钢纤维高强混凝土抗压性能试验分析
黄松 （中铁大桥局第六工程有限公司湖北省武汉市３３２００４） 摘要：随着现代建筑业的发展，越来越多的新型建筑材料被应用到施工中，本文通过对钢纤维混凝土的试验，研究出钢纤维混 凝土组成形式和钢纤维在混凝土中起到的抗压性能，并且得到了钢纤维类型及体积是影响高强混凝土强度的主要原因，以及钢纤维 高强混凝土的物理性能要优于普通混凝土。 关键词：钢纤维；优点；强度；体积；尺寸 中图分类号：ＴＵ５２８．５７２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—７３４４（２０１３）１６—０３４６—０２ 引言 钢纤维混凝土是由纤维型材料和传统混凝土配给而成的复合型材 料，它的主要性能来自混凝土基体的基本特性以及纤维特性，它对结构 的体积率和界面有着一定的粘结性能，所以在截面和混凝土效应的挥发 上，钢纤维会混凝土耐力和韧性的增强有着十分关键的能力。并且在粘 结性能中对混凝土的耐力和韧性发挥有着很好的促进作用 ｌ钢纤维高强混凝土的优点 我们在实践中发现普通的纤维混凝土在凝结过程中会因粘结面过 早结合而失效，所以会导致纤维的强度降低发挥不了充分的效果。钢纤 维高强混凝土是利用钢纤维和将混凝土表面的粘结通过化学反应而进 行增强，使其韧性和耐久性得到不同程度的提高。与传统普通强度的混 凝土相比，钢纤维高强混凝土的孔隙率很小，使混凝土中的水泥浆的强 度和骨料与截面间的差别也较小，使钢纤维更加的接近混凝土材料，使 混凝土基体与混凝土界面间的排斥逐渐缩小。由于钢纤维混凝土更加贴 近混凝土，使钢纤维高强混凝土的物理性能远远高出了普通强度混凝土 的物理性能。钢纤维的加入使混凝土的形态发生改变，尤其是脆性材料 展现了更强的延展性，并且扩大了混凝土的应用范围，随着我国工程建 设能力的不断加强，钢纤维高强度混凝土的实用性将越来越广，越来越 多的建筑结构都将应用到这种混凝土，使钢纤维高强度混凝土的应用领 域越来越广。 目前虽然我们对高强度混凝土的物理性能进行了大量的研究，但是 由于钢纤维高强度混凝土这种材料的使用历史非常短，在《钢纤维混凝 土结构设计与施工规程》并没有对这种材料的介绍，我相信随着可续技 术的发展这种材料的更多性能会被我们开发出来。 ２材料性能试验 试件设计： （１）钢纤维类型：在本次试验中我们对钢纤维进行分类，将其分为切 断弓型、剪切波纹型、铣削型三种。不同体积的钢纤维采用不同的配合比 （具体形式见表１）。 表１不同类型钢纤维的特征参数 纲纤维类型 平均长度ｌ （ｒａｍ） 等效直径 （ｍＩＩ１） 长径比（Ｉ／ｄ） 铣削型 ３２．３１２ Ｏ．９４３６ ３４．２４ 切断弓型 ３０．５２９ ０．５５９２ ５４．６Ｏ 剪切波纹型 ３２．４２６ ０．５６４８ ５７．４１ （２）试件尺寸：为了更好的对钢纤维高强混凝土进行研究，我们采用 了不同的混凝土尺寸，具体尺寸规格为：２０ｅｍ￣２０ｃｍｘ２Ｏｃｍ：１５ｃｍ￣１５ｃｍｘ １５ｃｍ；１０ｃｍｘｌ０ｃｍｘｌＯｃｍ三种。 （３）原材料：在原材的选择上我们使用的水泥为４２．５普通硅酸盐水 泥；中粗砂的模数为２．９１；粗骨料为５－２５ｍｍ级配碎石；添加剂型号为 ＦＤＮ一１型。 （４）混凝土配合比：为了更明显的检验钢纤维高强度混凝土的强度， 我们将其强度定为Ｃ６０．其配合比为：（水泥）：（水）：（砂）：（石）：（高度减 水剂）＝１：０＿３：１．２７：２．４６：０．０１２。为了防止出现材料差异，用做比较的普通 纤维混凝土使用同一盘材料进行搅拌。
【专题研讨】
不同品种钢纤维混凝土力学性能的对比试验研究
