钢纤维增强混凝土的应用及研究现状.docx

钢纤维增强混凝土的应用及研究现状【摘要】钢纤维增强混凝土不仅具有普通混凝土的优良特性，并且能够显著改善混凝土的抗拉和抗弯性能，能够有效的控制裂缝的发展，具有较好的延性。本文阐述了钢纤维增强混凝土的应用及研究现状。【关键词】钢纤维增强混凝土；性能特点；增强机理；应用1、钢纤维高强混凝土的性能特点1.1钢纤维增强混凝土的强度大多数学者均认为，混凝土在初裂前，纤维对基材中的微裂缝有限制约束作用，可以提高基材的初裂强度，尤其是在混凝土初裂之后，由于应力集中而导致裂缝的进一步延伸和扩展。而跨越裂缝的纤维主要接受和承担通过基体和纤维界面传递的应力，减少与缩小裂缝源的数量和尺度，缓和裂缝尖端应力集中程度，并发生塑性变形，吸收大量能量，达到纤维对混凝土增强增韧的目的。所以，改善钢纤维与基体间的粘结强度是提高钢纤维增强增韧效果的关键。1.2钢纤维增强混凝土的变形性能钢纤维增强混凝土弹性阶段的变形与普通混凝土性能相比无显著差别，受压弹性模量和泊松比与普通混凝土基本相同，受拉弹性模量随钢纤维的掺入量增加有小幅提高。但钢纤维可大幅度提高钢纤维增强混凝土韧性，构件的韧性反映了其塑性变形性能。1.3钢纤维增强混凝土的耐腐蚀性国内外很多学者的试验表明，未开裂的钢纤维增强混凝土在空气和海水中都呈现良好的耐腐蚀性。但是跨接裂缝处的钢纤维发生腐蚀后，会降低结构的强度。在荷载或其他因素作用下已经开裂的钢纤维增强混凝土，长期跨越裂缝暴露在腐蚀环境中钢纤维的腐蚀速度取决于环境和裂缝状况，腐蚀会降低纤维与混凝土基体的粘结性能，从而影响钢纤维增强混凝土构件的承载能力和变形性能。2、钢纤维高强混凝土的增强机理2.1钢纤维增强机理的基本观点2.1.1结构层次观点研究材料的力学性能，首先应考虑内部结构单元聚集的层次。一般材料内部结构单元聚集的层次可分为：宏观结构层次或工程结构层次、细观结构层次、微观结构层次。在宏观结构层次上，材料被视为连续的和均质的，它由性能相同的有限尺寸和体积单元组成。在微观结构层次上，材料被视为不连续、不均质的，它由原子和分子尺寸的不连续质点组成。2.1.2复合材料观点复合材料的基本假定是：①不同材料组成了可以认为是连续介质的足够大的区域。每个区域中的各种材料分别具有相同的物理性质。②每个相是均质的，在空间上它的性质是恒定一致的。2.1.3界面观点复合材料中的各相是通过界面结合成为整体的。界面结合的强弱通常取决于组成界面的二相的实际接触面积以及界面自由能的大小，它们对于与材料破坏有关的变形及断裂等性质的影响极大，有时甚至是决定性的。从界面观点分析钢纤维增强混凝土的破坏现象，研究界面结构可以找到改善钢纤维增强混凝土性能的方法。2.1.4能量观点从材料的微观结构层次上分析材料组分、结构与宏观性能的关系分析，实际上材料内部结构的形成、发展及破坏过程就是能量的转化过程。材料受力后积蓄的变形能，若不能及时转化为热能而散失，最终将会通过产生裂缝及破坏而转化为表面能、声能及动能等等。2.2钢纤维增强机理的基本理论目前的钢纤维增强混凝土界面增强机理主要有2种代表性理论：一种是复合力学理论，复合力学理论将钢纤维增强混凝土视为多相体系，钢纤维为一相，混凝土为一相，复合材料的性能为各相性能的加和值。它是将纤维混凝土看作复合材料，用复合材料力学的知识进行分析，运用复合力学理论，假设钢纤维连续均匀排列在混凝土中，材料的性能为各相性能的叠加。另一种是纤维间距理论，它是将纤维混凝土看作脆性材料，用断裂力学方法进行分析，建立在断裂力学基础上的纤维间距理论，认为纤维间距与钢纤维对裂缝的引发和扩展的抑制作用有密切关系。纤维间距理论是在1963年由Romualdi和Baton提出，该理论建立在线弹性断裂力学的基础上，认为混凝土内部有尺寸不同的微裂缝、孔隙和缺陷，在施加外力时，孔、缝部位会产生大的应力集中，引起裂缝的扩展，最终导致结构破坏。目前，研究较多的有钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙纤维混凝土等。由于特殊的结构特点，钢纤维对混凝土能起到良好的增强作用，使得钢纤维增强混凝土有着较强的物理力学性能，钢纤维增强混凝土在与民用建筑、土建、水利等方面发展很快，它的研究和应用也在逐渐扩大。3.1建筑工程对于房屋建筑、框架节点等受力复杂、抗震要求高的部位，采用传统的配筋方式不能很好地解决问题，且施工困难，混凝土质量难以保证。而钢纤维增强混凝土中的钢纤维乱向分布于混凝土中，是抵御结构构件复杂应力的理想材料。钢纤维增强混凝土的良好抗裂性，可使构件在标准荷载作用下处于弹性受力阶段而不开裂，不出现应力重分布。在预应力锚具处采用钢纤维增强混凝土，可以有效地提高混凝土的局部承压能力，进一步改善预应力混凝土梁的整体受力性能。3.2路面跑道的面层由于钢纤维增强混凝土具有良好的抗裂、抗弯曲、耐冲击