鋼纖維加固混凝土劈裂及抗剪性能測試研究★

劉　潔　蘇立彬*

(西藏大學農牧學院，西藏 林芝　860000)

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·結構·抗震·

鋼纖維加固混凝土劈裂及抗剪性能測試研究★

劉潔蘇立彬*

(西藏大學農牧學院，西藏 林芝860000)

通過在混凝土中加入不同體積率的鋼纖維，測試了混凝土試塊的抗剪與劈裂抗拉能力，結果表明：鋼纖維對于混凝土試塊抗剪能力的提高一直呈上升的趨勢；混凝土試塊達到一定程度后抗拉強度就不再增長，數值呈穩定狀態，混凝土材料達到極限。

鋼纖維，混凝土，抗剪強度，劈裂抗拉性能

0　引言

混凝土作為一種廣泛使用的建筑材料，由于其脆性大、抗拉強度弱等缺點，在某些方面應用受到一定的限制。因此，人們通過很多方式提高混凝土的韌性、抗拉強度以適應更高的結構設計要求。使用鋼纖維來增強混凝土特性是一種非常重要的手段，可以大大提高混凝土的抗拉強度和變形能力[1]。工程中常用的鋼纖維是長直剪切型纖維，在混凝土中加入鋼纖維攪拌可以有效的阻礙內部微裂的擴展。與素混凝土相比，鋼纖維混凝土強度大，可以降低混凝土結構的自重；抗拉強度高、抗裂強度明顯，體積率在1%～2%時，抗拉強度能夠提高40%[2]，抗拉性能的改變主要與鋼纖維的體積率、形狀、自身的強度以及表面形狀有關；摻入適量的鋼纖維，可以有效的減輕混凝土的抗疲勞性、沖擊韌性。認識到鋼纖維的優越特性以后，國內外的很多學者都對鋼纖維混凝土的力學性質以及增強機理進行了諸多的研究[3]。

鋼纖維已經被國內工程大量的應用，例如青藏公路、滬杭高速公路[4]、小浪底工程[5]、三峽大壩工程[6]等，由此可見鋼纖維混凝土在實際工程中有較高的使用價值。

1　研究問題

本文主要是研究鋼纖維摻入的體積率不同對混凝試塊的抗剪性能的影響；鋼纖維摻入體積率不同對混凝土試塊劈裂抗拉性能的影響；鋼纖維混凝土試塊抗剪強度與劈拉強度的關系；通過對裂縫的觀察，探究鋼纖維對混凝土抗裂的影響。

2　試驗

2.1試驗原材料

本實驗主要考慮鋼纖維的體積率對混凝試塊的劈裂抗拉、抗剪性能的影響。試驗中使用的鋼纖維是鞍山市昌宏鋼釬廠生產的剪切波浪形鋼纖維，矩形截面面積約6 mm2，長度在30 mm～40 mm。鋼纖維摻入的體積率分別是0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%。

試驗所使用的混凝土強度是C20，使用的是細骨料模數為2.7的尼洋河中砂；粗骨料使用的是卵石，直徑不大于20 mm，顆粒級配數在10 mm～15 mm，連續粒級；水泥使用的是強度等級為32.5的廣州君明水泥制造廠制作的水泥。

2.2混凝土的配合比

混凝土的配合比設計見表1。

表1　混凝土的配合比

2.3實驗方法

抗剪實驗使用是(100×100×300)mm3的混凝土試塊，分為六組，每組三塊，鋼纖維的摻入量體積率為0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%。

劈裂抗拉實驗使用是(150×150×150)mm3立方體試塊，分為六組，每組三塊，鋼纖維的摻入量為體積率0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%。

混凝土的攪拌過程以及抗剪與劈裂抗拉實驗根據GB/T 50080—2002普通混凝土攪合物性能實驗方法標準。

抗剪強度計算公式使用的是：

ffv=Fmax/2bh

(1)

劈裂抗拉實驗計算拉力公式是：

fcu=0.637fc

(2)

3　實驗數據分析

3.1混凝土坍落度

素混凝土的坍落度為90 mm；體積率為0.5%的鋼纖維混凝土的坍落度為90 mm；體積率為1.0%的鋼纖維混凝土的坍落度為85 mm；體積率為1.5%的鋼纖維混凝土坍落度為70 mm；體積率為2.0%的鋼纖維混凝土坍落度為60 mm；體積率為2.5%的鋼纖維混凝土坍落度為35 mm。

加入鋼纖維的混凝土坍落度隨著混凝土中摻加鋼纖維含量的增多而降低，混凝土的流動性也隨之降低。鋼纖維的摻入量越多，包裹粗骨料、細骨料、卵石所用的水泥量就越多。

3.2實驗數據處理

1)混凝土劈拉強度。鋼纖維混凝土在受到力的情況下，開始并不會產生裂痕，在達到極限荷載以后才會出現裂痕。鋼纖維混凝土在開裂以后，鋼纖維有阻止裂縫繼續擴大的趨勢，從而提高了混凝土的劈裂抗拉強度。鋼纖維混凝土裂痕達到最大破壞狀態是鋼纖維脫離混凝土塊。

