鋼纖維制造方法與性能

鋼纖維的制造方法

用與鋼纖維混凝土的鋼纖維主要有四種制造方法（請參考上圖2—3），以下是詳細(xì)資料：

⒈鋼絲切斷法

這種加工方法比較簡單（圖2-4），一般利用小直徑0.4-0.8mm的冷拔鋼絲為原料，’按照規(guī)定的長度把鋼絲切成短纖維。用這種方法生產(chǎn)鋼纖維的抗拉強(qiáng)度，遠(yuǎn)高于其它方法加工成的鋼纖維，可達(dá)1000-2000MPa.

加工手段可以用切刀、沖床。為了提高效率，常用旋轉(zhuǎn)刀具切斷。由于冷拔鋼絲價格昂貴，這種方法生產(chǎn)的鋼纖維成本較高。此法生產(chǎn)鋼纖維的另一缺點(diǎn)是表面較光滑，與混凝土等基體的粘結(jié)強(qiáng)度較小。為了增加鋼纖維與混凝土等基體的粘結(jié)強(qiáng)度，常常采用改變鋼纖維的外形，即通過生產(chǎn)異形鋼纖維的辦法加以解決，常見的方法有三種：

⑴壓棱法：在切斷鋼絲前，用進(jìn)給鋼絲的夾送輥在鋼絲上

壓出棱形凹坑（如圖2-1,b）。

⑵波形法：在切斷鋼絲前，用進(jìn)給鋼絲的夾送輥將鋼絲壓

成波形后再切斷（如圖2一1，c）。

⑶彎鉤法：在切斷鋼絲前，用進(jìn)給鋼絲的夾送輥等距離地壓出彎鉤狀再切斷（如圖2,d)

圖2.e所示的鋼纖維，產(chǎn)品名稱為“DRAMⅨ"。生產(chǎn)時常用水溶性粘結(jié)劑將其集束粘結(jié)在一起，從而起到縮小長徑比的作用（圖2,h）。這種集束鋼纖維投入混凝土攪拌機(jī)后，粘結(jié)劑很快溶解于水，鋼纖維則均勻分布在混凝土中。

2.薄板剪切法

薄板剪切法是吧冷軋薄鋼板切成鋼纖維的方法，剪切前用特制的小型縱剪機(jī)將薄冷軋卷板剪成帶鋼卷，帶鋼卷的寬度和鋼纖維的長度相同，然后將帶鋼卷連續(xù)不斷地送入旋轉(zhuǎn)刀具或普通沖床切斷（如圖2-3,b），旋轉(zhuǎn)刀具的軸與薄板進(jìn)給方向互相垂直。原材料一般采用退火的冷軋鋼板，為提高強(qiáng)度也可以使用未退火的冷軋鋼板。

⒊鋼錠銑削法

所用原材料為厚鋼板或鋼錠，用旋轉(zhuǎn)的平刃鐵刀進(jìn)行切削制成的鋼纖維（如圖2一3）.切削時，鋼纖維將產(chǎn)生很的塑性變形，軸間發(fā)生扭曲，可以增大與混凝土等基體的粘結(jié)力。若以普通低碳鋼為原材料時，切削成的鋼纖維經(jīng)加工硬化后，其弧度約為母材的兩倍半，成為一種高強(qiáng)度、高硬度的鋼纖維。

⒋熔鋼抽絲法

如圖2-3,d所示，用電爐將廢鋼熔融成1500-1600℃的鋼液，然后在鋼液表面上，以一個高速旋轉(zhuǎn)的熔抽輪接近鋼液，熔抽輪上按照所需鋼纖維的要求，刻出許多槽形。當(dāng)溶抽輪下降到液面時，鋼液被槽刮出，被高速旋轉(zhuǎn)的熔抽輪的離心力拋出，以10000℃/秒的速度冷卻成形.熔抽輪內(nèi)必須通水，以保持冷卻速度。

熔抽法生產(chǎn)鋼纖維是目前世界上有前途的鋼纖維生產(chǎn)方法。它的原材料來源廣泛，各種廢鋼都可利用.由于原料成本很低，制造工藝簡單；生產(chǎn)效率很高，因此，這種鋼纖維價格便宜。

由于熔抽法利用電爐熔化鋼水，因此可以較方便地調(diào)整鋼液

的化學(xué)成分，從而生產(chǎn)出各種材質(zhì)的鋼纖維和其它金屬纖維。改

變?nèi)鄢檩喩峡滩鄢叽纾�熔抽輪的轉(zhuǎn)速和浸入深度，就可以改變鋼

纖維的幾何尺寸。這種方法免除了上述三種方法從煉鋼到軋鋼、

撥絲（或軋板）等繁雜的過程，使熔觸鋼水一次成形，加工成.

終產(chǎn)品，其經(jīng)濟(jì)效果是很顯著的。

目前，世界上只有、英國、日本和中國掌握了熔抽法生

產(chǎn)鋼纖維的生產(chǎn)技術(shù)。慶安鋼鐵廠從引進(jìn)的全套熔抽法鋼纖

維生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備巳于86年7月9日正式投入生產(chǎn)，生產(chǎn)出的多

種不銹鋼纖維、普碳鋼纖維、超細(xì)鋼纖維、鋁纖維已大量供應(yīng)市場

鋼纖維的主要性能

鋼纖維是一種新、高性能的鋼纖維品種。鋼纖維道路的配合比設(shè)計方法大體與普通混凝土相同，不同點(diǎn)為：強(qiáng)度雙控標(biāo)準(zhǔn)（抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度）；鋼纖維摻量根據(jù)設(shè)計要求的彎拉強(qiáng)度確定；單位用水量和砂率與纖維摻量有關(guān)，每摻加0.5%（體積率）鋼纖維，單位用水量增加6kg，砂率增大2%。

