钢纤维混凝土隧道的耐久性能
隧道衬砌钢纤维混凝土的配比和性能试验
4.1 现场钢纤维喷射的配合比
4.2 现场喷射试件试验流程
试验试件采用与现场施工同条件的喷射大板，48h 后拆模放入标准养室内进行养护。14d 后根据试验试 件的要求对大板进行切割，然后再放在养护室内进行标准养护至 28d，试件制作完成。
4.3 钢纤维喷射混凝土力学性能
钢纤维喷射混凝土的抗压强度和抗拉强度试验结果如表 9 所示。
1
试验设计
混凝土中加入不同掺量的钢纤维，进行抗压和抗拉强度试验，研究其对混凝土性能的影响，确定钢纤
1.1 试验目的
维混凝土的最优配合比。
1.2 试验材料
（1）水泥。绿城牌 42.5#普通硅酸盐水泥，指标如表 1。
表 1 水泥物理指标 标准稠度 26.6 初凝时间 (min) 148 终凝时间 (min) 187 安定性 合格 3d 抗折强度 (MPa) 6 28d 抗折强度 (MPa) 9.2 3d 抗压强度 (MPa) 23.5 28d 抗压强度 (MPa) 47.2
80 441.6 230.4 3.84 576.8 642.7 428.5 38.4 0.48 160 一般 一般
100 441.6 230.4 3.84 562.8 627.1 418.1 38.4 0.48 150 一般 一般
按照《钢纤维混凝土试验方法》(CECS13:89)制作 150mm×150mm×150mm 的立方体，浇制后养护至 规定龄期，进行抗压和抗拉强度试验，结果如表 6、7 所示。
3
0 441.6 230.4 3.84 604.8 673.9 449.3 38.4 0.48 205 良好 良好
40 441.6 230.4 3.84 590.8 658.3 438.9 38.4 0.48 190 良好 良好
c50钢纤维混凝土一般用途
c50钢纤维混凝土一般用途
C50钢纤维混凝土具有许多优点，使其在多种领域中有广泛的应用。
以下是一些常见的用途：
1. 桥梁工程：由于其抗压强度高、耐久性好，C50钢纤维混凝土常被用于桥梁的建造和加固。
它能够提高桥梁的承载能力和使用寿命。
2. 公路工程：在公路路面中，C50钢纤维混凝土能够提高路面的耐磨、抗裂和抗疲劳性能，延长路面的使用寿命。
3. 建筑工程：在建筑物的梁、板、柱等结构中，C50钢纤维混凝土可以提高结构的抗震性能，减小结构损伤。
它还可以用于建筑物的局部加固。
4. 水工建筑：在水工结构中，如大坝、溢洪道、闸门等，C50钢纤维混凝土具有良好的抗裂性和防渗性能，能够提高水工建筑的使用安全。
5. 隧道工程：在隧道建设中，C50钢纤维混凝土可以提高隧道的耐久性和安全性，减少隧道的维护成本。
6. 机场工程：在机场跑道、停机坪等区域，C50钢纤维混凝土具有良好的耐磨、抗裂和防滑性能，可以提高机场的运行安全。
7. 铁路工程：在铁路轨道、路基等部位，C50钢纤维混凝土可以提高轨道的平顺性、减少轨道变形，提高列车的运行安全。
8. 防爆与防护工程：C50钢纤维混凝土具有较高的抗冲击性能和防爆性能，可用于军事基地、油库等重要设施的防护工程。
此外，C50钢纤维混凝土还广泛应用于景观工程、公共设施等领域。
总的来说，由于其优异的力学性能和耐久性，C50钢纤维混凝土在各种工程领域中都有广泛的应用。
钢纤维喷混凝土在引水隧洞永久支护中的应用
过 该工程 实践 ， 将对其推广应用有进一步的促进。
关 键 词 ： 纤 维 喷 混 凝 土 ； 混凝 土 支 护 ；配合 比 ； 工 工 艺 ；引水 隧 洞 钢 喷 施 文献标识码 ｉ Ａ ２ ８ ． 段 围 岩 岩 性 为 板 岩 夹 凝 灰 质 粉 砂 岩 ， 层 走 向 ＋４５０ ０ 岩 中 图分 类 号 ： ｖ５ ．２ Ｔ ５４ １
