浅述钢纤维混凝土的增强理论及其应用

146２０１０年第１２期建筑工程新型复合材料的不断出现及其力学问题的复杂性，给力学工作者带来了极大的挑战。在近半个多世纪中，人们不断探索和进行深入地研究，寻求复合材料的复合机理，用于改进设计和工艺，制造出合理的、便于工程应用的新材料。纤维复合材料就是其中的最重要的成果之一。由于独特的优异性能，近三十年来，纤维复合材料在一些先进国家中得到广泛地应用，并且日益受到工程界的重视。纤维混凝土材料是典型的纤维复合材料。它是近些年来发展起来的一种性能优良且应用广泛的复合材料。钢纤维在混凝土中主要是限制混凝土裂缝的扩展，从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度较普通混凝土有显著提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性有较大改善，使原本属于脆性材料的混凝土变成具有一定塑性性能的复合材料。（１）复合材料力学界面应力传递的剪滞理论。复合材料是由两种或多种性能不同材料组成的新材料，其中每一种组成材料称为复合材料的相或组分。通常，将复合材料中一个比较连续的相称为基体，而被基体包容的相称为增强材料，基体与增强材料的结合面称为界面，复合材料是一种多相材料。纤维复合材料界面的应力传递是提高材料力学性能的关键，如何解决纤维复合材料中力的传递问题最早是由Ｃｏｘ运用解析的方法进行研究的，即剪切滞后理论模型。考虑到埋置于基体中的纤维，它的长度为，受到平行于纤维方向拉伸载荷，基体与纤维保持为弹性，界面黏结是完好的，作用在基体上的应力将通过界面传递到纤维上。Ｃｏｘ给出当在纤维方向受到拉伸载荷时，沿纤维的拉伸应力为（１－１）其中（１－２）纤维的拉伸应力由图１给出。可以看出，剪应力在纤维端部最大，而在中间较小。Ｃｏｘ的理论不仅解释了纤维复合材料应力的传递过程，更加重要的是为纤维复合材料力学问题的研究提供了明确的方向。钢纤维混凝土中，钢纤维周围的水泥基体结构与自身结构是不相同的，即在钢纤维与基体之间存在着界面层。钢纤维混凝土的性能主要取决于混凝土基体性能、钢纤维含量以及它们之间的界面特性。当荷载作用于钢纤维混凝土时，荷载一般先施加于混凝土基体，然后通过纤维－基体的界面把一部分荷载传递给钢纤维，使纤维和基体共同承担荷载，从而起到纤维增强的作用。（２）纤维间距理论。纤维间距理论又称纤维阻裂理论。１９６３年Ｊ・Ｐ・Ｒｏｍｕｌｄｉ在研究钢纤维约束混凝土裂缝开展机理的基础上，提出了纤维间距理论。该理论根据线弹性断裂力学理论解释纤维对裂缝发生和发展的约束作用，认为欲增强混凝土这种本身带内部缺陷的脆性材料的抗拉强度，必须尽可能的减少缺陷的程度，提高韧性，降低内部裂缝端部的应力集中系数。故在裂缝处用纤维连接，受拉时跨越裂缝的纤维将荷载传递给裂缝的上下表面，使裂缝处材料仍能继续承载，这样，因裂缝的出现孔边应力集中程度就缓和，随着桥接裂缝纤维数目的增多，纤维间距越小，对裂缝尖端产生的反向应力场也越大，强度提高的效果也就越好。当纤维数量增加到密布于裂缝时，应力集中就会消失，进一步表明纤维的阻裂效应，即在复合材料结构形成和受力破坏的过程中，有效地提高了复合材料受力前后阻裂引发与扩展的能力，达到钢纤维对混凝土增强与增韧目的。钢纤维混凝土作为一种新型复合材料，以其优良的抗拉、抗弯、阻裂、耐冲击、耐疲劳、高韧性等物理力学性能，目前已被广泛应用于建筑工程、水利工程、铁路公程、公路桥梁工程、公路路面和机场道面工程、管道工程、内河航道工程、防暴工程和维修加固工程等各个专业领域。（１）建筑工程。钢纤维混凝土在建筑工程中的应用越来越广泛，主要用于房屋建筑工程、框架节点、屋面及地下防水工程等工程领域中。