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钢纤维含量对树脂混凝土力学性能的影响

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第21卷第6期 辽宁工程技术大学学报 2002年12月 Vol.21 No.6 Journal of Liaoning Technical University Dec. 2002

收稿日期：2002-03-13 作者简介：于英华（１９６５－），女，吉林　靖宇县人。硕士，副教授。本文编校：唐巧凤

文章编号：1008-0562(2002)06-0780-03

钢纤维含量对树脂混凝土力学性能的影响

于英华，刘敬福，李智超 （辽宁工程技术大学 机械学院，辽宁 阜新 123000） 摘 要：树脂混凝土是一种新型机床结构材料，由于其优良的阻尼性能使其在精密机床制造业上有着广泛的应用。但是由于其抗压、

抗拉、及抗剪强度低，限制了其进一步应用。采用钢纤维增强树脂混凝土是一个新的发展方向。经力学实验表明，在树脂混凝土内填加钢纤维可使其抗剪强度、抗压强度、劈裂抗拉强度有明显提高，并且其韧性和耐磨性均有一定提高。钢纤维掺量在某一范围内有最佳的增强效果。 关键词：树脂混凝土；钢纤维；抗剪强度；抗压强度

中图号：TB 331 文献标识码：A

０ 引 言　 树脂混凝土是一种以花岗岩等无机矿物为填料，环氧树脂为粘结剂，通过聚合反应固化成型的，是一种高充填的矿物/聚合物基复合材料。由于该材料阻尼比为铸铁的5～6倍以上，已成为机械制造中新兴的工程结构材料。用其制造机床及构件，可显著提高机床的动态特性，提高加工零件的质量[1]。树脂混凝土也存在抗压强度、韧性低于铸铁的力学性能问题，因此如何进一步提高树脂混凝土力学性能，是国内外研究关注的内容[2]。本文采用钢纤维增强的办法，以求进一步提高树脂混凝土的相关力学性能。 １ 实验材料及方法　１．１ 实验材料 基料采用E-44、E-51环氧树脂。增韧剂为磷苯二丁酸（DBP）。T31改性胺为固化剂。 骨料选用天然花岗岩，粗骨料粒径2.5~10 mm细骨料粒径0.31~2.5 mm，按实验确定的最佳配比选配使用。以粉煤灰作填料。 直径为0.012 cm长度为1.2 cm的不锈钢纤维。并采用KH-550进行表面处理。 １．２ 树脂混凝土配置 将E-44、E-51、DBP、T31、粗骨料、细骨料、填料经严格称量、搅拌、成型、固化制成不同规格力学性能试样。在配制树脂混凝土时分别按0、14.1、17.0、19.8、22.6(kg/m3)比例加入钢纤维，钢纤维混杂加入，乱向分布在树脂混凝土基体中。这样即制成钢纤维增强树脂混凝土。

１．３ 力学性能测试[3]

（1）抗剪强度测试 采用边长5.0 cm立方体试样在YE-200A型液压试验机进行剪切试验，加压方式如图1。剪切角为45°。 为测定树脂混凝土骨料间抗剪强度，部分试样加载时剪切角分别 为45°、55°、65°，以便进行凝聚力和摩擦角计算。 （2）抗压强度 采用边长7.07 cm立方体试样在YE-200A型液压试验机进行抗压强度实验。加压方式如图2所示。 根据载荷P计算抗压强度cuF APFcu/= （1）

其中 cuF—抗压强度(MPa)；P

—破坏载荷(N)；

A—受压面积/mm

2。

（3）劈裂抗拉强度测试 如图3，采用边长5.0 cm立方试样，在试样顶面和底面中心位置放置垫条，在YE-200A型液压试验机上加载。劈裂抗拉强度按下式进行计算[3] F=2P/πA （2） 其中 tsF—劈裂抗拉强(MPa)；P—破坏载荷(N)；

A—受力面积/mm2。

２ 试验结果与分析 第6期 于英华等：钢纤维含量对树脂混凝土力学性能的影响 781

２．１ 钢纤维含量对抗剪强度的影响　不同钢纤维含量树脂混凝土剪切破坏载荷数值如表1。 表1 钢纤维脂混凝土抗剪强度 Tab.1 shearing strength of steel fiber reinforced polymer concrete