（）抗 压 强 度 不 小 于 ３ Ｐ ； １ ２Ｍ ａ
（）抗折强度不小于 ３Ｍ ａ ２ Ｐ； （） ３ 抗拉强度不小于 ２Ｍ ａ Ｐ ； （ ）抗渗等级不低于 Ｗ８ ４ ；
（ ）Ｃ ０弹模 为 ２ ５Ｘｌ＇ Ｐ 。 ５ ３ ． Ｍ ａ Ｏ
Ｍ 保证 出力 ４ ． Ｍ ， Ｗ， ８ １ Ｗ 年平均发 电量 １ ．９ ｋ ｈ ０ ２ 亿 Ｗ・ 。
非 、 国、 国 、 班 牙 、 兰和 日本 等 国均 制 定 了相 应 的设 计 和 施 工规 范 ， 量 采 用 钢 纤 维 混 支护和 永久支护 。简要介绍 了钢 纤维喷 混凝土在 支护前 的配合 比试验 以及 在 支护过程 中的质 量控制要 点。 尤其是对施工工 艺的控 制 ， 并对钢纤 维喷射 混凝 土在地 下洞 室永久 支护 中的应用进行 了技 术经济 比较 ， 通
工 中应 用 较 少 。
Ｎ １。 ３０， 向 Ｎ 倾 角 ５。 ０围岩 主要 以 Ⅲ类 为主 、 Ｗ３５ ３￣倾 Ｅ， ５ 一７ｏ 部 分 Ⅱ类 、 局部 Ⅳ类 ， 岩性完整。 应业主要求 ， 为了节 约投资 ， 保证 电站提前 蓄水发 电 ， 参考
国 内引水隧洞永久支护采用钢纤维喷混凝土代替全断面混凝土
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第３ ８卷 第 ５期 ２ ７年 ５ 月 ００ 文 章 编 号 ：０ １ １９２０ ）５ ０５ ２ １０ —４ ７ （Ｏ７ ０ —０４ —０
混凝土中的钢纤维应用技术规程
混凝土中的钢纤维应用技术规程一、前言混凝土是一种常见的建筑材料，在建筑、道路、桥梁等工程中广泛应用。
但是，由于混凝土的脆性，容易出现裂缝和断裂，影响工程的安全性和持久性。
因此，钢纤维混凝土应运而生。
钢纤维混凝土是将钢纤维加入混凝土中，使其具有更好的抗拉性能和抗裂性能。
本文将介绍钢纤维混凝土的应用技术规程。
二、钢纤维的种类及性能1. 钢纤维的种类目前，常用的钢纤维有直径为0.2-0.6mm的冷拔钢丝、直径为0.5-1.0mm的钢钉、直径为0.2-0.4mm的钢丝纤维和直径为0.2-0.6mm 的钢丝绳等。
其中，钢丝纤维是应用最广泛的一种钢纤维。
2. 钢纤维的性能钢纤维的性能对钢纤维混凝土的性能起着决定性作用。
一般来说，钢纤维的性能可以从以下几个方面进行评价：(1) 直径：直径越小，混凝土中的分散性越好，抗裂性能越好。
(2) 长径比：长径比越大，纤维的拉伸性能越好，抗拉性能越好。
(3) 弯曲性：弯曲性越好，纤维在混凝土中的分散性越好，抗裂性能越好。
(4) 耐腐蚀性：耐腐蚀性越好，纤维的使用寿命越长。
三、钢纤维混凝土的应用技术规程1. 钢纤维的加入量钢纤维的加入量应根据混凝土的用途、强度等级和施工要求来确定。
一般来说，钢纤维的加入量为混凝土总质量的0.5%-2.0%。
2. 钢纤维的加入方法钢纤维的加入方法有两种：机械搅拌和手工搅拌。
机械搅拌适用于大批量生产，效率高，但对搅拌设备要求高；手工搅拌适用于小批量生产，操作简单，但效率低。
3. 钢纤维混凝土的拌合比混凝土的拌合比应根据混凝土的用途、强度等级和施工要求来确定。
一般来说，混凝土的拌合比应符合国家相关标准。
4. 钢纤维混凝土的施工方法钢纤维混凝土的施工方法应根据混凝土的用途和施工要求来确定。
一般来说，施工方法应符合国家相关标准。
5. 钢纤维混凝土的养护方法钢纤维混凝土的养护方法应根据混凝土的用途和施工要求来确定。
一般来说，养护方法应符合国家相关标准。
纤维混凝土的类型
纤维混凝土的类型引言：纤维混凝土是一种通过在混凝土中添加纤维材料来增强其性能和耐久性的工程材料。