鋼纖維混凝土具有與普通混凝土一樣的攪拌、運(yùn)轉(zhuǎn)和施工性能，纖維在混凝土中不會結(jié)球，分布均勻，可在商品混凝土攪拌站進(jìn)行生產(chǎn)并能用于泵送施工。銑削鋼纖維混凝土的早期坍落度損失較大，30分鐘損失32%，2小時損失42%。鋼纖維混凝土的實際工作性優(yōu)于相同的坍落度的普通混凝土。鋼纖維混凝土具有良好的材料性能，與普通混凝土相比，其抗壓強(qiáng)度提高2～20%；彎拉強(qiáng)度提高20～50%；劈裂抗拉強(qiáng)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滿足城市道路工程及檢查井蓋等配套構(gòu)件需求技術(shù)指標(biāo)。鋼纖維粗糙而潔凈的表面，能與混凝土中的水泥漿體牢固的結(jié)合，這是銑削鋼纖維提高混凝土各種性能的根本原因。

此外，高強(qiáng)鋼釬維混凝土在鐵道軌枕預(yù)制、高速公路伸縮縫、水泥砼道面等預(yù)制、現(xiàn)澆、生產(chǎn)施工等方面均已得到大量應(yīng)用，其優(yōu)良性能完全可以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會環(huán)境效益。

一、粘結(jié)性

由于鋼纖維與混凝土基體的界面粘結(jié)主要是物理性的，即以摩擦剪力的傳遞為主，因此對鋼纖維本身來說，應(yīng)該從纖維表面和纖維形狀兩個方面來改善其粘結(jié)性能。具體的方法有下列四種。

1。使鋼纖維表面粗糙化、截面呈不規(guī)則形。采用熔抽法生產(chǎn)就能達(dá)到這個目的。因為鋼纖維在遇空氣急劇冷卻時，表面收縮不均勻而變得粗糙，同時截面也收縮成月牙形，增加與基體的接觸面積。銑削型鋼纖維一個表面光滑，另一個表面粗糙，也增加了與混凝土的接觸面積

⒉沿鋼纖維軸線方向按一定間距對纖維進(jìn)行塑性加工。例如日本神戶制鋼公司的“信柯”鋼纖維雷邦公司的“XOREX"鋼纖維（圖2-1,c）以及慶安鋼鐵廠的“S-2”和“S--3"號鋼纖維。由于表面壓成棱形，或壓成波形，增加了機(jī)械粘結(jié)力。

⒊使鋼纖維的兩端異形化。如鋼錠銑削型鋼纖維兩端帶有錨固臺；貝克爾公甸的"DRAMⅨ"鋼纖維（圖2-1,e）和慶安鋼鐵廠的“S-4'和as-so型鋼纖維，.都是在兩端制成彎鉤；還有熔抽法抽取的大頭形鋼纖維。由于兩端的錨固作用，提高了抗撥力。

⒋對鋼纖維表面涂覆環(huán)氧樹脂和表面微銹化處理。這種方法對界面粘結(jié)強(qiáng)度的提高不如前幾種方法，但也有一定的增強(qiáng)效果.

小林一輔、比利時列日大學(xué)和章文綱等的試臉都證明有彎鉤的鋼纖維比平直鋼纖維的增強(qiáng)效果提高約一倍，小林一輔的試驗說明壓棱鋼纖維的效果接近有彎鉤的鋼纖維。這些異形鋼纖維不但提高了鋼纖維的強(qiáng)度，并且提高了韌度。波形鋼纖維雖然對提高鋼纖維混凝土強(qiáng)度的作用不大，但是能成倍地

提高韌度。

二：硬度

無論哪一種加工方法制造的鋼纖維，在加工過程中都遇到高

熱和急劇冷卻，相當(dāng)于淬火狀態(tài)。因此鋼纖維的表面硬度都較

高。用于混凝土補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行攪拌時很少發(fā)生彎曲現(xiàn)象。如果鋼纖維

過硬過脆，攪拌時也易折斷，影響增強(qiáng)效果。

在熔抽法生產(chǎn)鋼纖維時，從熔抽輪下離心噴出的鋼纖維仍處

于高溫狀態(tài)，必須用滾筒或振動輸送方法分散并進(jìn)行冷卻。否則

鋼纖維聚集，熱量難以散發(fā)，反而起退火作用。

三：耐腐蝕性

關(guān)于鋼纖維混凝土耐腐蝕試驗的介紹可知，開裂的鋼纖維混凝土構(gòu)件在潮濕的環(huán)境中，裂縫處的混凝土碳化，碳化區(qū)的鋼纖維銹蝕，碳化深度和銹蝕程度隨時間增長而發(fā)展，對鋼纖維混凝土來說，主要是利用裂后弧度和裂后韌性，雖然裂縫寬度比鋼筋混凝土小，但是終究是有裂縫的，故此應(yīng)對在潮濕環(huán)境中，特別是在海濱使用的鋼纖維混凝土采取防防銹蝕措施. 試臉證明，在保證鋼纖維混凝土構(gòu)件具有同等承載能力的前提下，采用直徑較大的鋼纖維，能提高耐腐蝕性， 采用涂復(fù)環(huán)氧樹脂或鍍鋅的鋼纖維，將能提高耐腐蝕性，如果施工工藝許可的話，可只在混凝土表層1-2cm采用這種鋼纖維，必要時也可以采用不誘鋼纖維。