序号 钢纤维量 /(㎏m-3) 剪切 /θ 剪切破坏载荷P/kNn 凝聚力C/MPa 摩擦角/ϕ

1 0 45° 116 2 14.1 45° 133 3a 17.0 45° 137 3b 17.0 45° 106 9.3 41° 3c 17.0 45° 43 4 19.8 45° 143 5a 22.6 45° 141 5b 22.6 55° 80 10.9 38° 5c 22.6 65° 47 可以看出，在钢纤维含量为19.8㎏/m3时破坏载荷达到最高值。根据剪切破坏载荷和受力方式(θ)，可计算出剪切应力和正应力： AP/sinθτ= （3） AP/cosθσ= （4） 式中 τ—剪切应力（MPa）；σ—正应力（MPa）；P—剪切破坏载荷；θ—剪切角；A—受力面积mm2。 依据三个剪切角的τ、σ就可以求出凝聚力C和摩擦角ϕ。 可以看出，利用不同剪切角计算凝聚力C而表示的抗剪强度变化规律与直接测定的剪切破坏载荷变化规律相同，因此为简化试验，以剪切破坏载荷分析材料抗剪切能力。试验中发现，当载荷增加到一定值时，试样表面出现裂纹，裂纹扩展到钢纤维时，钢纤维发生弹塑性变形，吸收能量。当载荷继续增加时，众多纤维从树脂中拔出，则通过纤维拔出功、摩擦功等又吸收更多的能量，从而使剪切破坏载荷大幅度提高。但纤维加入量过多搅拌不均匀易缠结成团，粘结不好，受力时易拔出，因而导致剪切破坏载荷降低。 ２．２ 钢纤维含量对抗压、劈裂抗拉压强度的影响 不同钢纤维增强的树脂混凝土抗压强度及劈裂拉压强度值如表2。 表2 钢纤维树脂混凝土抗压、劈裂抗拉压强度 Tab.2 compressive strength and tensile strength of cleavage crack 序号 钢纤维量/(kg・m-3) 抗压强度/MPa 提高幅度/% 劈裂强度/MPa 提高幅度/% 1 0 62.1 4.97 2 14.1 69.8 12.3 3 17.0 71.4 14.9 5.61 12.9 4 19.8 73.8 18.8 5.66 13.8 5 22.6 69.1 11.2 6.88 38.4

纤维明显提高树脂混凝土强度，最高可达18.8%。劈裂拉压强和劈裂拉压强度变化趋势基本相同，也出现提高且较明显。钢纤维增强树脂混凝土作为一种混杂复合材料钢纤维和骨料均为增强相，起着承受载荷的作用，特别是高强度钢纤维在基体中呈均匀三维乱向分布，对裂纹扩展起着良好的阻碍作用。 由上述抗剪强度、抗压强度及劈拉压强度的变化不难看出，在树脂混凝土中加钢纤维，成为一种混杂复合材料，会明显提高树脂混凝土强度。过量的钢纤维由于搅拌不均匀造成缠结或在树脂混凝土中产生空隙，将影响强度。根据钢纤维用量对抗剪强度、抗压强度及劈拉压强度的综合影响由表2及表2可以清晰的看出:钢纤维的加入显著提高了混凝土的抗压强度,钢纤维量从14.1 kg/m3到19.8 辽宁工程技术大学学报 第21卷 782kg/m3试件强度逐渐增加,至22.6 kg/m3又有所减小.经过对试件破坏过程及破坏后状态的仔细观察分析,原因如下： （1）钢纤维的存在使整个试件更为有效的连成一有机整体，在承受载荷时，能够使荷载较为均匀地分布于整个承载横截面上，从而避免在试件的某个较为薄弱的截面上裂纹首先失稳扩展，造成整个试件的迅速破坏。 （2）钢纤维的阻裂作用 钢纤维在整个试件中呈三维乱向分布，并且可以肯定，钢纤维的断裂应变大于聚合物混凝土的断裂应变。在基体中应力集中点起源的裂纹在扩展的过程中遇到钢纤维，必定被钢纤维阻止。具体的钢纤维阻裂原理如下：a荷载从零增加到初裂时，荷载与变形基本为一直线增加。此时钢纤维与聚合物混凝土基材作为一个整体共同承载，使初裂荷载显著提高。b从初裂荷载继续增加到极限荷载时，钢纤维通过界面粘接力横贯裂缝传递内力，达到应力重新分布。使钢纤维聚合物混凝土仍然能继续承载。c荷载继续增加到破坏，此时钢纤维与混凝土的粘结界面被破坏，钢纤维从基材中被拔出、拉断，吸收大量能量。钢纤维聚合物混凝土的荷载变形曲线下降段逐渐趋缓，呈现出明显的塑性特征。 （3）钢纤维聚合物混凝土在固化收缩时，由于钢纤维的存在，减少了聚合物混凝土的收缩量，从而也就减少了由于收缩变形而引起的微裂纹。相当于抑制了扩展裂纹源的产生，结果也使聚合物混凝土的强度提高。 钢纤维从14.1 kg/m3到19.8 kg/m3，试件的强