纤维混凝土具有较高的韧性、抗裂性和耐久性，被广泛应用于各种建筑和基础设施工程中。
本文将介绍几种常见的纤维混凝土类型，包括钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和玻璃纤维混凝土。
一、钢纤维混凝土钢纤维混凝土是将钢纤维添加到混凝土中，以增强其抗拉强度和抗冲击性能。
钢纤维可以是直径为0.25-0.75mm的钢丝或钢纤维束。
钢纤维混凝土广泛应用于地下工程、隧道、桥梁和机场跑道等需要抗震、抗裂和耐久性的工程中。
钢纤维的添加可以有效地控制混凝土的裂缝扩展，提高混凝土的抗冲击性能。
二、聚丙烯纤维混凝土聚丙烯纤维混凝土是将聚丙烯纤维添加到混凝土中，以改善其韧性和抗裂性能。
聚丙烯纤维是一种具有较高拉伸强度和抗化学腐蚀性能的合成纤维材料。
聚丙烯纤维混凝土广泛应用于地面工程、地下结构和水利工程中。
聚丙烯纤维的添加可以有效地防止混凝土的裂缝扩展，提高混凝土的韧性和抗冲击性能。
三、玻璃纤维混凝土玻璃纤维混凝土是将玻璃纤维或玻璃纤维布添加到混凝土中，以增强其抗拉强度和耐久性。
玻璃纤维是一种具有较高拉伸强度和抗腐蚀性能的无机纤维材料。
玻璃纤维混凝土广泛应用于建筑外墙、隔墙和预制构件等工程中。
玻璃纤维的添加可以有效地增加混凝土的抗拉强度，提高混凝土的耐久性。
结论：纤维混凝土通过添加纤维材料来改善混凝土的性能和耐久性。
钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和玻璃纤维混凝土是常见的纤维混凝土类型。
钢纤维混凝土用于抗震、抗裂和耐久性要求较高的工程；聚丙烯纤维混凝土用于改善混凝土的韧性和抗裂性能；玻璃纤维混凝土用于增强混凝土的抗拉强度和耐久性。
纤维混凝土在建筑和基础设施工程中具有广泛的应用前景。
钢纤维混凝土的强度标准值
钢纤维混凝土的强度标准值引言：钢纤维混凝土是一种新型的混凝土材料，其强度和韧性优于普通混凝土。
由于钢纤维混凝土的强度对于工程建设的质量和安全具有重要的影响，因此制定钢纤维混凝土的强度标准值是必要的。
本文将从材料的物理性质、试验方法、设计标准和实际应用等方面详细阐述钢纤维混凝土的强度标准值。
一、钢纤维混凝土的物理性质1.钢纤维混凝土的强度钢纤维混凝土的强度是指其抗压强度和抗拉强度。
抗压强度是指在规定的条件下，混凝土试件在受压作用下破坏时的最大承载力。
抗拉强度是指在规定的条件下，混凝土试件在受拉作用下破坏时的最大承载力。
2.钢纤维混凝土的韧性钢纤维混凝土的韧性是指其在受外力作用下变形能力的大小。
钢纤维混凝土的韧性主要体现在其抗裂性能上，即在受拉作用下不易产生裂缝，并且在裂缝处的变形能力较强。
3.钢纤维混凝土的耐久性钢纤维混凝土的耐久性是指其在长期使用过程中的性能稳定性和耐久性能。
钢纤维混凝土的耐久性主要受到其材料组成、制作工艺、施工质量和使用环境等因素的影响。
二、钢纤维混凝土的试验方法1.钢纤维混凝土的试件制作钢纤维混凝土的试件制作应符合相关标准的规定。
试件制作应注意混凝土的配合比、掺加钢纤维的比例、试件尺寸、养护条件等因素。
2.钢纤维混凝土的试验方法（1）抗压强度试验钢纤维混凝土的抗压强度试验应采用标准试件，在标准条件下进行试验，并记录试验数据。
（2）抗拉强度试验钢纤维混凝土的抗拉强度试验应采用标准试件，在标准条件下进行试验，并记录试验数据。
（3）抗裂性试验钢纤维混凝土的抗裂性试验应采用标准试件，在标准条件下进行试验，并记录试验数据。
三、钢纤维混凝土的设计标准1.混凝土材料的强度等级混凝土材料的强度等级应符合国家相关标准的规定。
钢纤维混凝土的强度等级应根据其抗压强度和抗拉强度确定。