2)混凝土抗剪性能。鋼纖維混凝土在受到剪力的時候，鋼纖維同混凝土一起承擔荷載。當荷載繼續增大的時候，鋼纖維混凝土開裂，鋼纖維橫跨裂縫繼續傳遞應力，使混凝土試塊能夠繼續承載剪力。最終破壞現象是鋼纖維與混凝土的粘結力達到極限，脫離混凝土。

根據表2可以看出，當鋼纖維混凝土的劈裂強度ffv=(1.2 ～1.37)MPa的時候，鋼纖維的抗剪性能與劈裂抗拉性能之間的關系式是：

fcu=2.77ffv

(3)

根據圖1可以看出：混凝土中摻入鋼纖維的含量增多，混凝土的抗剪強度和劈裂抗拉強度都會增強。劈裂抗拉強度的增長趨勢遠遠小于抗剪強度的增長趨勢。混凝土的抗剪性能隨著鋼纖維摻量的增加，抗剪強度有著明顯的增長趨勢。摻入的鋼纖維體積率達到2.5%的時候，鋼纖維混凝土的抗剪強度是素混凝土的1.4倍。隨著鋼纖維摻量的增加，混凝土的抗剪強度一直呈現遞增的趨勢，這就說明鋼纖維混凝土在使用的過程中有很好的抗剪性能。

隨著鋼纖維含量的增多，劈裂抗拉強度在增長的過程中逐漸趨于穩定，最終會達到一個固定的數值，材料達到最大限度的抗拉強度。當鋼纖維摻入體積率達到2.5%的時候，鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強度是素混凝土的2.3倍；鋼纖維摻入的體積率達到0.5%的時候，混凝土的劈裂抗拉強度的提升最為明顯。

4　結語

實驗過程中，混凝土在產生裂縫的時候，鋼纖維橫跨在裂縫之間，由于其有較好的塑性條件，可粘結土體，從而提高混凝土的抗剪、劈裂抗拉性能。

加入鋼纖維的時候，混凝土脆性的特征逐漸的降低，鋼纖維含量的不斷增加，混凝土開始出現塑性的特征，鋼纖維混凝土是塑性材料。

鋼纖維混凝土試塊的抗剪和劈裂抗拉性能隨著鋼纖維摻入量的增加而增強。在條件相同的情況下，鋼纖維對于抗剪強度的提高要遠遠高于劈裂抗拉強度的提高。鋼纖維混凝土的抗剪強度與劈裂抗拉強度可以形成一種線性關系。

鋼纖維加入到混凝土中，混凝土的裂紋產生了變化，裂痕多而密，這就說明鋼纖維有很強的阻裂能力，為混凝土的抗剪和劈裂抗拉的提高起著重要的作用。

鋼纖維的抗拉、抗剪性能十分的突出，可以應用于地下工程；因其有較好的變形能力，在地震中可以很好的抵抗地震帶來的橫波和縱波對工程結構的破壞。

[1]OlivitoR S,ZuccarelloF A.An experimental study on the strength of steel fiber reinforced concrete[J].Composites Part B:Engineering,2010,41(3):246-255.

[2]陳希.鋼纖維混凝土性能與應用前景[J].中國水利，2003(10):27-30.

[3]楊久俊，劉俊霞，韓靜宜，等.大流動度超高強鋼纖維混凝土力學性能研究[J].建筑材料報，2010，13(1):1-6.

[4]蔣德寶.淺談鋼纖維混凝土在橋面補強中的應用[A].全國第七屆纖維水泥與纖維混凝土學術會議論文集[C].北京：中國鐵道出版社，1998.

[5]李運濤，趙洪玲.小浪底工程進水口巖石高邊坡加固技術[J].人民黃河，1997(2)：37-39.

[6]高潤德，張遠囑，楊松嶺.高性能鋼纖維硅粉混凝土在三峽工程臨時船項目中的應用[A].全國第七屆纖維水泥與纖維混凝土學術會議論文集[C].北京：中國鐵道出版社，1998.

Splitting and shearing of steel fiber-reinforced concrete performance testing study★

Liu JieSu Libin*

(InstituteofAgricultureandAnimalHusbandryinTibetUniversitySchool,Linzhi860000,China)

By joining in the concrete were added to volume ratio of steel fiber concrete block shear test and splitting capabilities. Test showed that: steel fiber for concrete try block of anti-cut capacity of improve has been rendering rose of trend, concrete try block in reached must degree hou tensile strength on no longer growth, numerical rendering stable state, concrete material reached limit.

steel fiber, concrete, shear strength, splitting tensile performance

1009-6825(2016)23-0034-03

2016-06-08★:全國大學生創新性實驗資助項目，國家級項目

劉潔(1994- )，女，在讀本科生

蘇立彬(1983- )，男，在讀博士，講師

TU311

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