钢纤维混凝土破坏机理及力学性能试验

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发布时间：2021-09-13

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钢纤维混凝土破坏机理及力学性能试验
者亚雷，侯克鹏，杨志全，曲懋轩
(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明650093)
摘要：通过分析比较素混凝土和钢纤维混凝土的破坏机理，讨论了钢纤维的加入对混凝土的整个破坏过
程的影响，钢纤维的掺人对基体的增强机理和横跨于裂缝间的钢纤维对裂缝发展的约束作用。结果表明：钢
纤维对混凝土的阻裂作用很明显，而对混凝土起裂的限制作用不明显。对钢纤维掺量为30 kg／m3的钢纤维
喷射混凝土进行现场喷射大板切割试件力学性能试验，研究其立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈拉强度，并
在试验分析中导入标准差系数对试验数据的可信度进行评价。
关键词：钢纤维混凝土；破坏机理；抗压强度；劈拉强度。
doi：10．3969／j．issn．1000-6532．2015．03．019
中图分类号：TD989；TU528．31 文献标志码：A 文章编号：1000—6532(2015)03—0078—03
钢纤维掺入混凝土中是使传统混凝土改性的
一个重要手段，钢纤维混凝土与传统混凝土一样，可
用于浇筑或喷射，是目前国内外纤维混凝土中发展
较快、用途最广的工程结构材料。钢纤维混凝土与
传统方式即用钢筋网加强的混凝土一样，由水泥、砂
石、添加剂、水和钢纤维组成。其区别是钢纤维均
匀、乱向分布于混凝土基体中，与钢筋网规则的框架
排布不同，因而能均匀的增强混凝土强度。与普通
混凝土相比，钢纤维在混凝土基体中形成类似网状
结构，加上钢纤维自身具备较好的力学性能，钢纤维
混凝土的抗拉、弯强度、抗震能力、耐久性等均有较
大的提高。普通混凝土随着强度的提高，其材质将
会变得很脆，抗裂、抗变形能力降低不能满足工程的
需求，而钢纤维的掺人很好的改善了这种性能，使其
具备较好的韧性。从长远的经济角度考虑，钢纤维
混凝土带来的社会效益是巨大的。
1 破坏机理
素混凝土是由基相、分散相以及结合面组成的
三相复合材料，钢纤维混凝土则是由混凝土基体和
钢纤维组成的多相复合材料。水泥基体硬化形成强
度的过程中，由于水分急剧蒸发，内部会产生大量微
裂缝，成为薄弱面。材料受载时，由于这些不可避免
的微裂纹前缘部分传递应力的能力被削弱，裂缝将
扩展直至失稳，这是混凝土材料发生破坏的主要原
因。钢纤维混凝土内部同样存在着微裂缝，但裂缝
的扩展、失稳以及材料的破坏过程与素混凝土有着
本质上的不同，两者破坏机理见图1[3-4~。
≯ 二一蠹釜j：一
(a)素混凝土；(b)钢纤维混凝土
图1 混凝土破坏机理
Fig．1 Damage mechanism of concrete
第一阶段(见图1(I))，素混凝土与钢纤维混
凝土一样，由于干燥收缩砂和硬化水泥晶体的结合
面出现微裂缝，先发生解体破坏，此时裂缝稳定、缓
慢地发展。在这个阶段，钢纤维平行骨料的边壁分
布，与这些微裂缝并没有交叉贯穿，起不到阻裂增强
作用，即边壁效应；
第二阶段(见图1(Ⅱ))，素混凝土与钢纤维混