纤维混凝土路面PPT

纤维混凝土路面2015年10月纤维混凝土路面Fiberconcretepavement纤维混凝土路面2015年10月I.国内外对纤维混凝土路面的研究与应用II.纤维混凝土中原材料介绍III.钢纤维混凝土的路用性能研究目录纤维混凝土路面2015年10月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Ⅰ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1966年美国混凝土学会增设纤维混凝土委员会（ACICommitee544）。70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10㎝和15㎝的两种罩面层。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。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C75）可是混凝土耐磨性能提高52%，并减少34.4%的材料损失墨西哥城自1989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125～200mm,取消任何加强钢筋。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Ⅰ国内外对纤维混凝土路面的研究与应用我国于20世纪70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1986年起，我国每两年举办一届全国性的纤维混凝土国际会议。1996年山东济青高速公路全线使用纤维混凝土加固。2004年广东省S358公路惠阳段铺筑了聚丙烯纤维混凝土试验路段，经检查验收，质量等级被评为优级。纤维混凝土在道路中的应用理论成果《钢纤维混凝土结构设计与施工规范》《钢纤维混凝土试验方法》《聚丙烯纤维混凝土材料规范》《纤维混凝土结构技术规程》等纤维混凝土路面2015年10月Ⅱ纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土原材料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纤维混凝土中水泥水泥特性：采用强度高、干缩性小、抗磨性好的的水泥。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。用量：普通混凝土路面水泥不易少于300kg/m³,纤维改性混凝土路面在340～380kg/m³。纤维混凝土路面2015年10月Ⅱ纤维混凝土中原材料介绍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很大的影响，直接关系到钢纤维的作用效果。石料技术等级≥3针片状颗粒含量（%）≤15压碎值16～20硫化物及硫酸盐含量（%）≤1磨耗率≤4含泥量（冲洗法%）≤1纤维混凝土路面碎石的技术要求纤维混凝土路面纤维混凝土碎石的标准级配范围级配范围粒径（mm）筛孔尺寸（圆孔，mm）40302520151052.5通过百分率（以质量计，%）连续级配5～4095～10055～6939～5425～4014～275～150～55～3095～10067～7744～5925～4011～243～110～55～2095～10055～6925～405～150～5钢纤维混凝土中碎石的最大粒径不宜大于20mm，碎石最大粒径与钢纤维长度之比等于1/2时，钢纤维对混凝土的增强效果最好；当二者之比大于1/2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粘结；当二者之比小于1/2时，钢纤维过长，其分布均匀性和增强效果同样会受到影响。Ⅱ纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土路面2015年10月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2.3～3.2之间，即采用中砂或粗砂。Ⅱ纤维混凝土中原材料介绍含泥量（冲洗法，%）≤3云母含量（质量，%）≤2硫化物及硫酸盐含量（%）≤1轻物质含量（质量，%）≤1有机物含量（比色法）颜色不深于溶液的颜色标准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Ⅱ纤维混凝土中原材料介绍SA筛孔尺寸（mm）圆孔方孔1052.51.250.600.300.15通过百分率（以质量计，%）10090～10075～10050～9030～598～300～10纤维纤维根据形状、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6～150mm，厚度为0.005～0.75mm。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Ⅱ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）和植物纤维等纤维混凝土路面2015年10月钢纤维钢纤维是一种短小、长度不连续、长径比约为20～100、有若干种截面形状的钢质纤维。美国ＡＳＴＭＡ８２０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１.５％的钢纤维可以使混凝土的拉伸强度提高４０％，抗弯强度增加５０％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３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１.５％的钢纤维可以使混凝土的拉伸强度提高４０％，抗弯强度增加５０％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３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１.５％的钢纤维可以使混凝土的拉伸强度提高４０％，抗弯强度增加５０％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３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１.５％的钢纤维可以使混凝土的拉伸强度提高４０％，抗弯强度增加５０％Ⅱ纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土路面2015年10月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Ⅱ纤维混凝土中原材料介绍优增强混凝土的耐磨性吸水性无相对密度０.９１纤维长度１２～１５ｍｍ熔点１６０～１７０℃燃点５９０℃热传导能力低抗酸碱能力高张拉强度５６０～７７０Ｍｐａ弹性模量３５０ＭＰａ纤维混凝土路面2015年10月部分典型纤维的性能纤维种类相对密度g/cm³直径（μm）拉伸强度(MPa)弹性模量（MPa）断裂应变（%）钢纤维7.8010～1000500～26002100000.5～3.5玻璃纤维E2.548～152000～4000720003.0～4.8碳纤维1.908～101800～2600230000～3800000.5～1.5丙烯酸纤维1.185～17200～100017000～1900028～50尼龙纤维1.14231000520020聚丙烯纤维0.9020～200450～7003500～52006～15聚酯纤维1.3810～80280～120010000～1800010～50木纤维1.5025～125350～200010000～40000黄麻纤维1.02～1.04100～200250～35025000～3200001.5～1.9竹纤维1.5050～400350～50033000～40000Ⅱ纤维混凝土中原材料介绍纤维混凝土路面2015年10月III.钢纤维混凝土的性能分析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钢纤维混凝土的性能III.钢纤维混凝土的性能分析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。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III.钢纤维混凝土的性能分析表明随着钢纤维掺量的增加，混凝土的轴拉初裂强度及轴拉极限强度在稳步提高。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。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。DRAGONBOATFESTIVALIII.钢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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LOREMIPSUMDOLOR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，推迟了基体的初裂点、峰值挠度点和极限挠度的出现，提高了材料的抗折强度。III.钢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DRAGONBOATFESTIVAL钢纤维混凝土抗裂性钢纤维混凝土的抗裂性指材料抵抗开裂的能力，