【摘要】鋼纖維混凝土作為一種新型的建筑材料在高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，其主要有抗壓(拉)性能好、抗剪性能高、彎曲性能和抗沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn)。對于高層建筑建設(shè)來說，鋼纖維混凝土能夠有效彌補(bǔ)高層建筑特殊部位延性不足，抗震力不強(qiáng)等弱點(diǎn)，極大的提升了高層建筑的安全性，其應(yīng)用范圍將越來越廣。

　　【關(guān)鍵詞】高層建筑,鋼纖維,混凝土,施工技術(shù)

　　作為一種復(fù)合材料，鋼纖維混凝土主要是通過在混凝土中摻入適量鋼纖維，經(jīng)過拌和凝結(jié)而成。與傳統(tǒng)混凝土相比，鋼筋纖維混凝土不僅抗拉強(qiáng)度更大，而且混凝土構(gòu)件的抗裂耐久能力也更好，能夠加強(qiáng)混凝土的延展性;另外，鋼纖維混凝土能量吸收效果也比較好，抗沖擊能力很強(qiáng)，對于高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性也有很大的幫助和提高，是近年來逐漸推廣的混凝土復(fù)合材料。

　　一、鋼纖維混凝土的特性及優(yōu)點(diǎn)

　　1、力學(xué)強(qiáng)度

　　根據(jù)各國鋼纖維混凝土資料分析，鋼纖維對提高混凝土的抗壓強(qiáng)度不顯著，統(tǒng)計(jì)資料表明，鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度僅提高了10%左右，但其受壓韌性卻大幅度提高。這是由于鋼纖維的存在，增大了混凝土的壓縮變形，提高了破壞時(shí)的韌性;試驗(yàn)表明，鋼纖維混凝土的劈拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等均比普通混凝土有大幅度的提高。

　　2、鋼纖維混凝土的韌性及抗裂性能

　　韌性是在材料受力破壞前吸收能量的性質(zhì)。抗裂性是指鋼纖維在脆性混凝土基體中減少裂縫和阻止裂縫開展的性質(zhì)。混凝土中摻入鋼纖維后，可減少塑性收縮和徐變，并且荷載作用時(shí)，隨著荷載繼續(xù)增加，超過混凝土所能承受的壓力時(shí)，應(yīng)力通過混凝土與鋼纖維的粘結(jié)力傳遞給鋼纖維，混凝土受到鋼纖維的約束作用，限制了新裂縫的發(fā)生，推遲了裂縫的擴(kuò)展，因此鋼纖維混凝土具有較好的韌性和抗裂性。

　　3、鋼纖維混凝土的抗沖擊性能

　　在動(dòng)荷載作用下，鋼纖維混凝土出現(xiàn)裂縫后，鋼纖維會(huì)阻礙裂紋的擴(kuò)展，一旦外部的鋼纖維作用失效，鋼纖維從混凝土中拔出，或達(dá)到屈服強(qiáng)度被拉斷，新裂紋處的鋼纖維又會(huì)承擔(dān)阻礙裂紋擴(kuò)展的工作，鋼纖維被拔出或拉斷都需要消耗大量的能量，體現(xiàn)了鋼纖維混凝土的抗沖擊能力。

　　4、鋼纖維混凝土的耐磨性和耐久性

　　混凝土中添加鋼纖維，還可以提高混凝土的耐磨性能。研究學(xué)者利用標(biāo)號為C35普通混凝土和CF35的鋼纖維混凝土制作成5cm×5cm×5cm立方體試件進(jìn)行磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼纖維混凝土比普通混凝土的磨損損失降低了30%;鋼纖維混凝土的耐腐蝕性、抗凍性均比普通的混凝土要好。

　　二、鋼纖維混凝士在高層建筑中的應(yīng)用

　　1、鋼纖維混凝土在高層建筑梁柱節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用

　　20世紀(jì)70年代初，國外研究學(xué)者首次將鋼纖維混凝土引入到梁柱節(jié)點(diǎn)中，并進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)。通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鋼纖維混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、剛度、耗能能力以及梁柱節(jié)點(diǎn)的粘結(jié)錨固能力都比普通混凝土高出很多，體現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢，在混凝土框架上，鋼纖維混凝土的梁柱節(jié)點(diǎn)框架比普通混凝土的框架在延展性上提高了57%，荷載次數(shù)提高了15%，可見鋼纖維混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)能夠有效提高節(jié)點(diǎn)的抗震效果，這樣可以減少節(jié)點(diǎn)鋼筋的布置，降低節(jié)點(diǎn)混凝土的振搗難度。

　　國內(nèi)研究學(xué)者在國外研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的研究了鋼纖維混凝土在抗震方面的優(yōu)勢，如學(xué)者提出了扁梁結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)在高層建筑中可以有效解決梁柱節(jié)點(diǎn)裂縫問題，使得裂縫更加均勻、細(xì)小，可以有效防止混凝土脫落，并且鋼纖維混凝土提高了扁梁的節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和剛度以及初裂和極限承載力，改善了節(jié)點(diǎn)的延性。