度逐渐提高。这是因为随钢纤维数量增多，每根纤维所承受的何载减少，客观上表现出力学性能的提高。且纤维数量的增多，能约束裂缝的出现，更为有效地阻止裂纹的扩展。从19.8 kg/m3到22.6 kg/m3

抗压强度又有所下降，原因是：实验所用的钢纤维直径过细，在搅拌的过程中发生了卷曲和结团现象，使钢纤维的均匀分布受到很大影响。从以上分析确定本文树脂混凝土中适于加入钢纤维19.8~22.6 kg/m3。钢纤维树脂混凝土更适宜制造机

器基础件，有助于树脂混凝土在机器制造业中的扩大应用。

３ 结 论　 （1）树脂混凝土中加入钢纤维可提高抗剪强度、抗压强度及劈裂抗拉压强度，其中抗拉压强最高可提高18.8%。钢纤维树脂混凝土是提高树脂混凝土力学性能的重要途径。 （2）钢纤维树脂混凝土采用钢纤维量应予以控制，钢纤维量过少增强作用不明显，钢纤维量过多易造成结团及形成空隙。推荐采用19.8~22.6 kg/m3。

参考文献： [1] 张志祥.环氧混凝土机床床身的研制[J].机械制造，1991，（9）：22-24. [2] 徐 平.PC在机械行业的应用及分析[J].辽宁工程技术大学学报，2000，19（1）：79-81. [3] 姜福田.混凝土力学性能与测定[M].北京：中国铁道出版社, 1980.

本文审稿人 大连理工大学 方大成 教 授 Influence of steel fiber content on mechanical properties of polymer concrete YU Ying-hua，LIU Jing-fu，LI Zhi-chao (College of Mechanical Engineering , Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China) Abstract：This paper adopts steel fiber reinforced polymer concrete which is widely applied in the field of machine manufacture. The damping of SFPC has a little declination preparing with PC, under the best condition, the damping of SFPC is six to eight times lager than that of the traditional material casting iron. The test results show that its shearing strength, compressive strength and tensile strength of cleavage crack are increased clearly by adding steel fiber to PC. Steel fiber content should be controlled within a best range. Key words：polymer concrete；steel fiber；shearing strength

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钢纤维混凝土性能与应用前景(1)

钢纤维混凝土性能与应用前景(1)

摘要：钢纤维混凝土具有较高的抗拉强度和断裂韧性、抗疲劳等性能,容易浇筑成型,适用于水利水电工程中的复杂应力部位。

关键词：钢纤维混凝土性能应用钢纤维混凝土就是在普通混凝土中掺入适量钢纤维而成的一种新型复合材料,近年来在国内外得到迅速发展。

它克服了混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、性脆等缺点,具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能,已在建筑、路桥、水工等工程领域得到应用。

