纖維混凝土路面PPT

1、 纖維混凝土路面2015年10月 纖維混凝土路面纖維混凝土路面F Fiber concrete pavement 纖維混凝土路面2015年10月國內(nèi)外對(duì)纖維混凝土路面的研究與應(yīng)用纖維混凝土中原材料介紹鋼纖維混凝土的路用性能研究目錄目錄 纖維混凝土路面2015年10月引言引言 纖維增強(qiáng)混凝土簡稱纖維混凝土，指在混凝土基體中摻入均勻分散的短纖維而組成的一種復(fù)合材料。目前，纖維混凝土材料主要分為鋼纖維混凝土和合成纖維混凝土兩大類；鋼纖維混凝土用于修筑路面或機(jī)場道面主要有兩種形式：一種是直接鋪筑在基層之上的單層鋼纖維混凝土；另一種是在素混凝土路面之上鋪筑鋼纖維混凝土罩面層，形成雙層式混凝土路面。在以上

2、兩種形式中，后者既可以用于新路面的鋪筑，也可以用于舊路面的加固。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以聚丙烯纖維為代表的有機(jī)合成纖維是繼鋼纖維之后在混凝土中應(yīng)用最為廣泛的一種纖維材料，加入聚丙乙烯纖維最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠顯著減輕混凝土的塑性龜裂。 纖維混凝土路面2015年10月國內(nèi)外對(duì)纖維混凝土路面的研究與應(yīng)用國內(nèi)外對(duì)纖維混凝土路面的研究與應(yīng)用 1910年，美國人Porter把薄鋼片摻入混凝土中以改善混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗沖擊性能，取得了良好的效果。隨科技發(fā)展，鋼纖維混凝土的缺陷逐漸暴露出來，碳纖維、有機(jī)合成纖維、木纖維、等新的纖維品種開始進(jìn)入人們視野。有機(jī)合成纖維混凝土始于英國，聚丙烯纖維是應(yīng)

3、為最為廣泛的一種有機(jī)合成纖維材料。纖維混凝土在道路中的應(yīng)用纖維混凝土在道路中的應(yīng)用u19661966年美國混凝土學(xué)會(huì)增設(shè)纖維混凝土委員會(huì)（年美國混凝土學(xué)會(huì)增設(shè)纖維混凝土委員會(huì)（ACI Commitee544ACI Commitee544）。）。u7070年代美國修筑較多試驗(yàn)路段，最早的試驗(yàn)路段為坦波機(jī)場滑行跑道，采用厚度為年代美國修筑較多試驗(yàn)路段，最早的試驗(yàn)路段為坦波機(jī)場滑行跑道，采用厚度為1010和和1515的兩種罩面層。的兩種罩面層。u美國在許多橋梁車道行車道的修復(fù)工程中采用鋼纖維混凝土面層。美國在許多橋梁車道行車道的修復(fù)工程中采用鋼纖維混凝土面層。u挪威的公路實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)證明，在相同條件下

4、，添加纖維網(wǎng)（測試樣品挪威的公路實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)證明，在相同條件下，添加纖維網(wǎng)（測試樣品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%，并減少，并減少34.4%34.4%的材料損失的材料損失u墨西哥城自墨西哥城自19891989年起就要求市區(qū)和郊區(qū)的重要公路都采用聚丙烯纖維網(wǎng)混凝土路面，厚年起就要求市區(qū)和郊區(qū)的重要公路都采用聚丙烯纖維網(wǎng)混凝土路面，厚度為度為125125200mm,200mm,取消任何加強(qiáng)鋼筋。取消任何加強(qiáng)鋼筋。u近十年來，英國、日本、德國、美國等國家已經(jīng)大量采用纖維混凝土作為修筑路面及機(jī)近十年來，英國、日本、德國、美國等國家已經(jīng)大量采用纖維混凝土作為修筑路

