复合纤维混凝土的力学性能试验研究

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发布时间：2021-09-12

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复合纤维混凝土的力学性能试验研究
张存亮，弓锐，张存明
(1．西安科技大学建筑与土木工程学院，西安710054；2．西安公路研究院，西安710054；
3．济宁市东方建设工程监理有限责任公司，山东济宁272000)
摘要：研究在相同水灰比条件下，采用不同品种、不同形状的纤维对混凝土的力学性能及破坏形态的影
响。结果表明，掺入一定的钢纤维，提高了混凝土力学性能，但力学性能随钢纤维形状的不同而异，随掺
量的增加而增大；加入不同品种的聚丙烯纤维，对混凝土的力学性能有一定的影响，力学性能随纤维体
积掺量表现出先增加后降低最后又增加的规律；选用钢纤维及聚丙烯进行混合形成复合纤维，得到在
钢一聚丙烯复合条件下的最优体积率为1％，在最优体积率下复合纤维混凝土性能随聚丙烯的相对掺
量增大而提高。
关键词：抗压强度劈裂体积率复合纤维
中图分类号：TU377．9 4 文献标识码：A
混凝土是现代最重要的结构材料，具有抗压强度
高、刚度大的特性，但抗裂性、抗冲击性和变形能力较
差。国内外的许多专家学者将纤维定为增强混凝土性
能的核心材料。纤维增强混凝土是将两种或多种不同
性能、不同尺寸的纤维掺人混凝土基材中，使其在不同
尺寸和性能层次上相互补充，以达到配制高性能混凝
土的目的。
1 纤维混凝土的增强机理
1．1 纤维间距理论
纤维间距理论是根据线弹性断裂力学来说明纤维
对于裂缝发生和发展的约束作用。这种理论认为，在
混凝土内部存在固有缺陷和裂纹，若想提高强度和韧
度，必须尽可能减小缺陷程度，降低混凝土体内裂缝端
部的应力集中。
ROMUALD1等人对定向纤维混凝土试件进行了
抗弯拉与劈裂试验，进一步提出纤维混凝土的强度和
韧性只由纤维的平均间距控制的观点。通过试验表
明，纤维混凝土的初裂应力与纤维间距的平方根成反
比，并且分别提出了在纤维混凝土纤维呈三维乱向分
布时纤维平均中心间距i的计算公式为
i=13．8d4／-~；~ (1)
沈荣熹提出的计算公式为
收稿日期：2011·04-30；修回日期：2011-07—16
作者简介：张存亮(1983～ )，男，山东济宁人，硕士研究生。
i=3．11 vc-；／srs (一维) (2)
i=3．89 V'V；／SFS (二维) (3)
i=4．88 ／／sFs (三维) (4)
式(1)～式(4)中，d为纤维直径，I，r为纤维体积率，
SFS为单位体积纤维混凝土中纤维的表面积。
1．2 复合材料理论
对于复合材料，材料复合的主要目的是改善材料
的力学性能。复合材料理论出发点是复合材料构成的
混合原理，将纤维增强混凝土看作是增强的复合材料，
假定混凝土基体和纤维处于完全黏结的条件下，并且
在混凝土基体和纤维连续构成的复合体上，柱状纤维
是一维单向配制于基体中的。该复合体的强度是由纤
维与基体的体积比和应力所共同决定的。复合材料抗
拉强度or ，为
or r=OrftI，，+or (5)
式中，or ，为复合材料抗拉强度；or 为纤维材料的抗拉
强度；or 为基体混凝土的抗拉强度；为纤维体积；Vm
为基体体积；Vc为复合材料体积。
因为 +'，，= Vc=1 (6)
所以or r=oryt +or (1一 ) (7)
混凝土基体与纤维充分黏结条件为
。 rcf
E E = (8)
f
E 、
式中，E ，E，，E 分别为复合材料、纤维、基体混凝土弹