鋼纖維混凝土力學性能影響因素的分析

崔小敬　許紹超

1 引言

目前，混凝土結構在建筑結構中占據主導地位。混凝土具有材料來源方便等優點。但是，隨著社會不斷高速發展，人們的物質文化需求日益增長，社會資源日趨緊張?；炷量估瓘姸鹊?，自重大、消耗資源多等缺點已經越來越突出，在一些多高層，大跨度結構中，普通混凝土結構由于其自身缺陷，已經不再適用。因此，對鋼纖維混凝土的研究就顯得尤為必要。鋼纖維混凝土具有良好的抗彎、抗裂性能，具有良好的韌性。已經越來越廣泛的被應用于工程結構領域。本文對鋼纖維混凝土的受力性能做出分析。

2 鋼纖維混凝土增強機理

普通混凝土結構的破壞往往是裂縫擴展的結果。在使用過程中，當所承受的荷載較大時，結構構件受拉區產生裂縫，結構進入帶裂縫工作階段，若荷載增大，裂縫寬度不斷加大，裂縫進一步向上開展，混凝土受壓區高度減小，壓應力和壓應變迅速增大，當受壓區混凝土的壓應變達到極限壓應變時，受壓區混凝土被壓碎，構件失效，從而使結構失去繼續承載的能力。

鋼纖維混凝土的增強機理，便是針對普通混凝土的破壞形式，進行加強。目前有纖維間距理論和復合材料力學理論兩種。鋼纖維混凝土是在混凝土中加入少量亂向分布的鋼纖維，是一種復合材料。根據復合材料力學混合率法則，復合材料的強度和彈性模量等性能符合復合體內各組分性能的疊加原理。因此，鋼纖維混凝土受荷時，由混凝土與鋼纖維共同承受荷載，受力性能為二者的疊加。并且鋼纖維具有良好的抗拉性能，一般能夠滿足其受力要求?；炷翗嫾捎谠跐仓炷習r振搗不密實，不可避免的會產生內部微裂縫。外力作用下，在混凝土內部的微裂縫、孔隙和缺陷處產生應力集中，進而導致混凝土結構破壞。為了改善這一現象，在混凝土基體中摻入亂向分布的短鋼纖維后，當混凝土內部產生微裂紋、孔隙時，摻入的鋼纖維可以有效地阻止內部的微裂縫的擴展，在微觀裂縫合并成宏觀裂縫以后，鋼纖維又起到約束裂縫發展，增加韌性和延性的作用。從而避免了與普通混凝土相同的破壞狀況，因此能夠承受更大的荷載。而且，在荷載過大時，混凝土產生宏觀裂縫后，帶裂縫的混凝土結構由于開裂區混凝土退出工作，主要由內部的鋼纖維共同承受荷載，鋼纖維成為主要的受力體，而鋼纖維具有較好的性能，能夠滿足混凝土的受力要求?；谏鲜?，摻入鋼纖維后，混凝土的物理和力學性能都有了很大的提升。

3 影響因素

影響鋼纖維混凝土力學性能的因素，主要鋼纖維的摻量，鋼纖維的形狀，以及溫度等。

1.鋼纖維的摻量

試驗表明，不摻鋼纖維和鋼纖維含量為15kg/m3、30kg/m3、50kg/m3四種混凝土試件，其軸心抗壓強度24.1MPa、28.3MPa、29.7MPa、30.2MPa，抗彎強度為3.32MPa、3.40MPa、4.07MPa、6.21MPa。由此可見，混凝土中提高鋼纖維的含量，可以明顯提高抗壓強度，抗彎強度等力學性能。

2.鋼纖維的形狀

常見的變形短纖維有端部彎折型、端部扁平型和波浪型等。幾何形狀復雜的變形纖維在混凝土開裂被拔出的過程中能夠提供良好的錨固。當纖維體積摻率在1.0%-3.0%時，波浪型纖維混凝土的抗壓強度比端部扁平型和端部彎折型纖維混凝土高約10-14MPa，但其抗彎強度、斷裂能和韌性最低。當纖維體積摻率為1%-2.5%時，端部扁平型纖維混凝土的抗彎強度、斷裂能和彎曲韌度軍高于端部彎折型和波浪型混凝土。當纖維體積摻率為2.0%時，端部扁平型纖維混凝土的施工性能和力學性能達到最佳。

3.溫度

鋼纖維具有良好的熱傳導性能，而且在混凝土中呈三維亂向分布且互相搭接，可使混凝土在高溫下更快地達到與內部溫度的均勻一致，從而減少溫度應力的產生的內部應力，減少內部損傷，并可抑制由于快速的溫度變化產生的混凝土的體積變化，從而減少材料內部微缺陷的產生與發展，減緩了材質的劣化。從而提高了混凝土的強度。但當溫度達到一定程度，水泥凝膠體逐漸解體，與鋼纖維之間的粘結力逐漸喪失，使鋼纖維的增強作用急劇減小，表現為鋼纖維混凝土強度的顯著降低。具體表現為，鋼纖維混凝土的抗拉強度、抗壓強度和抗折強度均隨溫度的升高有所下降，抗拉強度的降幅較大。并且在400℃以內，強度損失相對較小，超過400℃以后，各強度指標都明顯降低。

4 結論

鋼纖維混凝土有著卓越的力學性能，主要受鋼纖維的摻量、形狀及溫度的影響，所以在使用鋼纖維混凝土時，應在其影響因素范圍內使用，以最大限度地發揮其性能。

參考文獻

[1]楊松霖、刁波，《超高性能鋼纖維混凝土力學性能》

[2]混凝土結構設計原理，武漢理工大學出版社

[3]趙軍、高丹盈、王邦，《高溫后鋼纖維高強混凝土力學性能研究》