钢纤维混凝土抗压阻裂性能研究.pdf

- 8 4 露天采矿技术 2 0 1 4 年第2 期 钢纤维混凝土抗压阻裂性能研究 宫 文娟 ( 中煤科工集团沈阳设计研 究院有限公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 1 5 ) 摘要： 为增强混凝土的抗压阻裂韧性 ， 减少裂缝 的产生 ， 对短钢纤维及超短钢纤维混凝土进行机理分 析及实验研究。研究表 明钢纤维能有效增强混凝 土抗压强度 ， 增加混凝土的整体性能； 超短钢 纤维抗压抗裂 性能好于短钢纤维， 能有效阻止裂缝的产生及开展 ， 达到增强阻裂效果。 通过煤炭 工程一实例分析易裂部位 ， 采用超短钢纤维混凝土， 有效阻止 了工程裂缝的产生。 关键词： 钢纤维混凝土； 阻裂； 超短钢纤维； 抗压增强 中图分类号： T U 5 2 8 5 7 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 19 8 1 6( 2 0 1 4 )0 20 0 8 40 3 随着社会经济的发展 ， 各种复杂工程 日新月异 ， 对高性能混凝土的要求也越来越高。对于地面有较 大集中荷载处 ，或由于结构超长会产生较大温度应 力 。 均可能导致混凝土产生裂缝 。 钢纤维混凝土具有 抗拉和抗裂强度高 、抗 冲击和抗疲 劳能力强 的优 点。在混凝土中掺加乱向分布的钢纤维， 可以显著 减小因荷载在基体引起的细观裂缝和缺陷尖端产生 的应力集中现象， 从而达到提高强度的目的【” 。 1 钢纤维混凝土抗压增强及阻裂增韧机理 1 1 钢纤维在混凝土中分布和取向的影响效应 钢纤维按照长度可分 为亚短钢纤 维 ( 4 06 0 m m) 、 短钢纤 维( 2 03 5 mr t 1 ) 、 超短钢 纤维 ( 1 5 m m 以下 ) 3种。其中短钢纤维和超短钢纤维的施工方法 较为简便 ， 也有利于混凝土抗压强度的提高。 当钢纤维密集地分布于应力大的部位 ，沿着主 拉应力方向取向， 增强效果最理想。 而实际上受搅拌 方式、构件的形状和尺寸等多种因素影响却很难达 到这种理想状态。它们对钢纤维的分布和取向的影 响主要体现在重力效应和边壁效应。 1 ) 重力效应 2 1 。当钢纤维加入混凝土 中进行搅 拌开时， 它在拌合物中基本上成三维均匀随机分布， 但搅拌振捣过程中， 因为重力作用的存在， 钢纤维在 混凝土 中逐渐地向下移动 ，并趋于与重力垂直 的平 面内取 向， 这一现象称为纤维的重力效应 。 重力效应 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 2 0 作者简介： 宫文娟 ( 1 9 8 6 一 ) ， 女 ， 工学硕士学位 ， 2 0 1 0年 毕业于东北大学土木工程专业，毕业后一直就职于中国煤 炭科工集团沈阳设计院建筑二所， 从事结构设计工作。 会使纤维在混凝土中层上疏下密分布。 2 ) 边壁效应2 1 。由于模板对纤维的约束限制， 当 纤维混凝土在振捣成型过程中 ，靠近模板的钢纤维 将趋于平行模板边壁的平面 内取 向，这一效应被称 为边壁效应。边壁效应造成钢纤维在混凝土外围附 近的分布形态不能够呈现三维均匀随机分布 ，而主 要是二维分布。 1 2 超 短钢 纤 维对混 凝 土抗压 强度 的增 强机理 按裂缝的发展程度及钢纤维混凝土材料组织结 构的破坏程度将破坏过程分为 4幺圾I2 】 ： 第 1 级破坏为混凝土破坏 ，砂浆和骨料界面上 的原始裂缝出现， 并开始稳定 、 缓慢地发展 ； 第 2 级破坏为砂浆破坏， 裂缝延伸至砂浆， 砂和 水泥浆的结合面处发生解体 ，裂缝即将延伸至硬化 水泥浆体 ； 第 3 级破坏为硬化水泥浆体解体破坏，裂缝加 剧扩展 ， 宏观裂缝迅速增长； 第 4级破坏为纤维拔出破坏 。 整个破坏过程中， 因为边壁效应的存在 ， 钢纤维 在其粗骨料 间隙的分布则 以与粗骨料一 砂浆界面平 行的取向为主，普通短钢纤维在第 1 级破坏中对平 行于粗骨料一 砂浆界面的裂缝基本起不到阻裂作用。 在第 2级破坏中，砂浆 中跨越裂缝的纤维的阻裂作 用才得 以充分发挥。 超短钢纤维长度很短 ， 故边壁效应相对较弱 ， 在 钢纤维体机率一样的情况下，分布于粗骨料与粗骨 料间的钢纤维数目增多， 这样与粗骨料一 砂浆的界面 的相交钢纤维便更多。这些钢纤维穿越了集 中在界 面区的裂缝源，充分受拉，降低了界面上的应力集 中， 有效地缓解 了起裂的时间， 当平行于界面的初始