2.混凝土结构的强度等级混凝土结构的强度等级应符合国家相关标准的规定。
钢纤维混凝土结构的强度等级应根据其抗压强度、抗拉强度和韧性确定。
钢纤维混凝土应用例谈
钢纤维混凝土应用例谈1、前言传统的城市地道面层主要为水泥混凝土，随着交通事业的发展，水泥混凝土面层已经逐渐不能适应交通发展的需要，使用很快就会出现破损、开裂等损坏，这样就养护工作量逐年增大，面层的更换周期缩短，还常因地道面层维修而导致交通堵塞。
钢纤维混凝土（SFRC）是近20年来迅速发展起来的一种新型复合材料，其具有优良的抗裂性、抗弯曲性、耐冲击性、耐疲劳性等特点，在水泥混凝土路面中通过纤维的网状分布，改善混凝土的性能，大大提高混凝土的抗折强度，同时提高混凝土的耐磨、抗渗、抗冲击能力，减少断板、龟裂等病害现象。
因而特别适用于桥梁、道路工程。
为此本文介绍了钢纤維混凝土在天津市军粮城地道中的应用工艺，以供同类工程参考。
2、钢纤维混凝土应用实例2.1项目概况军粮城示范镇十一号路地道下穿津秦客专、津山铁路以及京津城际延长线，是连接津塘公路津北公路及津滨高速的主要道路之一，同时是军粮城示范镇一期、二期共约350万平方米（建筑面积）建筑施工主要通道。
总长度为540米，车行道路面宽度为32.5米，中央为7.05米宽中分带。
该地道道路面层设计为18cm 厚C35钢纤维混凝土。
2.2钢纤维混凝土面层设计与普通混凝土相比，钢纤维混凝土不仅能改善抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能，而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能，显著提高结构的疲劳性能及其耐久性。
尤其是韧性可增加l0-20倍，美国对钢纤维混凝土与普通混凝土力学性能比较的试验结果见下表：我国对钢纤维混凝土与普通混凝土力学性能做了比较试验，当钢纤维掺入量为15-20%、水灰比为0.45时，其抗拉强度增长50-70%，抗弯强度增长120-180%，抗冲击强度增长10-20倍，抗冲击疲劳强度增长15-20倍，抗弯韧性增长约14-20倍，耐磨损性能也明显改善。
由此可以看出：与素混凝土相比，钢纤维混凝土具有更优越的物理和力学性能，因此军粮城地道中设计采用18cm厚C35钢纤维混凝土作为面层。
混凝土中使用钢纤维的试验方法
混凝土中使用钢纤维的试验方法一、引言混凝土作为建筑材料在建筑工程中得到广泛的应用，但是在使用过程中，混凝土会出现裂缝、变形等问题，这些问题会影响混凝土的使用寿命和安全性。
为了解决这些问题，研究人员开始探索使用钢纤维来增强混凝土的性能，这种方法可以有效地提高混凝土的强度、韧性和耐久性，从而延长混凝土的使用寿命。
二、混凝土中使用钢纤维的作用钢纤维是一种在混凝土中添加的纤维材料，它的作用如下：1、增加混凝土的强度和韧性钢纤维可以有效地增加混凝土的强度和韧性，使混凝土更加耐用，减少裂缝和变形等问题的发生。
2、提高混凝土的抗冲击性在地震、爆炸等情况下，混凝土很容易受到冲击破坏，而钢纤维可以有效地提高混凝土的抗冲击性，从而减少破坏的程度。
3、增加混凝土的耐久性钢纤维可以有效地防止混凝土的老化和腐蚀，从而增加混凝土的使用寿命。
三、混凝土中钢纤维的选用1、钢纤维的种类目前市场上常见的钢纤维种类有高强度钢纤维、低碳钢纤维、不锈钢纤维等。
2、钢纤维的形状和规格钢纤维的形状有直径为0.2-0.3mm的钢丝、长度为20-60mm的钢丝段、长度为0.5-2.5mm的钢纤维丝等。
在选择钢纤维的规格时，应根据混凝土的强度、应力状态、施工要求等因素进行综合考虑。
四、混凝土中钢纤维的添加方法1、混凝土搅拌法将钢纤维与混凝土原材料一起搅拌均匀后进行浇筑，这种方法适用于小型混凝土工程。