张贵国
（北京工业职业技术学院，北京１０００４３）
摘要：把建筑工程中常见的七品种钢纤维，制作成钢纤维混凝土试块，然后对这些钢纤维混凝土试块进行抗压和劈 裂试验，通过对比这七品种钢纤维混凝土的抗压强度和劈裂强度的不同，对铜纤维混凝土力学性能研究和工程实践具
有重要的意义。 关键词：钢纤维混凝土；力学性能；对比试验研究 中图分类号：Ｇ７１０ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４—９３２４（２０１３）１卜０１７８—０２
钢纤维混凝土（Ｓｔｅｅｌ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｅｒｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，
ＳＦＲＣ）是在普通混凝土中均匀掺人一定量钢纤维组成的
一种复合材料。因钢纤维在混凝土中均匀乱向分布，在受
载过程中限制和滞后了混凝土基体的裂缝发展，使脆性的
混凝土变为具有良好韧性的水泥基复合材料，从而具有较
高抗震、抗裂、抗冲击性能，能改善混凝土抗拉、抗压、抗剪
和耐磨性能。有关研究资料表明，钢纤维混凝土在破坏时，
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。由此可 见钢纤维混凝土中钢纤维的大小、形状、端部状态、长径
比、加工方法等，对钢纤维混凝土的力学性能具有决定性
的影响。本课题通过七种钢纤维混凝土的抗压和劈裂试
验，对它们的力学性能进行了比较。
为了实施试验，宏瑞莱（北京）科技有限公司为我们提
供了七种钢纤维，它们分别为长弓型钢纤维、短弓型钢纤
维、大波纹型钢纤维、小波纹型钢纤维、哑铃型钢纤维、剪
切波纹型钢纤维和镀铜微丝钢纤维。各钢纤维的规格尺寸
如表１：
表１钢纤维的规格尺寸
长弓型 短弓型 大波纹型 小波纹型 剪切波纹型 哑铃型 镀铜微丝
断面形状 圆形 圆形 矩形 矩形 矩形 圆形 圆形 总长（ｎｌｔｎ） ３５．６Ｏ ２２．１Ｏ ３８．１８ ３１．５９ ４２．４】 ３５．Ｏ２ １３．ＯＯ 净长（ｍｍ） ２４．２Ｏ １３．０Ｏ ３８．１８ ３１．５９ ４２．４１ ２８．８Ｏ １３．ＯＯ 直径（ｍｍ） ０．７５ Ｏ．６３ ０．５Ｏ ０．２０ 宽度（１２１１１１） ２．３５ １．７５ 】．１４
４ 低温建筑技术 ２０１２年第１Ｏ期（总第１７２期）
钢纤维形状对混凝土力学性能的影响
金永泰 （黑龙江省建筑设计研究院． 哈尔滨１５０００１） 【摘要】 研究了钢纤维形状对Ｃ３０、Ｃ４０和Ｃ５０三个强度等级混凝土抗压强度、抗折强度、劈拉强度和粘 结强度的影响。结果表明：钢纤维形状对混凝土抗压强度影响不大，但对抗折强度、劈拉强度和抗拔出性能均有 不同程度的影响，哑铃型钢纤维所配制混凝土的各项性能最优，平直形最差。 【关键词ｌ钢纤维；混凝土；力学性能 【中图分类号】ＴＵ５２８．５７２ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１００１—６８６４（２０１２）１０—０００４—０２ ０ 引言 普通混凝土属于典型的脆性材料，其抗压强度较 高，而抗拉强度相对较低，而纤维混凝土则具有较高 的抗折、抗拉、抗裂性能和较好的韧性、延性等，同时， 对混凝土抗渗、抗冻、等耐久性能也具有一定的改善 效果，因此，近年来在公路、桥梁、水工等建筑工程领 域得到了大量的应用…。 钢纤维混凝土是指在普通混凝土中掺入一定量 的低碳钢、不锈钢或者玻璃钢纤维后，所形成的一种 多向配筋混凝土。