鋼纖維混凝土力學性能試驗研究

謝雨霏 盛 夢 呂一帆

（南京農業大學， 江蘇 南京 211800）

0 引言

將普通混凝土與隨機分布的鋼纖維進行混合成鋼纖維混凝土可以改善普通混凝土的弱點，如拉伸強度低、在拉伸區容易開裂。鋼纖維混凝土可以改善普通混凝土的拉伸、撓曲和剪切強度，并且其抗裂性、韌性、耐久性和抗沖擊性得到了顯著改善。為了更好地探究鋼纖維混凝土力學性能的優化，為實際工程提供更多理論依據，本文在試驗研究的基礎上，探究不同摻入量下的鋼纖維混凝土的抗壓強度、劈裂抗拉強度的變化。

1 原材料及配合比

試驗所用水泥為M32.5砌筑水泥；碎石直徑為5-20mm；中砂，細度模數為2.5；鋼纖維波浪形鋼纖維，長度約為40mm，長徑比約為40；自來水。試驗所用材料配比如表1所示。

表1 鋼纖維混凝土試件配合比

2 試驗方法

試驗中，鋼纖維混凝土試件尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體。試件養護28d齡期后，使用2000KN試驗機加載，加載速率為0.5MPa/s，對鋼纖維混凝土進行劈裂抗拉試驗和抗壓試驗。

3 試驗結果及分析

3.1 鋼纖維對混凝土抗壓強度的影響

鋼纖維混凝土抗壓強度計算公式：

式中： fcc——鋼纖維混凝土抗壓強度，MPa

F——試件破壞荷載，N

A——試件承壓面積，mm2。

表2 抗壓試驗數據

0.5% 824.48 784.08 791.38 799.98 35.55 4.27% 0.7% 855.98 777.61 823.17 818.92 36.40 6.74% 1.0% 869.9 760.81 840.94 823.88 36.62 7.38%

由表2可知，鋼纖維體積摻量為0.5%-1.0%時，抗壓強度隨鋼纖維摻量的增加而增強但加強效果不明顯，抗壓強度較基準混凝土僅提高了4.27%-7.38%。

根據試驗數據，對不同鋼纖維摻量的混凝土抗壓強度與基準混凝土進行比較，用SPSS擬合得出鋼纖維混凝土相對基準混凝土的抗壓強度關系如圖1。

圖1 鋼纖維摻量與抗壓強度相對值關系

鋼纖維混凝土抗壓強度與基準混凝土抗壓強度之比和鋼纖維摻量的的關系式如下：

式中：fcc——鋼纖維混凝土抗壓強度，MPa

fc——基準混凝土抗壓強度，MPa

x——鋼纖維體積摻量

據上式可知，鋼纖維混凝土抗壓強度與基準混凝土抗壓強度之比和鋼纖維摻量呈三次函數的關系。當鋼纖維摻量在0.8%-1.0%時，擬合曲線具有極大值，可以推出，對抗壓強度而言，鋼纖維的最優摻量為0.8%-1.0%；當鋼纖維摻量大于1.0%時，鋼纖維混凝土的抗壓強度隨著鋼纖維摻量的增加而減小。已知基準混凝土的抗壓強度以及鋼纖維摻量，就可以利用上述公式求出鋼纖維混凝土的抗壓強度。

3.2 鋼纖維對混凝土劈裂抗拉強度的影響

鋼纖維混凝土劈裂抗拉強度計算公式：

式中：fts——鋼纖維混凝土劈裂抗拉強度，MPa

F——試件破壞荷載，N

A——試件劈裂面面積，mm2

表3 劈裂抗拉試驗數據

如表3所示，鋼纖維體積摻量為0.5%-1.0%時，混凝土劈裂抗拉強度隨鋼纖維摻量的增加而增大。鋼纖維體積摻量為0.5%-1.0%時，劈裂抗拉強度提高了15.56%-38.45%，鋼纖維對混凝土劈裂抗拉強度提高較為顯著。

對不同鋼纖維摻量的混凝土劈裂抗拉強度與基準混凝土進行比較，用SPSS擬合得出鋼纖維混凝土相對基準混凝土的劈裂抗拉強度關系如圖2。

圖2 鋼纖維摻量與劈裂抗拉強度相對值關系

鋼纖維混凝土劈裂抗拉強度與基準混凝土劈裂抗拉強度之比和鋼纖維摻量的關系式如下：

式中：ffts——鋼纖維混凝土劈裂抗拉強度，MPa

fts——基準混凝土劈裂抗拉強度，MPa

x——鋼纖維摻量

進一步分析計算得出，對劈裂抗拉強度而言，鋼纖維的最優摻量為1.3%-1.6%。已知基準混凝土的劈裂抗拉強度以及鋼纖維摻量，就可以利用上述公式求出鋼纖維混凝土的劈裂抗拉強度。

4 結論

（1）鋼纖維對混凝土抗壓強度增強效果不顯著，鋼纖維摻量為0.5%-1.0%時，抗壓強度僅提高了4.27%-7.38%。對抗壓強度而言，鋼纖維的最優體積摻量為0.8%-1.0%。

（2）鋼纖維對混凝土劈裂抗拉強度影響較大，鋼纖維體積摻量為0.5%-1.0%時，劈裂抗拉強度較基準混凝土提高了15.56%-38.45%。對劈裂抗拉強度而言，鋼纖維的最優摻量為1.3%-1.6%。