，石料最大粒径小，则全部石料的空隙率就大，砂率需要大。

（2）（2）钢纤维体积率和长径比大，则钢纤维的表面积大，需要砂率也是大些。

（3）（3）砂的细度模数较小时，因砂中细颗粒较多，拌合料的粘聚性容易得到保证，故砂率采用较小值。