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纤维增强混凝土研究的国内外文献综述

纤维混凝土是在普通混凝土的基础上，掺入金属纤维、无机纤维或有机纤维

等增强材料组成的种复合材料。由于纤维是种高抗拉、高延性的材料，加入

混凝土中恰好可以弥补其抗拉强度低、延性差、易断裂等不足，提高了混凝土的

抗拉强度，抑制了混凝土裂缝的产生，缓解混凝土已有裂缝的扩展，是种有效

提高混凝土强度和韧性的方法。

纤维混凝土的出现要追溯到20世纪初，国外学者Porter在1910年发表了短

纤维混凝土的相关研究报告叫这也是首次关于纤维增强混凝土方面的研究记录。

年后，Graham学者往普通混凝土中掺入了钢纤维，制备出性能优异的钢纤维

混凝土。此后，在1963年，Romualdi和Batson提出了基于钢纤维混凝土材料的

纤维间距理论，开始了这种新型复合材料在应用方面的研究。钢纤维强度高、弹

性模量高，对混凝土的增强、增韧作用效果显著，但其质量大，成本高，且易生

锈、易腐蚀，分散性能差，在搅拌过程中易结团问，这些缺点限制了钢纤维在工

程中的应用。而在非金属纤维中，碳纤维强度高、刚度大，但其造价昂贵，仅常

用于工程结构上的加固，若在工程中大规模使用不切实际；玻璃纤维有较高的强

度，但其成本较高闽，在混凝土拌制过程中较难分散均匀，且通常在较高的体积

掺量下才能发挥有效作用；合成纤维作为新型增强增韧材料，具有较高的强度，

且抗腐蚀性能好、价格低，在提高普通混凝土的基本力学性能、耐以性能等方面

有良好的效果。

1.1纤维增强混凝土理论

研究表明，纤维在水泥基材料或混凝土材料中发挥的增强效果主要取决于基

体强度网、纤维类型［V］、纤维长径比时［对、纤维掺量［面mx］、纤维在基体中的分

布和取向［x］的以及纤维与水泥砂浆基体间的界面性能叫］顷］等因素。般来讲，

纤维的掺入对混凝土的工作性能有消极影响，但可以有效改善混凝土的力学性能

［X1V］、耐以性能WE以及结构性能W］［XV词。

目前关于纤维混凝土的增强理论，主要有两种。

(1纤维间距理论

纤维间距理论是建立在线弹性力学的基础上，假定纤维在混凝土基体中以棋

盘式、沿拉应力方向均匀分布，并认为纤维对混凝土的增强作用与纤维间距有很

大关联。可概述为：当外力作用于混凝土时，混凝土内部的孔隙、微裂纹等缺陷

处会产生应力集中，导致结构实际受力超过允许值而破坏。当纤维在混凝土中均

匀分布时，混凝土内部的微裂缝被包围在相邻纤维之间。微裂缝尖端因拉力作用

会产生裂缝扩展应力，促进微裂缝向宏观裂缝发展，而裂缝附近的纤维-基体界

面会产生与裂尖扩展应力方向相反的应力场，缓和了裂尖应力集中的程度，限制

裂缝的开展，从而增强了混凝土的性能。

图1-2为Romualdi纤维分布模型，可用来说明纤维对混凝土的增强作用。

如错误!未找到引用源。（a）,s为纤维间距，a为裂缝半宽，裂缝分布在四根纤维

围成区域的中心。在拉力作用下，靠近裂缝的纤维表面会产生如错误!未找到引

用源。（b）所示的粘结力，，，的作用方向与裂缝张开方向相反，能够有效缓和裂

尖的应力集中程度，限制裂缝的开展。因此，有如下关系式：

Kt=K/K,（1-1）

式中：Kt—纤维混凝土实际应力强度因子；

K”未掺纤维时混凝土在外荷载作用下的应力强度因子；

Kf纤维周围产生的反向应力强度因子。

（2）复合材料力学理论

复合材料理论将纤维混凝土视为二相复合材料，纤维相，基体相，运用

了混合定律来计算纤维混凝土的各项性能，将纤维混凝土的性能用各相材料性能

的加权和来表示。

复合材料理论有三个基本假定:a.纤维在混凝土基体中是沿其受力方向连续、

均匀、平行地分布；b.纤维混凝土是匀质的各向同性或正交各向异性的线弹性

体；c.纤维与混凝土基体粘结完好，两者的界面间无滑移。

由上述假定可知，纤维连续、均匀、平行地分布在混凝土基体中，且与其受

荷方向致，见错误!未找到引用源。。

图1-3纤维混凝土的复合材料理论模型

则复合材料、基体以及纤维承受的荷