一、钢纤维的基本性质 1.钢纤维的类型及特征参数钢纤维按材质分,有普通碳钢钢纤维和不锈钢钢纤维,其中以普通钢钢纤维用量居多;按外形分有长直形、压痕形、波浪形、弯钩形、大头形、扭曲形;按截面形状分有圆形、矩形、月牙形及不规则形;按生产工艺分有切断型、剪切型、铣削型及熔抽型;按施工用途分有浇筑用钢纤维和喷射用钢纤维。

为满足钢纤维的增强效果与施工性能,通常采用钢纤维长度为15～60mm,直径或等效直径为0.3～1.2mm,长径比为30～100,纤维的体积掺量为0.5%～2%。

2.钢纤维的主要性能钢纤维的主要性能包括抗拉强度与黏结强度。

试验表明,由于普通钢纤维混凝土主要是因钢纤维拔出而破坏,并不是因钢纤维拉断而破坏,因此钢纤维的抗拉强度一般能满足使用要求,而其与混凝土基体界面的黏结强度是影响钢纤维混凝土性能的主要因素。

黏结强度除与基体的性能有关外,就钢纤维本身而言,与钢纤维的外形和截面形状有关。

二、钢纤维混凝土的基本性能国内外对钢纤维的作用机理和钢纤维混凝土的基本性能做了大量的研究,现归纳如下: 钢纤维混凝土中乱向分布的短纤维主要作用是阻碍混凝土内部微裂缝的扩展和阻滞宏观裂缝的发生和发展。

在受荷(拉、弯)初期,水泥基料与纤维共同承受外力,当混凝土开裂后,横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。

因此钢纤维混凝土与普通混凝土相比具有一系列优越的物理和力学性能。

1.强度和重量比值增大这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。

2.具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度在混凝土中掺入适量钢纤维,其抗拉强度提高25%～50%,抗弯强度提高40%～80%,抗剪强度提高50%～100%。

混凝土钢纤维原理

混凝土钢纤维原理

混凝土钢纤维原理混凝土钢纤维原理混凝土是一种常见的建筑材料，它的强度和耐久性是建筑物的重要指标之一。

然而，由于混凝土在受力时易于出现裂缝，这直接影响了其强度和耐久性。

为了解决这个问题，工程师们采用了一种新的加固材料——钢纤维。

混凝土钢纤维是一种由钢丝或钢丝绳制成的短小钢丝，它们可以添加到混凝土中以增加其强度和耐久性。

混凝土钢纤维的加入可以有效地防止混凝土的裂缝。

混凝土的裂缝是由于混凝土在受力时内部的张力过大而引起的。

钢纤维的加入可以有效地减少混凝土内部的张力，从而减少裂缝的出现。

钢纤维还可以增加混凝土的韧性，使其更加耐久。

混凝土钢纤维的工作原理是由于钢纤维的强韧性和高强度。

钢纤维可以承受较大的拉力，从而有效地防止混凝土的裂缝。

此外，钢纤维还可以承受一定的压力，从而增加混凝土的强度。

混凝土钢纤维的加入可以根据混凝土的用途和性质进行调整。

例如，如果需要增加混凝土的强度和耐久性，则可以添加更多的钢纤维；如果需要增加混凝土的韧性，则可以添加更细的钢纤维。

混凝土钢纤维的使用可以分为两种方法：直接添加和预制。

直接添加是将钢纤维直接加入混凝土中，这种方法适用于小型建筑物和住宅。

预制是将钢纤维添加到混凝土搅拌前的预制混凝土中，这种方法适用于大型建筑物和桥梁等。

混凝土钢纤维的质量和性能是影响混凝土强度和耐久性的关键因素之一。

钢纤维的质量和性能取决于其制造工艺和材料的质量。

一般来说，钢纤维应具有以下几个特点：高强度、高韧性、耐腐蚀、耐磨损、易于加工等。

在使用混凝土钢纤维时，还需要注意以下几点：1. 混凝土钢纤维的添加量应根据混凝土的用途和性质进行调整，过多或过少都会影响混凝土的性能。

2. 混凝土钢纤维的质量和性能应符合相关标准要求，以确保其性能稳定和可靠。

3. 混凝土钢纤维应均匀分布在混凝土中，以确保混凝土的整体性能。

总之，混凝土钢纤维是一种重要的建筑材料，它可以有效地防止混凝土的裂缝，增加其强度和耐久性。

在使用混凝土钢纤维时，需要注意其添加量、质量和性能等因素。

钢纤维喷射混凝土的试验方法及应用技术

钢纤维喷射混凝土的试验方法及应用技术

钢纤维喷射混凝土的试验方法及应用技术钢纤维混凝土是在混凝土中均匀的掺加适量乱向分布的短钢纤维的复合材料，它不仅具有混凝土本身的优点，由于钢纤维的掺入，更使混凝土基体产生增强、增韧以及阻裂的效果。