如钢纤维混凝土具有良好的抗裂性，可使构件在外荷载作用下处于弹性阶段，因而应力不会出现重分布状态；抗震框架节点中使用钢纤维混凝土，能代替箍筋满足节点对强度、延性等方面的要求，而且还能提供类似箍筋约束混凝土的作用，且很好地解决了节点区钢筋挤压使混凝土难于浇注的施工问题；用钢纤维混凝土制成的自防水预应力屋面板，不仅提高了自防水预应力屋面板的抗裂性能，而且减少了纵向预应力筋的配筋率，提高了结构的耐久性。钢纤维混凝土在建筑中的应用实例有：武汉市轨道交通一号线一期工程鞒口路停车场、福州市华福大厦工程等工程。（２）水利工程。钢纤维混凝土在水利工程中的应用也比较广泛，主要应用于受高速水流作用以及受力比较复杂的部位，如泄水孔、溢洪道、消力池、有压疏水道、闸底板和水闸、船闸、渡槽、大坝防渗面板及护坡等。这些部位产生的拉应力、剪应力都比较高，而混凝土又是抗拉抗剪性能较弱的材料，掺入钢纤维可以解决这种弊端。钢纤维混凝土在水利工程中应用的有：三峡工程、小浪底水利枢纽工程、三门峡泄水排砂底孔等工程。（３）铁路工程。在铁路工程方面，钢纤维混凝土主要用于预应力钢纤维混凝土铁路轨枕、双块式铁路轨枕等。由于铁路轨道和路基承受较大的动荷载荷载，所以要求混凝土轨枕必须具有很好的的抗动荷载冲击的能力以及有较高的塑性，而钢纤维混凝土刚好具有这些特性。同时，钢纤维混凝土的应用可使铁路维护工作量大为减少，提高了线路的使用寿命。钢纤维混凝土在铁路工程中的应用实例有：柳州铁路局黔桂铁路铺设工程、南昆铁路隧道工程和西安安康铁路椅子山隧道等工程。（４）路面和桥梁工程。钢纤维混凝土广泛地应用于公路路面、桥梁、机场跑道等新建及修补工程中。由于钢纤维混凝土有较好的韧性和抗疲劳冲击性，可使路面面层厚度减少，伸缩缝间距加长，从而提高了使用性能，减低了维修费用，延长了使用寿命。和普通混凝土比较，路面面层厚度可减少约３０％￣５０％，并且，可提高路面伸缩缝间距达３０￣１００ｍ，机场跑道的伸缩缝间距达３０ｍ。当纤维混凝土用于路面及桥面修补工程时，其罩面厚度仅需３

￣５ｃｍ，降低了施工难度，而且使用效果较好，取得了显著的经济效益。在实际工程中有：新乡市新辉特大立交桥工程、沪杭高速公路成渝公路、广州解放大桥等工程。除了上述领域外，还有很多钢纤维混凝土的应用的实例，如矿山、隧道、耐火混凝土和耐火材料、防爆抗震和维修加固等工程。钢纤维混凝土和普通混凝土比较，可以明显改善混１钢纤维增强混凝土的基本理论２钢纤维混凝土的应用

３结语［１］［２］［３］ｍｃｍ（转２０５页）浅述钢纤维混凝土的增强理论及其应用周凯方（安徽省明光市古沛镇政府）摘要关键词钢纤维混凝土是一种新的建筑材料，由于其良好的物理和力学性能，近些年得到了广泛地工程应用。本文主要介绍了钢纤维混凝土的基本理论并阐述了其在工程领域中的应用。钢纤维混凝土增强理论应用

图１纤维拉伸应力205２０１０年第１２期教科园地班级文化是指班级成员在班主任的引导下，朝着班级目标奋斗过程中所创造的物质财富和精神财富的总和。班级文化是班级发展的动力和优秀班集体形成的关键。优秀的、积极的、健康的班级文化具有潜移默化的教育功能、凝聚功能、激励功能，能加速班级发展，从而最终建成一个大家齐心协力，积极进取，具有强大凝聚力的班级。开学初，我们在装饰教室，布置教室环境时，往往多是让学生直接买一些字画悬挂于教室两边墙上；制定班规时，虽美其名曰：班级公约。但大多数都是班主任结合校规，结合自己的管理理念，想出的一些筐筐条条，强加给了学生。俗话说：“强扭的瓜不甜”。我们干什么都不能忽视学生的主体性。学生才是班级的主人，在创建班级文化的过程中，我们就必须发挥他们的想象力和创造力，激励他们用自己的智慧和双手来创设有特色的且为自己所喜爱的文化环境。我们更要相信，在我们的麾下，聚集着各色人才，他们的智慧是无穷的，他们总是能给我们带来惊喜。在这方面，这学期我特有体会。现在，我班教室中两边墙上共挂着春茶、夏荷、秋菊、冬梅四副画及“学海扬帆”“积微者霸”两个条副。