5、面及機(jī)場道面材料，其工程實(shí)踐取得顯著成效。場道面材料，其工程實(shí)踐取得顯著成效。 纖維混凝土路面2015年10月國內(nèi)外對(duì)纖維混凝土路面的研究與應(yīng)用國內(nèi)外對(duì)纖維混凝土路面的研究與應(yīng)用 我國于我國于2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代后期開始從事有關(guān)纖維混凝土的研究，并在纖維混凝土的基本年代后期開始從事有關(guān)纖維混凝土的研究，并在纖維混凝土的基本性能與增強(qiáng)理論研究等方面都取得了重要進(jìn)展。自性能與增強(qiáng)理論研究等方面都取得了重要進(jìn)展。自19861986年起，我國每兩年舉辦一屆全年起，我國每兩年舉辦一屆全國性的纖維混凝土國際會(huì)議。國性的纖維混凝土國際會(huì)議。u19961996年山東濟(jì)青高速公年山東濟(jì)青高速公路全線使用

6、纖維混凝土路全線使用纖維混凝土加固。加固。u20042004年廣東省年廣東省S358S358公路公路惠陽段鋪筑了聚丙烯纖惠陽段鋪筑了聚丙烯纖維混凝土試驗(yàn)路段，經(jīng)維混凝土試驗(yàn)路段，經(jīng)檢查驗(yàn)收，質(zhì)量等級(jí)被檢查驗(yàn)收，質(zhì)量等級(jí)被評(píng)為優(yōu)級(jí)。評(píng)為優(yōu)級(jí)。纖維混凝土在道路中的應(yīng)用纖維混凝土在道路中的應(yīng)用理論成果理論成果u鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范計(jì)與施工規(guī)范u鋼纖維混凝土試驗(yàn)方鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法法u聚丙烯纖維混凝土材聚丙烯纖維混凝土材料料規(guī)范規(guī)范u纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)程等等 纖維混凝土路面2015年10月纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土原材料

7、水泥碎石沙纖維鋼纖維天然纖維玻璃纖維合成纖維（聚丙烯）混合纖維體系u 纖維混凝土中水泥l(xiāng) 水泥特性：采用強(qiáng)度高、干縮性小、抗磨性好的的水泥。l 品種：一般采用普通硅酸鹽水泥，重型交通路面通常選用42.5級(jí)水泥。l 用量：普通混凝土路面水泥不易少于300kg/m,纖維改性混凝土路面在l 340380kg/m。 纖維混凝土路面2015年10月纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土中原材料介紹u碎石碎石 碎石在纖維混凝土中作為粗集料（粒徑大于7mm）使用，品種宜采用巖漿巖或未風(fēng)化的沉積巖碎石，不宜采用石灰?guī)r碎石。以鋼纖維為例，碎石最大粒徑主要取決于鋼纖維的長度。鋼纖維長度的大小對(duì)鋼纖維在基體中的均勻分散有

8、很大的影響，直接關(guān)系到鋼纖維的作用效果。纖維混凝土路面碎石的技術(shù)要求纖維混凝土路面碎石的技術(shù)要求 纖維混凝土路面2015年10月 纖維混凝土碎石的標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配范圍 鋼纖維混凝土中碎石的最大粒徑鋼纖維混凝土中碎石的最大粒徑不宜大于不宜大于20mm，碎石最大粒徑與鋼纖維，碎石最大粒徑與鋼纖維長度之比長度之比等于等于1/2時(shí)，鋼纖維對(duì)混凝土的時(shí)，鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)效果最好增強(qiáng)效果最好；當(dāng)二者之比大于；當(dāng)二者之比大于1/2時(shí)，時(shí)，鋼纖維過于集中并填充與粗集料的砂漿中，會(huì)影響鋼纖維與混凝土基體的界面鋼纖維過于集中并填充與粗集料的砂漿中，會(huì)影響鋼纖維與混凝土基體的界面粘結(jié)；當(dāng)二者之比小于粘結(jié)；當(dāng)二者之比小于

