钢纤维混凝土基本力学性能的试验研究

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[摘 要]在以往对钢纤维混凝土的研究上侧重于高强度混凝土，对中等强度混凝土研究较少，因此，文章针对Vf=0、0.5%、1.0%、1.5%，基体强度为C30的SFRC进行基本力学性能试验研究，以供工程设计参考。

[关键词]钢纤维混凝土；抗压强度；劈裂抗拉强度；抗裂性能；实验研究

中图分类号：TU528 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2014）08-0189-02

如今随着混凝土科学的发展，配制强度高、工作性良好的混凝土已不再困难，人们把研究的重点逐渐转移到混凝土的耐久性能上。混凝土的体积稳定性是混凝土耐久性的一个重要方面，也是混凝土达到耐久性要求的前提条件，体积稳定性不良的直接后果就是引发裂缝，裂缝无论大小程度，都能对混凝土的劣化起到很大的促进作用。而钢纤维对改善混凝土开裂有着显著效果，由于钢纤维混凝土具有许多结构上的优势，钢纤维呈三维均匀分布，使混凝土的应力在结构材料的横截面及其长度方向上更加均匀分散，避免了应力集中，只要掺入数量较少的钢纤维就能显著地减少混凝土的开裂状况，对于改善混凝土的抗拉、抗弯以及抗疲劳性能等有着明显的效果。

在以往对钢纤维混凝土的研究上侧重于高强度混凝土，对中等强度混凝土研究较少，因此，文章针对Vf=0、0.5%、1.0%、1.5%，基体强度为C30的SFRC进行基本力学性能试验研究，以供工程设计参考。

1.试验概况

实验中所采用的钢纤维为常州武进利源钢纤维公司生产的剪切型钢纤维，长度32mm，长径比 59。水泥为盘山水泥厂生产的盘山牌P.O 32.5普通硅酸盐水泥。骨料最大粒径为20mm；混凝土的配合比为水泥420 kg/m3，水189 kg/m3，砂837 kg/m3，石837 kg/m3；水灰比0.45。 立方体抗压强度计算公式为

2.试验结果及分析

2.1立方体抗压强度试验

试件尺寸为150mm×150mm×150mm，龄期为28d。从实验结果可知，4种试件的混凝土轴心抗压强度分别为24MPa，24.4MPa，24.9MPa，25.3MPa。随着钢纤维体积率的增大，抗压强度并没有明显增强。差别主要体现在峰值后的残余强度，钢纤维体积率越大，残余强度越高。图 1 试件抗压应力―应变曲线图 图2 试件抗折应力-应变曲线图

2.2劈裂抗拉强度试验

试件尺寸为150mm×150mm×150mm，龄期为28d。从实验结果可知，4种试件的混凝土劈裂抗拉强度分别为1.73MPa，1.98MPa，2.18MPa，2.38MPa。随着钢纤维体积率的增大，劈拉强度有明显增强。最大增幅达到137.6%。

从试验中可以看出，对于普通混凝土而言，当混凝土表面出现微裂缝时，混凝土很快被拉断，发生脆性破坏；而钢纤维混凝土则不然，纤维的加入，改变了素混凝土已有裂缝随即开裂的状况，即钢纤维混凝土劈拉破坏时均有较大的变形。

2.3抗折强度试验

试件尺寸为100mm×100mm×100mm，龄期为28d。从实验结果可知，4种试件的混凝土抗拉，强度分别为2.1MPa，3.0MPa，3.6MPa，4.5MPa。随着钢纤维体积率的增大，抗折强度有明显增强。增幅最大达到113.15%，而且峰值后的残余强度也越明显，钢纤维掺量越高残余强度越明显。

试件抗折破坏形态与劈裂抗拉破坏形态有一定的相似之处，从试验中可以看出，对于素混凝土而言，当混凝土表面出现微裂缝时，混凝土很快被拉断，即其开裂荷载和极限荷载几乎同时发生；而钢纤维混凝土在构件受力之初，应变很小，钢纤维所承担的拉应力也小，基体起主要受力作用，随着应变增大，钢纤维承担应力越大，混凝土基体达到极限应变的时间推迟，也即导致裂缝最初引发推迟。基体开裂后，裂缝间应力重分布，原先由基体承担的应力向钢纤维转移，跨越裂缝的纤维将荷载传递给裂缝的两侧表面，使裂缝处材料仍能够继续承受荷载，裂缝扩展速度得到延缓，并呈稳定扩展状态，如果跨越裂缝的纤维越多，则裂缝稳定扩展持续时间越长，导致最终达到的峰值应力越高。

3.结论

（1）当纤维掺量在0%～1.5%时，钢纤维对混凝土立方体抗压强度的提高在2.5%～5.8%之间。钢纤维掺量对混凝土抗压强度的影响不大，钢纤维混凝土的强度主要取决于基体混凝土的强度，但钢纤维的加入使得混凝土由脆性破坏转为延性破坏，使其裂后性能得到改善，裂而不碎。

（2）劈裂抗拉强度随着钢纤维体积率的增加而明显增大，提高幅度在14.5%～37.6%之间。与普通混凝土相比，钢纤维的加入使得混凝土的破坏方式由脆性转为延性。

（3）抗折强度增大明显。最大增幅达到113.15%，钢纤维的加入，改变了素混凝土已有裂缝随即开裂的状况，即钢纤维混凝土抗折破坏时均有较大的变形。

参考文献

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