钢纤维喷射混凝土则是以压缩的空气为动力，用喷射机喷敷于工程结构物面上的钢纤维混凝土，按照施工方法可以分为干喷、湿喷以及半湿喷三种。

１钢纤维喷射混凝土的特点１．１强度高、韧性好。

抗拉强度可以提高10%～50%，抗剪强度平均提高60%～80%，对混凝土的裂缝控制效果更为突出，提高裂后的强度，有效的阻止裂缝的扩大，具有很高的韧性，钢纤维混凝土也具有很好的抗冲击、抗疲劳、抗震动、抗爆炸等性能。

１．２施工方便。

施工时可以省去钢筋网的架设，钢纤维混凝土在没有钢筋网时也可以达到和岩石很好的黏结，施工方便，同时节省了工程量，钢纤维喷射混凝土的集料回弹率比普通的喷射混凝土小5%～10%，降低了造价。

２钢纤维混凝土的力学性能及试验方法２．１抗压、弯拉强度要求及试验方法抗压强度是评定喷射质量的一个参考指标，钢纤维喷射混凝土的抗压强度要能够达到设计要求的强度等级，钢纤维混凝土的强度等级不小于CF30，评定方法和普通的混凝土评定方法大致相同。

弯拉强度要复合相关规范的要求，一般情况下要符合下表。

２．２弯曲韧性要求及试验方法为了保证结构在围岩变形和岩块坍落等荷载的作用下，钢纤维喷射混凝土有足够的承载力和耗能能力，确保围岩和结构的安全性和稳定性，要对钢纤维喷射混凝土的韧性指标做出严格要求。

一般采用较为简单的方法，采用韧度比规定的韧性要求，确保钢纤维喷射混凝土的韧度比大于等于0.70。

２．３试件制备和试验的特殊要求在试配阶段可以采用拌合模筑方法进行成型，研究其各组分的最佳配合比、所能达到的强度、外加剂和掺合料的适用性等。

但是在正式配合比和施工检验时则必须采用喷射成型切割的试件进行，因为模筑和喷射的成型的混凝土有很大的差别。

采用喷射大板成型切割而成的试块进行弯曲韧性和积累耗能的试验，模板可以采用钢模板或者木模板，保证底部模板具有足够的强度，高度和切割后的截面高度保持相同，喷射时模板底部要与水平呈45°夹角，喷射用的其他设备尽可能的与施工时相同，完成后养护7天进行切割处理。