2、混凝土叠层法先将一层混凝土浇筑，再将钢纤维铺在混凝土表层，再浇筑一层混凝土，这种方法适用于大型混凝土工程。
3、混凝土喷射法将钢纤维与混凝土喷射机放在一起，通过高压喷射将混凝土和钢纤维混合后进行喷射，这种方法适用于混凝土墙体、隧道等工程。
五、混凝土中钢纤维的试验方法1、压缩试验将混凝土块放在试验机上，施加压力，测量混凝土的压缩强度，然后将钢纤维添加到混凝土中，再进行压缩试验，并比较两次试验结果，评估钢纤维对混凝土强度的影响。
2、抗拉试验将混凝土试块加固在试验机上，施加拉力，测量混凝土的抗拉强度，然后将钢纤维添加到混凝土中，再进行抗拉试验，并比较两次试验结果，评估钢纤维对混凝土韧性的影响。
简述钢纤维混凝土技术
简述钢纤维混凝土技术随着城市经济的快速发展，高等级公路和桥梁的建设步伐日益加快，与此同时，对建筑材料的要求也越来越高。
钢纤维混凝土因其性能优越、施工简便、价格相对低廉等优点而在道路路面、桥梁结构、房屋建筑等工程领域广泛应用。
1.钢纤维混凝土的优点在现代市政道路路面、桥梁结构中钢纤维混凝土已经得到广泛的应用，其力学性能、化学稳定性、轻质高强、方便快捷、疲劳寿长等优点。
1.1优越的抗拉、抗弯、抗剪强度。
钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入短钢纤维形成的一种新型复合型材料，这些钢纤维能够提高混凝土的抗拉强度49%-80%、抗弯强度60%-120%、抗剪强度50%-100%。
钢纤维混凝土在受到外荷载的作用时，首先是由混凝土承受外荷载，甚至发生开裂的现象。
后期外荷载作用时，混凝土横跨面裂缝的钢纤维则成为外荷载主要的主要承受者，通常情况下钢纤维受到再大的外荷载作用，也只是发生变形，而没有整体破坏路面，只有当整个钢纤维拔出才对路面造成破坏。
且具有优良的抗冲击。
当钢纤维混凝土的纤维掺入量为0.8-2.0时，抗冲击的强度就能提高50-100倍。
1.2抗冻性能。
具有良好的阻止、抑制因温度应力引起的裂缝和扩展。
尤其是抗冻性能好，在混凝土中掺入一定的钢纤维可以让路面变薄，而且其他性能不变。
这个性能具有很强的经济性。
1.3收缩性能。
钢纤维混凝土比普通混凝土收缩率低7%-9%。
1.4抗疲劳性能。
当掺有1.5% 钢纤维抗弯疲劳寿命为1×106次时，应力比为0.68，而普通混凝土仅为0.51；当掺有2% 钢纤维混凝土抗压疲劳寿命达2×106 次时，应力比为0.92，而普通混凝土仅为0.56。
1.5抗腐蚀性。
钢纤维在空气、污水、海水等腐蚀环境中具有着良好的耐腐蚀性，即使暴露在海水和污水中 5 年后试件碳化深度小于5mm。
当钢纤维的表面涂有复环氧树脂或镀锌时，更提高了耐腐蚀性。
所以钢纤维混凝土能够能够运用于海、河桥梁墩等构件的结构层。
钢纤维及钢纤维混凝土知识2024
引言：钢纤维及钢纤维混凝土是近年来在建筑工程领域使用越来越广泛的材料。
钢纤维的加入可以大幅提高混凝土的抗裂性能和抗冲击性能，增强其承载能力和耐久性。
本文将对钢纤维及钢纤维混凝土的相关知识进行详细阐述，包括钢纤维的类型、性能和应用领域，以及钢纤维混凝土的制备方法、性能和应用前景。
正文：一、钢纤维的类型1.直径型钢纤维圆直径钢纤维方直径钢纤维2.形状型钢纤维直纹钢纤维波纹钢纤维钩形钢纤维3.弯曲型钢纤维弯钩钢纤维弯曲直径钢纤维二、钢纤维的性能1.强度和延展性抗拉强度抗弯强度延展性2.耐腐蚀性锈蚀性能耐碱性能3.导电性能电导率应用领域三、钢纤维的应用领域1.建筑工程隧道工程桥梁工程楼板工程2.地下工程地铁隧道防水工程3.海洋工程港口码头海底管道四、钢纤维混凝土的制备方法1.传统混凝土加纤维方法手工加纤维机械加纤维2.直接混凝土搅拌法干混法湿混法3.纤维对混凝土性能的影响抗裂性能抗冲击性能五、钢纤维混凝土的性能和应用前景1.性能评价指标抗压强度弯曲强度抗冻融性2.应用前景建筑工程领域交通工程领域水利工程领域总结：钢纤维及钢纤维混凝土的应用正日益广泛，其独特的性能使其成为解决传统混凝土抗裂和抗冲击问题的有效途径。