钢纤维具有不同的材质、生产工艺 和形状，其中，钢纤维的外形和截面形状是影响其与 水泥砂浆基体粘结强度的最主要因素，而钢纤维与水 泥砂浆基体的粘结强度是影响钢纤维混凝土抗拉、抗 裂等性能的重要指标 ｊ】。钢纤维自身的弹性模量较 高，抗拉强度亦高出混凝土数倍，钢纤维混凝土的破 坏形式通常为钢纤维被拔出，因此，为提高钢纤维混 凝土整体性能，钢纤维形状的选取至关重要。 钢纤维按外形可分为长直形、波浪形、哑铃形、弯 钩形、压痕形和扭曲形 其截面形状主要有圆形、矩 形、月牙形及不规则形。文中主要研究相同掺量条件 下，钢纤维外形、对不同强度等级混凝土力学性能的 影响。 １原材料及配合比 试验采用Ｐ・０４２．５普通硅酸盐水泥；Ｉ级粉煤 灰，需水量比９４％；细度模数２．８的中砂；５～２０ｒａｍ连 续级配碎石；减水率２０％的萘系高效减水；选低碳钢 纤维，形状分别为长直形、扭曲形、弯钩形和哑铃型， 长度为３０ｒａｍ，当量直径０．５ｍｍ，掺量均为８０ｋｇ／ｍ 。混 凝土设计强度等级Ｃ３０、ＣＡ０和Ｃ５０，考虑到钢纤维混 凝土拌合较困难，将砂率确定为４０％，在计算的基础 上，结合经验确定水泥用量及水灰比，混凝土配合比 见表１。 钢纤维易结团、钢纤维混凝土流动性较差、成型 时不易捣实，因此，须严格控制搅拌和振捣工艺。混 凝土拌合时，为防止钢纤维结团而影响混凝土的均匀 性，首先将粗集料和钢纤维倒人搅拌机干拌Ｉｍｉｎ，然 后加入细集料和水泥，继续干拌ｌｒａｉｎ，之后边加入溶 有减水剂的水搅拌３ｍｉｎ。装模成型时，先用捣棒均匀 插捣，边角处尤其重要，之后置于振动台上振动、抹 平。面层抹平过程中，需注意将直立、高于表面的钢 纤维清除或二次抹平。 表１ 混凝土配合比 水泥 水 粉煤灰 砂 石 钢纤维减水剂 ／ｋｇ・ｍ一 ／ｋｇ・ｍ一 ／ｋｇ・ｍ一 ／ｋｇ・ｍ一 ／ｋｇ－ｍ一 ／ｋｇ・ｍ一 ／％
纤维再生混凝土力学性能试验及其本构关系研究
随着我国建筑行业的快速发展,大量废旧建筑被拆迁,产生的建筑垃圾也日益增多,建筑垃圾不但对生态环境造成严重的破坏而且占用大量空地、浪费城市空间。因此,废弃混凝土的回收再利用被公认是处理这些问题的最佳途径。
本文依据Fathifazl提出的等体积砂浆法为理论依据,由再生粗骨料代替部分天然粗骨料,由硅灰和粉煤灰代替部分水泥,通过掺入适当的减水剂、改变砂率,配制C30再生混凝土,并在此基础上分别外掺钢纤维和聚丙烯纤维。对纤维再生混凝土轴心抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度进行试验研究,分析上述两种纤维不同掺量对力学性能的影响,结果表明随着再生混凝土中掺入纤维的增多,力学性能得到显著提高。
为了成功地测得单轴受压的应力-应变全曲线,在分析已有试验方法的优劣基础上,找出一种适合自己试验的方法,采用等应变加载的方式,成功地测出单轴受压的应力-应变全曲线。对全曲线的上升段和下降段分别采用多项式和有理分式拟合,用Origin对试验数据分析掺入钢纤维的再生混凝土,得出全曲线上升段参数取值范围为2.420~2.808,下降段参数取值范围为1.995~4.470。
掺入聚丙烯纤维的再生混凝土,全曲线上升段参数取值范围为2.480~3.622,下降段参数取值范围为1.590~2.254。对不同纤维掺量再生混凝土进行单轴受压试验,整理全曲线的试验数据,获得不同纤维掺量的全曲线,结果表明随着纤维掺量增加,全曲线的上升段变得陡峭,下降段变得平缓。
分析全曲线特征参数,结果显示峰值应力、峰值应变、弹性模量随着纤维掺量的增加而增大,泊松比则无明显变化。
