钢纤维混凝土的力学特性及机理解释

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发布时间：2021-09-13

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钢纤维混凝土的力学特性及机理解释
王俊鑫．蒋正波
(成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都610059)
摘要：钢纤维混凝土是现代工程中应用广泛的高性能混凝土材料，补充了普通混凝土在抗拉性能、抗剪性能、抗弯性能
等方面的不足，且工艺较为简单，易于普遍推广使用。阐述了钢纤维混凝土的性质特点，并对其机理进行了分析。
关键词：钢纤维混凝土；力学特性；机理解释
中图分类号：TU528．572 文献标志码：A 文章编号：2095—0144(2014)09—0009—02
1 前言
钢纤维混凝土在工程结构方面的应用，国外运
起步比较早，且较为成熟。如：1992年完工的挪威西
海岸Byfjord隧道是当时世界上最长，也是最深的
海底二车道隧道。全长5 830 m．隧道的支护采用锚
杆加钢纤维喷混凝土作为永久衬砌支护，喷射混凝
土中的钢纤维直径为0．25 mm。掺量为55 kg／m，，喷
层厚度仅为60～80 mill。2001年建成的西班牙
Paracuellos隧道为高速公路双车道，长4 672 m．洞
身段采用喷层厚度5～20 cm的钢纤维混凝土作为隧
道的单层永久支护衬砌。
我国近年来对于钢纤维喷射混凝土作为隧道工
程的单层永久衬砌及初期支护．己在Ⅱ～V级围岩
中进行过试验研究，并取得了成功。如：西康铁路秦
岭特长隧道全长18．5 km，最大埋深1 600 m左右。
隧道通过岩层为以混合片麻岩和混合花岗岩为主的
硬岩地段，洞身褶皱断裂发育，设计选择Ⅱ～Ⅲ级围
岩地段采用钢纤维喷混凝土作为单层永久支护．钢
纤维掺量40 kg／m。，现场喷射试验得出抗压强度为
34 MPa左右，等效抗弯强度为2．1～4．4 MPa[
大量工程的实践经验，以及试验数据的积累和
研究，显示出钢纤维混凝土结构弥补了不同混凝土
在一些特性上的不足
2 钢纤维混凝土的基本力学特性
2．1 钢纤维混凝土的抗压性能
钢纤维混凝土与普通混凝土在压应力一应变曲
线(图1)表明，钢纤维喷混凝土试件随着裂缝发展
程度的不同，其全过程可分为4阶段：弹性阶段、裂
缝稳定扩展阶段、裂缝失稳扩展阶段和纤维拔出破
坏阶段
塞
＼
b
应变8／％
图1 钢纤维喷混凝土破坏过程
根据《单轴受压状态下钢纤维混凝土损伤本构
模型研究》中的实验测定值(表1)，表现出钢纤维
的加入，并没有提高混凝土的单轴抗压强度。但随
钢纤维体积率的增大，钢纤维混凝土单轴受压峰值
应力、峰荷应变均有不同程度的提高。
表1 单轴受压下参数测定值
2_2 钢纤维混凝土抗压、抗剪性能及其韧性比较
钢纤维混凝土的静态力学性能，东南大学蒋金
洋等曾对C40，C60钢纤维混凝土(纤维体积率为
1％、2％、3％)进行了实验，实验结果见表2、图2。