钢纤维对混凝土强度和韧性的影响

钢纤维对混凝土强度和韧性的影响

钢纤维对混凝土强度和韧性的影响赵亮平;高丹盈;朱海堂【摘要】通过对234个钢纤维混凝土试件的力学性能试验,系统研究了钢纤维类型、体积分数、长径比和混凝土基体强度对钢纤维混凝土抗压强度、劈拉强度和弯曲韧性的影响.结果表明:钢纤维对混凝土抗压强度影响不大,但改变了受压破坏时的破坏形态；随钢纤维体积分数增大,混凝土劈拉强度和弯曲韧性显著提高,高强钢丝切断型钢纤维的改善效果最好,长径比越大,改善效果越明显.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2012(033)006【总页数】4页(P29-32)【关键词】钢纤维体积分数;钢纤维类型;钢纤维长径比;强度;弯曲韧性【作者】赵亮平;高丹盈;朱海堂【作者单位】郑州大学教育部纤维复合建筑材料与结构工程研究中心,河南郑州450002;郑州大学教育部纤维复合建筑材料与结构工程研究中心,河南郑州450002;郑州大学教育部纤维复合建筑材料与结构工程研究中心,河南郑州450002【正文语种】中文钢纤维加入混凝土中能够延缓混凝土内部微裂缝的扩展，阻滞宏观裂缝的发生和发展，有效提高混凝土的抗拉强度和变形能力，改善混凝土的韧性和延性，避免混凝土结构无征兆的脆性破坏.因此钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete，SFRC)越来越广泛地应用于工程建设的各个领域.目前，国内外对SFRC的强度和韧性的研究大多是针对某一个方面，或考虑的因素比较单一，主要侧重于中高掺量钢纤维和中高强度混凝土的研究［1－3］.笔者通过大量试验，系统研究了钢纤维类型、体积分数、长径比和混凝土基体强度对SFRC强度和韧性的影响，并归纳出各因素对SFRC的增强、增韧规律.1 试验概况采用32.5(仅用于配制C20混凝土)和42.5普通硅酸盐水泥;粒径0.15～5 mm，级配良好的中砂;粒径5～20 mm，连续级配的碎石;JKH－1型粉状高效减水剂，减水率18% ～25%;拌合水为普通自来水.钢纤维共有6种，主要特征参数见表1. 试验按 C20，C30，C40，C50，C60，C70 6 个强度等级进行配合比设计，基体混凝土配合比见表2.抗压和劈拉试验主要考虑混凝土基体强度等级和钢纤维体积分数的影响，试件尺寸为150 mm×150 mm ×150 mm.C20，C40，C60，C70 4 个强度等级混凝土中均掺入体积分数为0.4%和1.0%的D型钢纤维;C30 掺入体积分数为0.2%，0.4%，0.5%，0.7%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0% 的 D 型钢纤维;C50掺入体积分数为 0.2%，0.4%，0.5%，0.7%，1.0%，1.5%，2.0%的 D 型钢纤维.表1 钢纤维特征参数表编号长度/mm直径生产工艺A 50 0.90 55 1 000/mm长径比抗拉强度/MPa切断型B 35 0.75 45 1 180 切断型C 35 0.55 65 1 325 切断型D 35 0.62 55 1 250 切断型E 32 (2.6 ±1.2)×0.4 — 700 剪切型F 35 0.5 ×0.6 — 500铣削型弯曲韧性试验主要考虑钢纤维类型、体积分数和长径比的影响，试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm.以C30混凝土为基本组，分别掺入B型、C型、E型、F型钢纤维，掺入体积分数均为0.4%和1.0%两种;掺入 D型钢纤维体积分数为0.2%，0.4%，0.5%，0.7%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%.