虽然，略显稚嫩，毫无名家风范，但这些却让我很为他们骄傲，为我的班级自豪，因为这些是全班同学共同商量，讨论后的决定，蕴涵着集体的统一的认识，其设计过程就已经是一种教育。在整个过程中，我看到了学生们尽情释放的热情，极致发挥的自主意识。要建设班级文化氛围决不能忽视这种意识。这种主体意识实际上是责任意识的一种雏形。班主任千万不能成为一个霸道的家长，也不必事事操心，大搞一揽子工程，左手放心不了右手！我们应该起一个平衡与决断的作用，更要适应青少年心理的发育过程和渴求成熟的愿望，给他们创造机会，培养一种自立精神，使他们真正成为班级的主人。学生除了在家庭中活动外，其大部分时间是在学校中度过的。教室，作为学生生活学习的主要场所，自然是学生教育的主要战场。但我们总是在精心地选择一些名言警句，悬挂于教室墙壁之后，就尘埃落定，再无下文。我们为何不充分利用这些物质资源，结合我们的教育意向，教育目标，激活物质，赋予其精神内涵，激起学生对教育内容和方式的关注及积极性，使班主任的良苦用心为学生所理解，使我们的“教育”成为学生的“需要”。所以，为了让我班同学更好地理解“积微者霸”的内涵，我专门组织了一次班会，让学生就“微”可以指代什么？何以“称霸”？这两个方面进行了讨论。经过这一次的讨论，“积微者霸”这四个字在学生的脑海中鲜活了，学生也真正理解了这四个字深刻的蕴涵，心里开始接受它。在这个基础上，我为全班同学提出了常规要求，即：学会利用零碎时间，积蓄点滴知识，多为小善之事，注重细微习惯培养，积跬步而致千里，达成走在同龄人的前头的目标。这句话，在师生取得共识之后，就成了班级文化的一面旗帜，寄托着我们师生共同的理想和追求，成为大家学习和生活中的行动准绳。我深深感觉到，对教室环境的要求，要有精心的设计，更要结合学生的学习要求和培养行为规范，最大限度地发挥教室环境的教育功能。环境育人。我们美化我们的教室，能增添学生生活和学习的乐趣，消除学习后的疲劳，培养正确的审美观！我们抓紧制度的完善与实施，为学生提供了评定品格行为的内在尺度，从而使每一个学生时时都在一定的准则规范下自觉地约束自己的言行。但我感觉到，真正的对班级建设起着决定性作用的莫过于一种气氛，一种和谐的气氛，在这种气氛下，集体团结和谐，师生和同学之间信任友好。在这个气氛为基础发展而成的文化环境的氛围里，学生之间谈吐不俗，朝气蓬勃，热烈而紧张，学习气氛浓厚。（１）班主任及任课教师必须协调一致，树立正确的育人观，人才观。应当真诚公正地面对班级内所有的学生，而不是把目光聚焦在优等生身上。学生之间是有差异的，不能用一种标准衡量学生，并由此判断出好多“没有前途，没有出息”的“差生”。未来的社会是一个多元化的社会，学生会有多样的选择，应该让每一个学生有自己的理想与追求，并能为自己的选择负责。（２）班主任要严于律己，以身作则。为人师表是教师在长期职业活动中形成的优良传统，这也是教师从事教育工作的要求，班主任尤其应该如此。爱因斯坦说：“学生对教师尊敬的唯一源泉在于教师的德和才”。因此，班主任要努力提高自身的专业水平，道德修养水平，工作水平和文化修养水平，使自己各方面都能成为学生的表率。（３）班主任要用爱来陶冶学生，与学生建立较深的情感关系。优秀的班主任，也许工作方法各异，风格不同，但真诚地爱学生，却是十分相同的一点。人们说，爱是教育的基础，也是“动情”的基础。对学生的教育要是出自内心的，不矫揉造作，不是无关痛痒的寒暄。尤其是对待后进生，爱之深切，真诚辅导，才能唤起奋发向上的勇气，信心与激情，冰释其心底积淀的自卑，大胆去寻找失落的绿洲，奔向健康发展的人生之路。爱的情感，要在很深的交往中才能建立，要在很长的了解中才能形成。但这种情感一旦引起学生的共鸣，就能成为打开他们情感闸门的钥匙，引发出他们对老师教育要求的自觉性，积极性。因此，在创设班级文化的过程中，班主任应当用良心作船舵来导引我们的言行，用关爱扯起风帆，携所有学生风雨同舟。１学生主体，全班参与２断点成线丰富内涵３以心作舵，以爱为帆