9、1/2時(shí)，鋼纖維過長，其分布均勻性和增強(qiáng)效果同樣會(huì)受時(shí)，鋼纖維過長，其分布均勻性和增強(qiáng)效果同樣會(huì)受到影響。到影響。纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土中原材料介紹 纖維混凝土路面2015年10月u砂砂 砂在纖維混凝土中作為細(xì)集料（微粒小于5mm）使用，要求顆粒堅(jiān)硬耐磨、級(jí)配良好、表面粗糙有棱角。砂包括天然砂、人工砂和混合砂，公路路面纖維混凝土一般采用河砂，其細(xì)度模數(shù)在2.33.2之間，即采用中砂或粗砂。纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土中原材料介紹路面纖維混凝土用砂的技術(shù)要求 纖維混凝土路面2015年10月 路面纖維混凝土用砂的級(jí)配范圍纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土中原材料介紹u纖維纖維 纖維根據(jù)

10、形狀、尺寸和直徑的不同可以分為鋼纖維、塑料合成纖維、玻璃纖維以及各種天然材料制成的纖維。纖維的形狀有圓形、平直型、波紋狀和異型，其典型長度6150mm，厚度為0.0050.75mm。目前，纖維混凝土中摻加的纖維主要分為無機(jī)纖維和有機(jī)纖維兩大類。纖維混凝土路面2015年10月纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土中原材料介紹混凝土纖維無機(jī)纖維有機(jī)纖維鋼纖維，天然礦物纖維等主要有合成纖（聚乙烯、聚丙烯等）和植物纖維等混凝土纖維無機(jī)纖維有機(jī)纖維鋼纖維，天然礦物纖維等主要有合成纖（聚乙烯、聚丙烯等）和植物纖維等 鋼纖維鋼纖維鋼纖維混凝土鋼纖維混凝土聚丙烯聚丙烯纖維纖維聚丙烯纖維網(wǎng)聚丙烯纖維網(wǎng)纖維混凝土路面2

11、015年10月n鋼纖維鋼纖維是一種短小、長度不連續(xù)、長徑比約為20100、有若干種截面形狀的鋼質(zhì)纖維。美國標(biāo)準(zhǔn)將鋼纖維分為四種不同類型：冷拉鋼絲纖維、切削纖維、熔抽纖維和其他類型纖維。改善混凝土的沖擊強(qiáng)度和韌性提高拉伸及抗彎強(qiáng)度，試驗(yàn)證明摻入體積含量.的鋼纖維可以使混凝土的拉伸強(qiáng)度提高，抗彎強(qiáng)度增加提高其耐久性能，在高速水流沖刷下，鋼纖維混凝土的壽命比普通混泥土長倍對(duì)抗混凝土抗壓強(qiáng)度影響很小適量鋼纖維改善混凝土的沖擊強(qiáng)度和韌性提高拉伸及抗彎強(qiáng)度，試驗(yàn)證明摻入體積含量.的鋼纖維可以使混凝土的拉伸強(qiáng)度提高，抗彎強(qiáng)度增加提高其耐久性能，在高速水流沖刷下，鋼纖維混凝土的壽命比普通混泥土長倍對(duì)抗混凝土抗

12、壓強(qiáng)度影響很小改善混凝土的沖擊強(qiáng)度和韌性提高拉伸及抗彎強(qiáng)度，試驗(yàn)證明摻入體積含量.的鋼纖維可以使混凝土的拉伸強(qiáng)度提高，抗彎強(qiáng)度增加提高其耐久性能，在高速水流沖刷下，鋼纖維混凝土的壽命比普通混泥土長倍對(duì)抗混凝土抗壓強(qiáng)度影響很小改善混凝土的沖擊強(qiáng)度和韌性提高拉伸及抗彎強(qiáng)度，試驗(yàn)證明摻入體積含量.的鋼纖維可以使混凝土的拉伸強(qiáng)度提高，抗彎強(qiáng)度增加纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土路面2015年10月n 聚丙烯纖維聚丙烯纖維合成纖維中最常用的當(dāng)屬聚丙烯纖維，其具有化學(xué)惰性、不親水且輕質(zhì)的特點(diǎn)。聚丙烯又稱杜拉纖維，材料為白色，半透明狀。呈網(wǎng)狀或束狀單絲結(jié)構(gòu)。聚丙烯纖維可制成連續(xù)的圓柱狀