本文详细介绍了钢纤维的类型、性能和应用领域，以及钢纤维混凝土的制备方法、性能和应用前景。
钢纤维混凝土在建筑工程、地下工程和海洋工程等领域的应用前景十分广阔，随着相关技术的不断发展，钢纤维混凝土的性能将进一步提高，其在工程实践中的应用将愈发广泛。
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钢纤维混凝土隧道的耐久性能大型土木工程结构中,材料的腐蚀对其结构耐久性具有很大的影响,因而正确分析和认识材料腐蚀的原因至关重要。
尤其对于地铁隧道这种特殊地下工程的耐久性能更为重要,针对地铁隧道的杂散电流腐蚀问题,对钢纤维商品混凝土结构进行了杂散电流腐蚀试验,根据钢筋商品混凝土腐蚀破坏和钢纤维商品混凝土腐蚀破坏的等效原理,建立了钢纤维商品混凝土结构在杂散电流腐蚀作用下结构破坏的预测模型。
地铁项目工程复杂,建设成本高,主体结构在施工完成后就已经定型,在地铁运营后,对主体结构进行维修和更换都十分困难,而且容易造成严重的经济损失和影响人们的生活秩序。
近年来,有许多关于地铁隧道项目因为杂散电流腐蚀而需维修甚至造成严重事故的报道 ,所以研究结构材料在杂散电流腐蚀环境中的耐久性能有重要的意义。
目前国内外关于地铁杂散电流的研究进展,主要是在地铁杂散电流的形成机理、对钢筋商品混凝土中钢筋腐蚀的模拟试验、杂散电流的监测和防治措施等方面,取得较多的研究成果。
但是,对于杂散电流对钢纤维商品混凝土材料的腐蚀研究尚少。
杂散电流的模拟试验证明,在相同腐蚀条件下,素商品混凝土的耐久性能远比钢纤维商品混凝土的耐久性能强,两种材料的破坏形式也不相同。
钢纤维商品混凝土因其独特的优点被国内外广泛地应用于隧道的支护工程中,在地铁杂散电流腐蚀的环境中,钢纤维商品混凝土能否继续发挥优点,充分保证地铁结构的耐久性能和在服务年限内正常工作还需要进一步研究。
1 杂散电流腐蚀模拟试验的模拟试验。
试验电源采用北京大华仪器厂生产的DH - 1718 直流双路稳压电源,试验电压60V。
电流的测量采用优利德公司生产的型号为UT33C 万用表,精度0．01mA。
商品混凝土试件采用10cm ×10cm ×40cm 长方体试件。
依据地铁杂散电流腐蚀主体结构钢筋的基本原理,分别把商品混凝土试件和10cm ×10cm 的铜板放置于塑料容器中,腐蚀介质为自来水。
采用塑料容器可以防止电流外泄。
将事先放置在钢纤维商品混凝土内的导线与直流电源的正极相接,铜板与直流电源的负极相接。
这样就构成了一个类似地铁杂散电流腐蚀的模拟环境。
试件制作材料为强度等级C20 钢纤维商品混凝土,1 杂散电流腐蚀模拟试验本文试验采用低电压和小电流的方式对钢纤维商品混凝土进行了杂散电流的模拟试验。
试验电源采用北京大华仪器厂生产的DH - 1718 直流双路稳压电源,试验电压60V。
电流的测量采用优利德公司生产的型号为UT33C 万用表,精度0101mA。
商品混凝土试件采用10cm ×10cm ×40cm 长方体试件。
试验装置见图1 ,依据地铁杂散电流腐蚀主体结构钢筋的基本原理,分别把商品混凝土试件和10cm ×10cm 的铜板放置于塑料容器中,腐蚀介质为自来水。
采用塑料容器可以防止电流外泄。
将事先放置在钢纤维商品混凝土内的导线与直流电源的正极相接,铜板与直流电源的负极相接。
这样就构成了一个类似地铁杂散电流腐蚀的模拟环境。