　　2、鋼纖維混凝土在聯(lián)肢墻洞口的連梁中的應(yīng)用

　　高層建筑中，剪力墻和框架結(jié)構(gòu)組成了一個(gè)核心筒結(jié)構(gòu)，其中聯(lián)肢墻洞口的連梁不僅可以調(diào)節(jié)并且可以保證聯(lián)肢墻的側(cè)向剛度，有效的耗散地震能量，減少地震波對建筑物的損壞。通過一系列的靜力和動(dòng)力試驗(yàn)表明：逐漸改變連梁的變形能力，可以改善框架結(jié)構(gòu)的變形能力，而聯(lián)肢墻的強(qiáng)度和剛度性能良好的情況下，一旦出現(xiàn)了強(qiáng)烈地震，連梁就會(huì)表現(xiàn)出塑性變形能力，首先聯(lián)肢墻出現(xiàn)彎曲，耗散一部分地震能量，減少傳遞到建筑物上的能量，減少對建筑主體的破壞，達(dá)到減震的效果。但是在設(shè)計(jì)中，連梁的高跨比一般都比較大，其延性不足，容易出現(xiàn)剪切破壞，衰減了抗震效果，因此，高層建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師需要解決聯(lián)肢墻連梁的延性問題。國內(nèi)學(xué)者通過大量試驗(yàn)研究表明，如果在短梁混凝土中添加約1%的鋼纖維，就能夠改善混凝土的粘結(jié)能力，增強(qiáng)短梁的抗剪切效果，一旦出現(xiàn)動(dòng)荷載或者荷載方向改變時(shí)，不容易出現(xiàn)剪切破壞，增強(qiáng)了短梁的抗震能力。

　　3、鋼纖維混凝土對改善高強(qiáng)混凝土柱延性的應(yīng)用

　　在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到減少混凝土柱截面的面積，往往在結(jié)構(gòu)柱底部使用高強(qiáng)度的混凝土，但是高強(qiáng)混凝土有個(gè)致命的缺點(diǎn)——脆性大，延展性差，不能發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)勢。人們往往希望在柱底部抗壓強(qiáng)度很高的情況下，還能夠提高構(gòu)件的抗震能力，研究學(xué)者采取了很多方法，如在混凝土柱底部設(shè)置套箍，增強(qiáng)柱的抗剪能力;而在高強(qiáng)混凝土中添加適量的短鋼纖維，利用短纖維的粘結(jié)力，增強(qiáng)混凝土的抗剪效果，減少混凝土內(nèi)部微裂紋的形成，可見，在高強(qiáng)混凝土中添加適量的鋼纖維，能夠極大的提高混凝土的延性和抗震性。

　　三、鋼纖維混凝土的施工工藝

　　1、鋼纖維混凝土的配合比

　　為了保證添加的鋼纖維能夠發(fā)揮作用，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度對強(qiáng)度等級的要求，同時(shí)保證纖維能夠均勻分布在混凝土內(nèi)，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求確定配合比。根據(jù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值以及施工配置強(qiáng)度提高系數(shù)，確定出試配抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度，鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的確定：

　　其中， 為鋼纖維混凝土抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)值; 為與鋼纖維混凝土具有相同的配合材料、水灰比和相近稠度的素混凝土的抗折強(qiáng)度設(shè)計(jì)值; 為鋼纖維對抗折強(qiáng)度的影響系數(shù)(試驗(yàn)確定); 為鋼纖維體積率; 為鋼纖維長徑比。

　　根據(jù)試配抗壓強(qiáng)度計(jì)算水灰比，根據(jù)試配抗壓強(qiáng)度，確定鋼纖維體積率，一般澆筑成型的結(jié)構(gòu)范圍在0.5-2.0%之間;根據(jù)設(shè)計(jì)確定混合材料用量，確定出試配配合比。

　　2、鋼纖維混凝土的拌合

　　鋼纖維混凝土在攪拌中容易結(jié)團(tuán)，需要分批攪拌，一般每一次攪拌放入80%的量，優(yōu)先采用滾動(dòng)式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，以保證鋼纖維的分布均勻。鋼纖維混凝土攪拌的順序?yàn)椋捍旨��?rarr;鋼纖維→細(xì)集料→水泥。在攪拌中應(yīng)該注意鋼纖維分三批攪拌，邊攪拌邊加入黃砂和水泥，投入全部材料后攪拌2min左右，最后加入水濕拌1min。總攪拌時(shí)間不得超過6min，攪拌時(shí)間過長容易出現(xiàn)濕纖維結(jié)團(tuán)，在攪拌中一旦發(fā)現(xiàn)纖維結(jié)團(tuán)，應(yīng)該立即剔除，防止因此影響鋼纖維混凝土的質(zhì)量。

　　3、鋼纖維混凝土的澆筑和振搗

　　鋼纖維混凝土的澆筑及振搗工序與普通混凝土一樣，作為影響混凝土質(zhì)量重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，振搗效果將直接影響到鋼纖維混凝土的整體性和致密性。在振搗中應(yīng)該注意，鋼纖維混凝土的流動(dòng)性較差，容易在邊角處出現(xiàn)蜂窩，因此，在振搗過程中，優(yōu)先振搗邊角部位，邊角采用插入式振搗器振搗，然后用夯梁板來整平。

　　四、結(jié)論

　　綜上所述，鋼纖維混凝土作為一種新型復(fù)合材料，非常適用于高層建筑特殊部位的加固，不僅解決了這些部位延性、抗震等同題，還保證了整體結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。我國建筑行業(yè)在鋼筋混凝土的應(yīng)用和研究方面已經(jīng)積累了不少經(jīng)驗(yàn)，相信隨著我國科研工作的繼續(xù)深入和建筑業(yè)的快速發(fā)展，鋼纖維混凝土施工技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用將越來越廣泛。

　　【參考文獻(xiàn)】

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　　2、竇小建 淺談鋼纖維混凝土 山西建筑 2009

　　3、黎海堅(jiān) 鋼纖維混凝土施工技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用 2010