钢纤维混凝土破坏机理及力学性能试验

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1、第3期矿产综合利用NO．32015年6月MultipurposeUtilizationofMineralResourcesJun．2015钢纤维混凝土破坏机理及力学性能试验者亚雷，侯克鹏，杨志全，曲懋轩(昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明650093)摘要：通过分析比较素混凝土和钢纤维混凝土的破坏机理，讨论了钢纤维的加入对混凝土的整个破坏过程的影响，钢纤维的掺人对基体的增强机理和横跨于裂缝间的钢纤维对裂缝发展的约束作用。结果表明：钢纤维对混凝土的阻裂作用很明显，而对混凝土起裂的限制作用不明显。对钢纤维掺量为30kg／m3的钢纤维喷射混凝土进行现场喷射大板切割试件力学性能试验，研究其立方体

2、抗压强度、轴心抗压强度和劈拉强度，并在试验分析中导入标准差系数对试验数据的可信度进行评价。关键词：钢纤维混凝土；破坏机理；抗压强度；劈拉强度。doi：10．3969／j．issn．1000-6532．2015．03．019中图分类号：TD989；TU528．31文献标志码：A文章编号：1000—6532(2015)03—0078—03钢纤维掺入混凝土中是使传统混凝土改性的裂缝，成为薄弱面。材料受载时，由于这些不可避免一个重要手段，钢纤维混凝土与传统混凝土一样，可的微裂纹前缘部分传递应力的能力被削弱，裂缝将用于浇筑或喷射，是目前国内外纤维混凝土中发展扩展直至失稳，这是混凝土材料发生破坏的主要原

3、较快、用途最广的工程结构材料。钢纤维混凝土与因。钢纤维混凝土内部同样存在着微裂缝，但裂缝传统方式即用钢筋网加强的混凝土一样，由水泥、砂的扩展、失稳以及材料的破坏过程与素混凝土有着石、添加剂、水和钢纤维组成。其区别是钢纤维均本质上的不同，两者破坏机理见图1[3-4~。匀、乱向分布于混凝土基体中，与钢筋网规则的框架排布不同，因而能均匀的增强混凝土强度。与普通混凝土相比，钢纤维在混凝土基体中形成类似网状结构，加上钢纤维自身具备较好的力学性能，钢纤维≯二一一蠹釜j：一混凝土的抗拉、弯强度、抗震能力、耐久性等均有较大的提高。普通混凝土随着强度的提高，其材质将会变得很脆，抗裂、抗变形能力降低不能满足工程

4、的(a)素混凝土；(b)钢纤维混凝土需求，而钢纤维的掺人很好的改善了这种性能，使其图1混凝土破坏机理Fig．1Damagemechanismofconcrete具备较好的韧性。从长远的经济角度考虑，钢纤维混凝土带来的社会效益是巨大的。第一阶段(见图1(I))，素混凝土与钢纤维混凝土一样，由于干燥收缩砂和硬化水泥晶体的结合1破坏机理面出现微裂缝，先发生解体破坏，此时裂缝稳定、缓素混凝土是由基相、分散相以及结合面组成的慢地发展。在这个阶段，钢纤维平行骨料的边壁分三相复合材料，钢纤维混凝土则是由混凝土基体和布，与这些微裂缝并没有交叉贯穿，起不到阻裂增强钢纤维组成的多相复合材料。水泥基体硬化形成强作

5、用，即边壁效应；度的过程中，由于水分急剧蒸发，内部会产生大量微第二阶段(见图1(Ⅱ))，素混凝土与钢纤维混收稿日期：2014一l1—11基金项目：国家自然科学基金(No．41402272)；云南省教育厅科学研究基金重点项目(No．2014Z031)作者简介：者亚雷(1989一)，男，在读硕士研究生，从事岩力学研究。第3期者亚雷等：钢纤维混凝土破坏机理及力学性能试验‘79凝土均为砂浆破坏。此时，砂浆中开始出现裂缝，砂只对端面附近试件高度约等于觅度的范围内的应力和硬化水泥晶体的结合面不再紧密粘结，先发生解状态产生显著影响，试件的中间部分则接近于均匀体破坏，从而导致裂缝扩展即将进入硬化水泥浆，混的

6、单轴受压应力状态。因此，我国混凝土结构设计凝土基体的承载能力降低。其中，素混凝土裂缝尖规范中所取用的轴心抗压强度指标主要是依据棱柱端有应力集中，导致裂缝急剧扩展，这也是混凝土发体的轴心抗压强度。生脆性破坏的主要原因；钢纤维混凝土中，横越裂缝抗拉强度是较能直接反应混凝土抗裂强度的重和在裂缝尖端附近的钢纤维开始发挥作用，钢纤维要指标，也是间接地衡量其他力学性能，诸如混凝土将应力传递给裂缝的上、下表面。大量试验证明，随的冲切强度、抗剪强度等的指标。我国常常把轴向着钢纤维掺量的增大，裂缝尖端应力集中的现象逐抗拉强度作为混凝土结构设计规范的指标，但是采渐趋向缓和，且到达一定程度有消失的可能，因而使用直

7、接受拉试验存在诸多因素，如：试件的几何、物裂缝扩展的速度减慢。但是，如果钢纤维掺量过多，理对中问题较难保证，可能出现偏拉导致破坏，从而会影响混凝土基体的密实程度、孔隙率增大，反而起影响试验结果的准确性。因此采用劈拉试验间接确不到增强作用，一般掺量在30～50kg／m；定混凝土的抗拉强度是一个很必要的手段。第三阶段(见图1(Ⅲ))，素混凝土与钢纤维混3力学性能试验凝土均为硬化水泥浆体的解体破坏。此时裂缝扩展变的