试件制作材料为强度等级C20 钢纤维商品混凝土,1 杂散电流腐蚀模拟试验的模拟试验。
试验电源采用北京大华仪器厂生产的DH - 1718 直流双路稳压电源,试验电压60V。
电流的测量采用优利德公司生产的型号为UT33C 万用表,精度0．01mA。
商品混凝土试件采用10cm ×10cm ×40cm 长方体试件。
试验装置见图1 ,依据地铁杂散电流腐蚀主体结构钢筋的基本原理,分别把商品混凝土试件和10cm ×10cm 的铜板放置于塑料容器中,腐蚀介质为自来水。
采用塑料容器可以防止电流外泄。
将事先放置在钢纤维商品混凝土内的导线与直流电源的正极相接,铜板与直流电源的负极相接。
这样就构成了一个类似地铁杂散电流腐蚀的模拟环境。
试件制作材料为强度等级C20 钢纤维商品混凝土,配合比采用广州地铁三号线现场的商品混凝土配合比,据原设计图纸要求掺入的钢纤维量为40kgPm3 ,见表1。
钢纤维采用嘉兴市经纬钢纤维有限公司生产的“经纬牌”钢纤维,规格为D30剪切端钩形钢纤维。
试验共制作了3 组,同组试件制作时间相同,试件由同一次搅拌的钢纤维商品混凝土制得。
不同组试件配合比相同,但是制作时间不同。
商品混凝土的制作过程参考《钢纤维商品混凝土试验方法》(CECS 13 - 89) ,试件制作完成后放置于养护池中静水养护28d ,之后放于露天自然养护等待腐蚀试验,试件制作形式见图2。
表2 为试件表面出现贯通裂缝时刻与试件破坏时间。
试验测量得到的杂散电流值变化范围为0～100mA ,这与北京市地下铁道设计研究所在北京地铁试验段中测量得到的杂散电流值最小为20mA、最大为130mA 在数量级上是相同的,模拟试验和实际工程中的杂散电流腐蚀有一定相似性。
2 钢纤维商品混凝土破坏预测模型在杂散电流腐蚀的腐蚀环境下,钢纤维商品混凝土腐蚀破坏和钢筋商品混凝土的腐蚀破坏的本质原因是相同的,都是因为金属锈蚀体积膨胀对商品混凝土产生挤压作用,使得商品混凝土发生开裂破坏。
国内外学者通过试验统计法、模拟试验法和力学分析法(包括弹性分析和有限元方法) 3 种主要研究手段,在钢筋锈蚀引起商品混凝土保护层胀裂方面做了大量的试验和理论研究,不少学者直接给出了胀裂时钢筋截面锈蚀率的计算公式,形式各异,各有优缺点。
本文通过钢纤维商品混凝土锈蚀破坏和钢筋商品混凝土锈蚀破坏的等效原理,利用钢筋商品混凝土锈蚀量的预测理论模型和钢纤维商品混凝土的增强理论、法拉第定律结合,建立钢纤维商品混凝土锈胀的锈蚀量和破坏时间的预测模型。
2．1 模型推导钢纤维商品混凝土的锈蚀破坏过程和钢筋商品混凝土类似,大致分为钢纤维锈蚀的初始阶段、自由膨胀阶段、应力产生阶段和商品混凝土开裂及裂缝发展阶段4个过程[8 ] 。
商品混凝土开裂破坏时的锈蚀产物质量W crit为自由膨胀阶段和应力产生阶段金属锈蚀量的总和,可以用下面的公式计算得到: 式中,ρrust为锈蚀产物的密度;ρst 为金属密度; d0 为钢纤维周边孔隙厚度; d s 为产生商品混凝土附加应力时锈蚀产物的厚度; D 为钢纤维等效直径; W st 为锈蚀的金属质量。
锈蚀钢纤维的质量为:W st = αW crit (2)式中,α是锈蚀金属质量与金属锈蚀后产物质量的比值,等于金属和锈蚀产物的摩尔质量比值。
在金属锈蚀过程中,锈蚀物对商品混凝土挤压力的大小主要取决于生成物Fe (OH) 2 、Fe (OH) 3 的体积大小。
当锈蚀产物为Fe (OH) 2 时,α值为0．622 ;当锈蚀产物为Fe (OH) 3 时,α的值为0．523。
所以α值在0．523～0．622 之间。
