钢纤维形状对混凝土力学性能的影响

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发布时间：2021-09-14

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钢纤维形状对混凝土力学性能的影响
金永泰
(黑龙江省建筑设计研究院．哈尔滨150001)
【摘要】研究了钢纤维形状对C30、C40和C50三个强度等级混凝土抗压强度、抗折强度、劈拉强度和粘
结强度的影响。结果表明：钢纤维形状对混凝土抗压强度影响不大，但对抗折强度、劈拉强度和抗拔出性能均有
不同程度的影响，哑铃型钢纤维所配制混凝土的各项性能最优，平直形最差。
【关键词l 钢纤维；混凝土；力学性能
【中图分类号】TU528．572 【文献标识码】B 【文章编号】1001—6864(2012)10—0004—02
0 引言
普通混凝土属于典型的脆性材料，其抗压强度较
高，而抗拉强度相对较低，而纤维混凝土则具有较高
的抗折、抗拉、抗裂性能和较好的韧性、延性等，同时，
对混凝土抗渗、抗冻、等耐久性能也具有一定的改善
效果，因此，近年来在公路、桥梁、水工等建筑工程领
域得到了大量的应用⋯。
钢纤维混凝土是指在普通混凝土中掺入一定量
的低碳钢、不锈钢或者玻璃钢纤维后，所形成的一种
多向配筋混凝土。钢纤维具有不同的材质、生产工艺
和形状，其中，钢纤维的外形和截面形状是影响其与
水泥砂浆基体粘结强度的最主要因素，而钢纤维与水
泥砂浆基体的粘结强度是影响钢纤维混凝土抗拉、抗
裂等性能的重要指标 j】。钢纤维自身的弹性模量较
高，抗拉强度亦高出混凝土数倍，钢纤维混凝土的破
坏形式通常为钢纤维被拔出，因此，为提高钢纤维混
凝土整体性能，钢纤维形状的选取至关重要。
钢纤维按外形可分为长直形、波浪形、哑铃形、弯
钩形、压痕形和扭曲形其截面形状主要有圆形、矩
形、月牙形及不规则形。文中主要研究相同掺量条件
下，钢纤维外形、对不同强度等级混凝土力学性能的
影响。
1 原材料及配合比
试验采用P·042．5普通硅酸盐水泥；I级粉煤
灰，需水量比94％；细度模数2．8的中砂；5～20ram连
续级配碎石；减水率20％的萘系高效减水；选低碳钢
纤维，形状分别为长直形、扭曲形、弯钩形和哑铃型，
长度为30ram，当量直径0．5mm，掺量均为80kg／m 。混
凝土设计强度等级C30、CA0和C50，考虑到钢纤维混
凝土拌合较困难，将砂率确定为40％，在计算的基础
上，结合经验确定水泥用量及水灰比，混凝土配合比
见表1。
钢纤维易结团、钢纤维混凝土流动性较差、成型
时不易捣实，因此，须严格控制搅拌和振捣工艺。混
凝土拌合时，为防止钢纤维结团而影响混凝土的均匀
性，首先将粗集料和钢纤维倒人搅拌机干拌Imin，然
后加入细集料和水泥，继续干拌lrain，之后边加入溶
有减水剂的水搅拌3min。装模成型时，先用捣棒均匀
插捣，边角处尤其重要，之后置于振动台上振动、抹
平。面层抹平过程中，需注意将直立、高于表面的钢
纤维清除或二次抹平。
表1 混凝土配合比
水泥水粉煤灰砂石钢纤维减水剂
／kg·m一／kg·m一／kg·m一／kg·m一／kg-m一／kg·m一／％
抗压强度和劈拉强度试验试件尺寸为100mm×
100mm×100mm，抗折强度试验试件尺寸为100mm×
100mm ×400nlnlo
粘结强度采用拔出试验法，基体采用与上述混凝
土相同水胶比的水泥胶砂，采用“8”字形试模。成型
时，在试模最小截面处预先放置垂直于底板和侧壁
的、带有四个圆孔的隔板，用于固定钢纤维，钢纤维埋
人端长度为10ram。
2 试验结果与分析
2．1 钢纤维形状对混凝土抗压强度影响
钢纤维形状对混凝土28d龄期抗压强度影响的试
验结果见图1。
由图1可见，钢纤维形状对混凝土抗压强度的影
响不甚明显。对于低强度等级的C30混凝土而言，哑
铃型钢纤维混凝土抗压强度略高，而长直形钢纤维混
凝土抗压强度略低，对于高强度等级的C50混凝土则
刚好相反。这是由于高强度等级混凝土拌合物粘度
较大，而哑铃型钢纤维较平直形更难于分散，使得哑
铃型钢纤维的匀质性较平直形钢纤维混凝土差，从而