一、钢纤维简介

钢纤维是指以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比(纤维长度与其直径的比值,当纤维截面为非圆形时,采用换算等效截面圆面积的直径)为40~80的纤维。

不同的制取方式产出的钢纤维性能也不一样。虽然钢纤维问世不久,但应用已经越来越广泛,种类也越来越多。因制取方法的不同钢纤维的性能有很大不同,如冷拔钢丝拉伸强度为380-3000MPa、冷轧带钢剪切法拉伸强度为600-900MPa、钢锭铣削法为700MPa;钢水冷凝法虽为380MPa,但是适合生产耐热纤维。其中切断型钢纤维应用广泛,抗拉强度高。以低碳合金为基材,在金属晶体温度一下使用冷拔技术生产出的切断型钢纤维,抗拉强度可达1150-3000MP。广泛应用于工业地坪(物流、冷库、室外、仓储)加固以及开裂情况的改善。

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二、钢纤维的种类划分

钢纤维问世的时间不长,但应用领域越来越广泛,与此相应,钢纤维的品种也再不断增多。

1.按外形划分:平直形钢纤维(a)、压棱形钢纤维(b)、波形钢纤维(c)、弯钩形钢纤维(d\e)、大头形钢纤维(f)、双尖形钢纤维(g)、集束钢纤维(h)等等。

2.按截面形状划分:圆形(a)、矩形(b)、槽型(c)、不规则性(d)

3.按生产工艺划分:切断钢纤维(用细钢丝切断);剪切钢纤维(用薄钢板、带钢剪切);铣削型钢纤维(用厚钢板或钢锭切削);熔抽钢纤维(用熔融钢水抽制)。最有前途的是溶抽钢纤维,价格最低。

4.按材质划分:

碳钢纤维(抗拉强度一般在300~2500MPa);

不锈钢纤维(按材质有304,310,330,430,446等);

其他金属纤维(铝纤维、铜纤维、钛纤维以及合金纤维)。

5.按表面涂覆状态划分:

无涂覆层,表面涂环氧树脂,镀锌等。工业上大量使用的是无涂覆层的普通钢纤维。

6.按施工工艺分类:喷射用、浇注用。

7.按直径尺寸分类:

普通钢纤维(直径d>0.08mm);

超细钢纤维(直径d≤0.08mm);

超细钢纤维主要用于增强塑料及石棉摩擦材料。

三、钢纤维的主要性能

1、钢纤维混凝土

为增强砂浆或混凝土而加入的、长度和直径在一定范围内的细钢丝。常用截面为圆形的长直钢纤维,其长度为10~60毫米,直径为0.2~0.6毫米,长径比为30~100。为增加纤维和砂浆或混凝土的界面粘结,可选用各种异形的钢纤维,其截面有矩形、锯齿形、弯月形的;截面尺寸沿长度而交替变化的;波形的;圆圈状的;端部放大的或带弯钩的等。由于钢纤维与混凝土基体的界面粘结主要是物理性的,即以摩擦剪力的传递为主,因此对钢纤维本身来说,应该从纤维表面和纤维形状两个方面来改善其粘结性能。

具体的方法有下列四种:

1.使钢纤维表面粗糙化、截面呈不规则形。

2.沿钢纤维轴线方向按一定间距对纤维进行塑性加工。

3.使钢纤维的两端异形化。

4.对钢纤维表面涂覆环氧树脂和表面微锈化处理。

纤维的增强效果主要取决于基体强度(fm),纤维的长径比(钢纤维长度l与直径d的比值,即I/d),纤维的体积率(钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数),纤维与基体间的粘结强度(τ),以及纤维在基体中的分布和取向(η)的影响。当钢纤维混凝土破坏时,大都是纤维被拔出而不是被拉断,因此改善纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素之一。

加入钢纤维的混凝土其抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度、韧性、冲击韧性等性能均得到较大提高。

钢纤维混凝土具有与普通混凝土一样的搅拌、运转和施工性能,纤维在混凝土中不会结球,分布均匀,可在商品混凝土搅拌站进行生产并能用于泵送施工。铣削钢纤维混凝土的早期坍落度损失较大,30分钟损失32%,2小时损失42%。钢纤维混凝土的实际工作性优于相同的坍落度的普通混凝土。钢纤维混凝土具有良好的材料性能,与普通混凝土相比,其抗压强度提高2~20%;弯拉强度提高20~50%;劈裂抗拉强度提高20~40%;耐磨性能提高40%左右,其物理力理性能完全可以满足城市道路工程及检查井盖等配套构件需求技术指标。钢纤维粗糙而洁净的表面,能与混凝土中的水泥浆体牢固的结合,这是铣削钢纤维提高混凝土各种性能的根本原因。

2、钢纤维道路

钢纤维是一种新、高性能的钢纤维品种。钢纤维道路的配合比设计方法大体与普通混凝土相同,不同点为:强度双控标准(抗压强度和弯拉强度);钢纤维掺量根据设计要求的弯拉强度确定;单位用水量和砂率与纤维掺量有关,每掺加0.5%(体积率)钢纤维,单位用水量增加6kg,砂率增大2%。

3、钢纤维的其他用途

此外,高强钢钎维混凝土在铁道轨枕预制、高速公路伸缩缝、水泥砼道面等预制、现浇、生产施工等方面均已得到大量应用,其优良性能完全可以取得良好的技术经济和社会环境效益。

四、钢纤维的硬度

无论哪一种加工方法制造的钢纤维,在加工过程中都遇到高热和急剧冷却,相当于淬火状态。因此钢纤维的表面硬度都较高。用于混凝土补强进行搅拌时很少发生弯曲现象。如果钢纤维过硬过脆,搅拌时也易折断,影响增强效果。在熔抽法生产钢纤维时,从熔抽轮下离心喷出的钢纤维仍处于高温状态,必须用滚筒或振动输送方法分散并进行冷却。否则钢纤维聚集,热量难以散发,反而起退火作用。