将商品混凝土看作各向同性的弹性材料,假设锈蚀产物的体积膨胀作用在钢纤维周围产生径向均布压力q r ,试验表明,钢纤维商品混凝土试件在腐蚀破坏后,钢纤维丧失了对商品混凝土的阻裂效应,在开裂面上钢纤维的阻裂拉力为0 ,钢纤维的破坏形态如图3 所示,由静力平衡关系获得胀裂破坏时的体积膨胀力为q r 。
q r = f t [ s - ( D + 2 d0 ) ]P( D + 2 d0 ) (3) 式中, f t 为商品混凝土抗拉强度; s 为钢纤维间距; D 为钢纤维等效直径; d0 为钢纤维与商品混凝土的接触面孔隙间距。
据钢纤维商品混凝土增强理论,纤维的间距s 为[10] :式中,D 为纤维直径;ηθ为方向有效系数(纤维为一维乱向分布时取1 ,二维乱向分布时取0．64 ,三维乱向分布时取0．5 和0．41) ; P 为纤维体积百分数。
如图4 所示,取内径为D + 2 d0 的孔洞,周边为弹性无限体的孔洞模型代替实际构件,采用弹性力学理论可求得均布压力q r 和孔边商品混凝土的径向变形d s 之间的关系式:式中,μ为商品混凝土泊松比; E ef 为商品混凝土有效弹性模量。
其中, E ef = E cP(1 +φcr ) ,φcr为徐变系数。
根据式(3) 、式(5) 可以得到商品混凝土胀裂时,孔边商品混凝土的径向变形:根据式(1) 、式(6) 可以求得商品混凝土胀裂时锈蚀产物的总质量:从式(7) 可以看出,决定钢纤维商品混凝土胀裂的锈蚀量的因素有:商品混凝土的有效弹性模量、商品混凝土的抗拉强度、纤维周围商品混凝土的孔隙大小。
在大气和海潮等自然环境中,纤维的锈蚀物有足够的时间向周围渗透,随着时间的增长d0 逐渐变大,模型的假设条件d0n D 不再满足,计算误差太大。
根据式(2) 、式(7) 求得锈蚀钢纤维的质量:法拉第定律ΔW = kIt ,已知腐蚀电流可以估计钢纤维商品混凝土开裂破坏的时间:2．2 模型应用根据钢纤维商品混凝土的实际配比情况和商品混凝土强度等级,取以下模型参数: d f = 0．355mm; P = 0151 ;ηθ =0．5 ; E c = 2．55 ×10．0 Pa ;φcr = 2．0 ; f t = 1．54 ×106 Pa ;μ= 0．2 ;ρrust = 3 600kgPm3 ;ρst = 7 840kgPm3 ; d0 = 50 ×10 - 6m; k = 0．075gP(A·h) ,即2．0 ×10 - 7kgP(A·s) ;α= 0．523～0．622 ; D = d f 。
应用上面计算模型可以得到I 和t crit的关系曲线(图5) 。
图5 中的离散点是试验数据(见表2) ,试验数据I 是试件腐蚀试验开始至开裂破坏时刻全过程的电流平均值,破坏时间是试件腐蚀致开裂破坏的累计试验时间。
钢纤维锈蚀破坏的理论模型能够反应腐蚀电流和试件破坏时间的变化趋势,从图5 中可以看出,理论曲线和试验曲线较好地吻合,当电流小到一定程度时,试件开裂的破坏时间将趋于无穷大,解释了为什么大气和海潮环境中钢纤维商品混凝土受到腐蚀,但是商品混凝土本身并不会发生开裂破坏,钢纤维锈蚀的腐蚀电流只由金属上微电池产生,外界没有外加电流,腐蚀电流值较小,腐蚀速度也远小于有外加电流时金属的腐蚀速度。
3 结论本文对钢纤维商品混凝土结构的杂散电流腐蚀进行了模拟试验,建立钢纤维商品混凝土结构在杂散电流腐蚀的特殊环境中的腐蚀破坏的预测模型,得到下面一些结论:1) 杂散电流对钢纤维商品混凝土结构有腐蚀破坏作用,钢纤维商品混凝土不再表现出较好的耐久性能,内部的钢纤维锈蚀后,阻裂效应减小,并且因为对商品混凝土产生的挤压力使得商品混凝土发生开裂破坏。
2) 影响钢纤维商品混凝土结构破坏的原因有:商品混凝土自身因素,例如:商品混凝土的有效弹性模量、抗拉强度、纤维周围商品混凝土的孔隙大小。
外界的影响因素,如腐蚀电流的大小。