13、單絲，也可以切成橫截面為矩形的纖維絲。減少混凝土的收縮裂縫和稱將裂縫聚抑制混凝土的塑性收縮龜裂丙增強(qiáng)混凝土的抗沖擊性和柔韌性的降低混凝土的滲透性烯纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土中原材料介紹優(yōu)增強(qiáng)混凝土的耐磨性纖維混凝土路面2015年10月 部分典型纖維的性能纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土中原材料介紹纖維混凝土路面2015年10月鋼鋼纖維混凝土的性能分析纖維混凝土的性能分析纖維混凝土理論纖維混凝土理論在纖維混凝土的研究中大多認(rèn)為，混凝土中亂向分布的纖維能夠阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展，并阻滯宏觀裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。正是基于此原因，纖維混凝土的力學(xué)性能和耐久性能教普通混凝土都有相助提高。關(guān)于纖維對(duì)

14、混凝土增強(qiáng)機(jī)理，目前主要形成兩種理論：一種是復(fù)合材料力學(xué)理論，另一種是建立在斷裂力學(xué)基礎(chǔ)上的纖維間距理論。前者認(rèn)為纖維混凝土的強(qiáng)度有纖維的拉應(yīng)力和基體應(yīng)力所決定。而纖維間距理論認(rèn)為，短纖維能降低混凝土內(nèi)部裂縫末端的應(yīng)力集中系數(shù)，從而抑制了混凝土內(nèi)部裂縫的擴(kuò)展。纖維混凝土路面2015年10月u鋼纖維混凝土的性能鋼鋼纖維混凝土的性能分析纖維混凝土的性能分析l 抗壓性能抗壓性能鋼纖維能夠顯著改善混凝土的抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，但對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度的提高不明顯；主要有兩方面因素：一方面鋼纖維摻入混凝土后，約束了受壓過程中混凝土的橫向膨脹，推遲了破壞過程，這提高混凝土抗壓強(qiáng)度是有力的；另一方面，由于混凝土基

15、體的抗拉強(qiáng)度低，鋼纖維的摻入增加了界面薄弱層，混凝土受壓后，大多數(shù)破壞首先發(fā)生在界面。l 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是確定纖維混凝土抗裂能力的重要指標(biāo)，也是間接衡量混凝土其他力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。鋼纖維對(duì)混凝土的抗拉強(qiáng)度有顯著增強(qiáng)，如圖所示。纖維混凝土路面2015年10月鋼鋼纖維混凝土的性能分析纖維混凝土的性能分析表明隨著鋼纖維摻量的增加，混凝土的表明隨著鋼纖維摻量的增加，混凝土的軸拉初裂強(qiáng)度及軸拉軸拉初裂強(qiáng)度及軸拉極極限強(qiáng)度在穩(wěn)步提高限強(qiáng)度在穩(wěn)步提高。其纖維混凝土的影響過程大致為：在鋼纖維混。其纖維混凝土的影響過程大致為：在鋼纖維混凝土受力初期，應(yīng)力很小，鋼纖維所承擔(dān)的拉應(yīng)力也很小，基體起凝土受