比较掺入 D型钢纤维不同体积分数下的SFRC荷载–挠度曲线，研究体积分数对弯曲韧性的影响;比较掺入D型、E型和F型钢纤维(3种类型掺入体积分数均为0.4%和1.0%)下的SFRC荷载–挠度曲线，研究钢纤维类型对弯曲韧性的影响;比较掺入B型、C型和D型钢纤维(3种类型掺入体积分数均为0.4%和1.0%)下的SFRC荷载–挠度曲线，研究钢纤维长径比对弯曲韧性的影响.各组SFRC试件的抗压、劈拉和弯曲韧性试验均按照CECS 13∶2009［4］规定的方法进行.其中，抗压和劈拉试验均采用普通试验机.对于弯曲韧性试验设备，在普通试验机上进行混凝土弯曲韧性试验时，若试件变形超过荷载峰值点变形，试件往往会突然崩溃，很难测得混凝土应力–应变曲线或试件荷载–挠度曲线的下降段.为了避免这种突然破坏，采用增设刚性组件的办法来增大试验机的刚度，装置如图1所示.当试件荷载超过其最大承载力时，刚性组件就负担起部分或更多的荷载，以减缓试验机释放弹性能的速度，从而测得混凝土试件荷载–变形全曲线.表2 混凝土配合比材料水灰比(W/C)水砂碎石/kg水泥/kg /kg /kg C20 0.62 160 258 772 1 260 C30 0.60 160 267 708 1 315 C40 0.47 195 415 644 1 196 C50 0.38 156 411 603 1 281 C60 0.31 156 503 573 1 218 C70 0.27 144 533 550 1 223图1 弯曲韧性试验装置2 钢纤维混凝土抗压与劈拉强度2.1 抗压强度SFRC抗压强度与钢纤维体积分数的关系如图2所示.从图2可以看出，随钢纤维体积分数增大，CF30和CF50混凝土的抗压强度总体呈上升趋势，但提升幅度不大.这是因为混凝土的抗压强度主要取决于混凝土基体的密实度，而影响混凝土密实度的最主要因素是水灰比及浇注过程中的人为因素，因此，钢纤维的增强作用不太明显.且加入钢纤维后，尽管可以阻止裂缝发展起到增强作用，但同时会降低混凝土的密实度，使基体内部缺陷增多，削弱了钢纤维的增强效果，甚至会导致SFRC抗压强度略有下降.图2 不同钢纤维体积分数下SFRC抗压强度钢纤维的加入可以显著改善试件的破坏形态.普通混凝土受压破坏时表现出明显的脆性破坏特征，试件严重剥落，呈楔形破坏，甚至压碎，如图3(a)所示.高强混凝土破坏时的脆性特征更为明显，破坏时突然产生巨大的响声，并且碎块向四周飞溅，破坏形态为正倒分离的不明显的四角锥形，如图3(b)所示.SFRC试件破坏时具有一定的塑性，先听到嘈杂和撕裂的声音，随着一声沉重的闷响而最终破坏，试件基本保持完整，只在表面有细微裂纹或者近表面处有轻微剥落，如图3(c)和(d)所示. 图3 混凝土受压破坏形态2.2 劈拉强度SFRC劈拉强度与钢纤维体积分数的关系如图4所示.从图4可以看出，随钢纤维体积分数增大，2种混凝土的劈拉强度均不断提高.对CF30混凝土来说，钢纤维掺入体积分数为0.2%和3.0%时，SFRC劈拉强度相对素纤维分别提高了12%和112%.对 CF50混凝土，钢纤维掺入体积分数为0.2%和2.0%时，SFRC劈拉强度相对素纤维分别提高了16%和95%.钢纤维体积分数是影响混凝土劈拉强度的重要因素，且较低掺量的钢纤维就可显著改善混凝土的劈拉强度，在实际工程中可以通过在受拉区掺入钢纤维来改善混凝土抗拉强度.图4 不同钢纤维体积分数下SFRC劈拉强度2.3 劈拉强度与抗压强度的关系CF20—CF70混凝土的实测抗压强度及其相应的劈拉强度如图5所示.随混凝土强度等级的提高，普通混凝土和SFRC的劈拉强度均不断提高，且劈拉强度与抗压强度有着良好的线性关系.对普通混凝土，二者相关系数R2=0.919 3;钢纤维掺入体积分数为0.4%时，相关系数R2=0.957 6;钢纤维掺入体积分数为1.0%时，相关系数 R2=0.919 6.同时，图5还反映出钢纤维的加入能显著提高各强度等级混凝土的劈拉强度，随钢纤维体积分数的增大，混凝土劈拉强度相对于抗压强度提高的幅度越来越大，表现为由图示公式回归所得直线的斜率越来越大.说明钢纤维对以主拉应力控制的破坏模式具有更显著的改善效果.