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河海大学2014年材料设计论文题 目： 钢纤维混凝土的研究姓 名：学 号：专 业：土木工程材料 指导老师：2014/11/7钢纤维混凝土的研究摘 要:本文主要分析了钢纤维混凝土的国内外研究现状和钢纤维混凝土增强机理,并从力学强度、韧性及抗裂性能、抗冲击性能、耐磨性和耐久性这些方面来说明钢纤维混凝土的优越性。最后,对钢纤维混凝土在工程中的应用和未来的发展趋势做了一个简单介绍。关键词: 钢纤维混凝土 增强机理 工程应用0 前言钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete ,简称 SFRC)是一种在混凝土基体中掺入钢纤维,是近年来研究和应用最广的复合材料之一。与普通混凝土相比,钢纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯强度，尤其以韧性提高的幅度显著。由于钢纤维均匀地乱向分布在混凝土内共同参与工作,显著地提高了混凝土的抗拉强度和抗变形能力,并相应地提高了混凝土的抗剪、抗扭、抗裂和抗疲劳强度。近三十多年来,国内外力学工作者与工程技术人员对钢纤维混凝土的物理力学性能与工程应用的研究一刻都没停止过。我国对钢纤维混凝土的研究开始于70年代,近四十来发展迅速,在钢纤维混凝土的基本性能和增强机理方面都取得了显著的成果。但同英美和日本相比 ,我国在钢纤维混凝土的研究和应用方面还有较大差距。在研究的基础上,我国也编制《钢纤维混凝土试验方法标准》、《钢纤维混凝土结构设计和施工规程》。然而,现有的技术标准和规程还不能完全满足工程上 需要,仍需要继续补充修订。此外,钢纤维除增强普通混凝土外,也开始用于增强 轻质混凝土、高强混凝土以及与钢丝网等。这些方面的结构设计理论和相关的施工技术还需进一步研究,以使钢纤维混凝土得到更广泛的应用。1 钢纤维混凝土增强的机理由文献可知,钢纤维混凝土增强的机理,目前有复合材料力学理论和纤维间距理论两种说法。(1)复合材料力学理论:该理论由英国Swamy、Mangat等人提出,钢纤维混凝土是一种复合材料,根据复合材料力学混和法则，纤维增强复合材料中 纤维与基体是通过两种材料的界面相互作用的。纤维与混凝土基体的粘结力直 接影响纤维对混凝土的阻裂、增强和增韧效果纤维对混凝土基体起到阻止裂缝 引发、扩散并在混凝土的受力破坏过程中吸收大量能量的作用,使混凝土开裂前 的性态发生根本性变化,从而改善了混凝土的变形性能。当荷载作用于钢纤维混凝土基体上 ,应力通过纤维和基体的界面粘结传递给纤维而达到增强增韧目的。 (2)纤维间距理论:该理论J.P.Romuald和B.Batson于1963年提出。该理论建立在线弹性断裂力学的基础上 ,当对混凝土结构施加外力时,混凝土内部固有的孔隙和缺陷以及微裂缝等部位产生的较大的应力集中,会裂缝的扩展,最终导致结构破坏；而纤维加入脆性的混凝土基体中,可以减少裂缝源的数量,缓和裂缝尖应力集中。2 钢纤维混凝土的特性及优点与普通混凝土相比,钢纤维混凝土的很多性能都得到了不同的改善。(1)力学强度。 钢纤维对混凝土的抗压强度的影响不显,其抗压强度主要取决于混凝土基体的强度等级。统计资料表明，钢纤维混凝土抗压强度仅提高了10%左右。但钢纤维混凝土的劈拉强度、抗剪强度、抗弯强度等均比普通混凝土有大幅度的提高。其中,抗拉强度和抗弯强度提高50%～80%,抗折强度提高15%～35%,抗剪强度提高50%～80%。(2)钢纤维混凝土的韧性及抗裂性能。钢纤维掺入到混凝土基体 中起到阻止裂缝引发、扩散并在混凝土的受力破坏过程中吸收大量能量的作用,使混凝土开裂前后的性态发生根本性变化,而改善了混凝土的变形性能。当荷载作用于钢纤维混凝土基体上、应力通过纤维和基体的界面粘结传递给纤维,同时 混凝土受到钢纤维的约束作用,限制了新裂缝的发生,推迟了裂缝的扩展,因此钢 纤维混凝土具有较好的韧性和抗裂性。与普通混凝土相比抗裂性能提高了2～3倍,韧性得到了显著改善。(3)钢纤维混凝土的抗冲击性能。钢纤维混凝土的抗冲 击特性是混凝土吸收动能能力的一种表征,国内外对钢纤维混凝土冲击性能作了大量研究。国内外没有统一的试验方法,同种材料采用不同的试验方法得出的规律相近。纤维对混凝土抗冲击特性的影响主要取决于混凝土基体强度等级及纤维的掺量,掺量多而杂的抗冲击性能明显提高。(4)钢纤维混凝土的耐磨性和耐久性。在混凝土中掺入钢纤维后,其耐磨性提高了很多。国内采用标号为C35和CF35的普通混凝土和钢纤维混凝土5cm×5cm×5cm的试件在国产耐磨机上做等条件磨损试验。结果表明,钢纤维混凝土比普通混凝土的耐磨性能提高了30%～50%；此外,钢纤维混凝土的耐腐蚀性、抗冻融性较普通混凝土都得到了显著改善。3钢纤维混凝土的工程应用现状经过三十余年的研究开发,国内外科技界在原有的实践基础上研究出了多种新型纤维