16、力初期，應(yīng)力很小，鋼纖維所承擔(dān)的拉應(yīng)力也很小，基體起主要受力作用。隨著應(yīng)力增大，鋼纖維承擔(dān)的應(yīng)力加大，混凝土基主要受力作用。隨著應(yīng)力增大，鋼纖維承擔(dān)的應(yīng)力加大，混凝土基體達(dá)到極限應(yīng)變的時(shí)間推遲，即導(dǎo)致裂縫最初引發(fā)推遲。體達(dá)到極限應(yīng)變的時(shí)間推遲，即導(dǎo)致裂縫最初引發(fā)推遲。 纖維混凝土路面2015年10月 鋼纖維對(duì)以抗折強(qiáng)度為表征的混凝土的彎曲性能有突出的改善作用。鋼纖維混凝土基體在彎曲荷載作用下的相互作用可以通過荷載-撓曲曲線進(jìn)行分析，如圖所示。DRAGON BOAT FESTIVAL鋼鋼纖維混凝土的性能分析纖維混凝土的性能分析 OA段為彈性階段，鋼纖維和基體共同承擔(dān)荷載，故為直線，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)荷載為

17、抗折初裂荷載。 在AB段為彈塑性階段，出現(xiàn)裂縫，拉應(yīng)力變大，受拉區(qū)應(yīng)力分布出現(xiàn)非線性，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)荷載為極限抗折強(qiáng)度。 在BC段，鋼纖維混凝土破壞，表現(xiàn)出的良好塑性與素混凝土有明顯區(qū)別。 鋼纖維混凝土和素混凝土典型荷載-撓度曲線l 抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度 鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度纖維混凝土路面2015年10月LOREM IPSUM DOLORLOREM IPSUM DOLOR纖維體積率對(duì)鋼纖維混凝土的影響較為突出，不同體積率下的荷載-撓曲曲線茹圖所示，可看出較普通混凝土，鋼纖維混凝土荷載-撓度曲線的峰值撓曲、極限撓度和峰值荷載均隨纖維體積率的增加而增大；表明鋼纖維的摻入，推遲了基體的初裂

18、點(diǎn)、峰值撓度點(diǎn)和極限撓度的出現(xiàn)，提高了材料的抗折強(qiáng)度。鋼鋼纖維混凝土的性能分析纖維混凝土的性能分析不同鋼纖維體積率下的荷載-撓度曲線纖維混凝土路面2015年10月DRAGON BOAT FESTIVAL 鋼纖維混凝土的抗裂性指材料抵抗開裂的能力，通常以材料出現(xiàn)可見裂縫時(shí)的承載能力來表示。影響鋼纖維混凝土抗裂性的因素主要有鋼纖維摻量，鋼纖維與混凝土界面的粘結(jié)強(qiáng)度以及混凝土基體的強(qiáng)度。摻量與抗裂之間的關(guān)系如圖所示。從圖中不難看出隨鋼纖維提及率的增加，混凝土開裂面積顯著減少，鋼纖維混凝土的抗裂性能不斷增強(qiáng)鋼纖維混凝土的性能分析鋼纖維混凝土的性能分析l 抗裂性抗裂性纖維混凝土路面2015年10月抗沖擊性能是鋼纖維混凝土路面的重要使用性能。在沖擊荷載作用下鋼纖維混凝土的破壞形式是裂而不碎，這種特性應(yīng)用在橋面上可以避免危害性破壞的出現(xiàn)。研究認(rèn)為鋼纖維混凝土的抗沖擊能力隨鋼纖維的摻量增加而增強(qiáng)，其最大提高幅度可達(dá)幾十倍。DRAGON BOAT FESTIVAL鋼纖維混凝土的性能分析l 抗沖擊性能抗沖擊性能 如圖所示隨鋼纖維含量的增加，混凝土的沖擊性能明顯增強(qiáng)沖擊性能的試驗(yàn)方法采用美國ACI554委員會(huì)關(guān)于混凝土的沖擊能量計(jì)算。Wn mg H W沖擊能量n沖擊次數(shù)H重錘下落高度m重錘質(zhì)量g重力加速度鋼纖維混凝土的抗沖擊試驗(yàn)