图5 SFRC劈拉强度与抗压强度的关系3 钢纤维混凝土弯曲韧性3.1 钢纤维体积分数对SFRC弯曲韧性的影响不同钢纤维体积分数下SFRC小梁的荷载–挠度曲线如图6所示.SFRC荷载峰值随着纤维体积分数的增大而提高，荷载挠度曲线随着钢纤维体积分数的增大而愈加丰满.这是因为:随荷载作用增大，混凝土内部微裂缝稳定扩展成为宏观裂缝，在这一过程中，跨越裂缝的钢纤维通过与混凝土基体的黏结横贯裂缝传递应力，使SFRC 表现出较好的韧性，钢纤维体积分数越大，这一特征越明显.峰值荷载后，钢纤维与混凝土基体间界面黏结逐步达到极限，越来越多的钢纤维被拔出或拉断，随钢纤维体积分数增大，SFRC软化段下降速率逐渐变缓，甚至没有明显的下降段，并呈现出裂而不断的特征.值得注意的是，图6中钢纤维体积分数为3.0%不如为2.5%时的增韧效果，说明钢纤维体积分数过高时，由于钢纤维易结团等影响，其对混凝土韧性的改善作用反而会有所降低.图6 不同钢纤维体积分数下SFRC荷载－挠度曲线3.2 钢纤维类型对SFRC弯曲韧性的影响不同钢纤维类型下SFRC小梁的荷载–挠度曲线如图7所示.图7 不同钢纤维类型下SFRC荷载－挠度曲线在钢纤维体积分数相同的情况下，高强钢丝切断型钢纤维的增强效果显著高于剪切波纹型和铣削型钢纤维.其中，铣削型钢纤维的增韧效果最差，体积分数为1.0%时的增韧效果仅与切断型钢纤维体积分数为0.4%时的增韧效果相近.这可以从钢纤维本身的特征参数及其与混凝土的界面黏结性能两方面来解释.随着裂缝的扩展与延伸，试件变形逐渐增大，并逐渐达到其极限承载力.在此受力过程中，切断型钢纤维端钩的锚固作用得到了较好发挥，混凝土的界面黏结力得到提高，应力集中程度则得以降低，从而延缓了混凝土中的裂缝发展，提高了SFRC弯曲韧性.并且，当界面黏结强度足够高时，由于切断型钢纤维本身的抗拉强度要高于铣削型和剪切型钢纤维，故试件破坏时，切断型钢纤维基本上是被拔出，而铣削型和剪切型钢纤维则是部分被拔出，部分被拉断.钢纤维在被拉拔直至破坏的过程中，切断型钢纤维能做出更大的功，吸收更多的能量，从而产生更好的增强和增韧效果.3.3 钢纤维长径比对SFRC弯曲韧性的影响不同钢纤维长径比下SFRC小梁的荷载－挠度曲线如图8所示.在钢纤维类型和体积分数相同的情况下，长径比越大，增韧效果越好.长径比为65的钢纤维，在体积分数为0.4%时就有很好的增韧效果，接近于长径比45的钢纤维在体积分数为1.0%时的增韧作用.这是因为:长径比越大，钢纤维与混凝土基体的锚固长度也越大.跨越裂缝的钢纤维能够传递更大应力，更好地抑制了主裂缝的扩展，并影响了次裂缝产生的位置，使受拉区应力分布更为均匀、合理.同时，由于锚固长度更大，极限状态下钢纤维被拔出所做的功也更大，更多的钢纤维被拉断，充分发挥了钢纤维增强、增韧效果.图8 不同钢纤维长径比下SFRC荷载－挠度曲线4 结语1)加入钢纤维对混凝土抗压强度没有明显改善，但却使试件的破坏形态从脆性破坏转变为塑性破坏.2)钢纤维大幅提高了混凝土的劈拉强度，较低掺量的钢纤维有明显的增强作用.3)加入钢纤维对混凝土的弯曲韧性有显著改善，钢纤维体积分数为2.5%时的增韧效果最好，超过2.5%以后，增韧效果有所下降.4)钢纤维类型是影响混凝土弯曲韧性的重要因素.在相同钢纤维体积分数下，高强钢丝切断型钢纤维的增韧效果显著高于剪切波纹型和铣削型钢纤维.5)钢纤维长径比对混凝土弯曲韧性有明显影响.在相同钢纤维类型和体积分数下，钢纤维长径比越大，增韧效果越好.参考文献［1］黄承逵.纤维混凝士结构［M］.北京:机械工业出版社，2004.［2］赵顺波，孙晓燕，李长永，等.高强钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究［J］.建筑材料学报，2003，6(1):95－99.［3］朱海堂，高丹盈，谢丽，等.钢纤维高强混凝土弯曲韧性的试验研究［J］.硅酸盐学报，2004，32(5):656 －660.［4］中国工程建设标准化协会.CECS 13∶2009纤维混凝土试验方法标准［S］.北京:中国计划出版社，2010.。