钢纤维加固混凝土劈裂及抗剪性能测试研究★

刘　洁　苏立彬*

(西藏大学农牧学院，西藏 林芝　860000)



·结构·抗震·

钢纤维加固混凝土劈裂及抗剪性能测试研究★

刘洁苏立彬*

(西藏大学农牧学院，西藏 林芝860000)

通过在混凝土中加入不同体积率的钢纤维，测试了混凝土试块的抗剪与劈裂抗拉能力，结果表明：钢纤维对于混凝土试块抗剪能力的提高一直呈上升的趋势；混凝土试块达到一定程度后抗拉强度就不再增长，数值呈稳定状态，混凝土材料达到极限。

钢纤维，混凝土，抗剪强度，劈裂抗拉性能

0　引言

混凝土作为一种广泛使用的建筑材料，由于其脆性大、抗拉强度弱等缺点，在某些方面应用受到一定的限制。因此，人们通过很多方式提高混凝土的韧性、抗拉强度以适应更高的结构设计要求。使用钢纤维来增强混凝土特性是一种非常重要的手段，可以大大提高混凝土的抗拉强度和变形能力[1]。工程中常用的钢纤维是长直剪切型纤维，在混凝土中加入钢纤维搅拌可以有效的阻碍内部微裂的扩展。与素混凝土相比，钢纤维混凝土强度大，可以降低混凝土结构的自重；抗拉强度高、抗裂强度明显，体积率在1%～2%时，抗拉强度能够提高40%[2]，抗拉性能的改变主要与钢纤维的体积率、形状、自身的强度以及表面形状有关；掺入适量的钢纤维，可以有效的减轻混凝土的抗疲劳性、冲击韧性。认识到钢纤维的优越特性以后，国内外的很多学者都对钢纤维混凝土的力学性质以及增强机理进行了诸多的研究[3]。

钢纤维已经被国内工程大量的应用，例如青藏公路、沪杭高速公路[4]、小浪底工程[5]、三峡大坝工程[6]等，由此可见钢纤维混凝土在实际工程中有较高的使用价值。

1　研究问题

本文主要是研究钢纤维掺入的体积率不同对混凝试块的抗剪性能的影响；钢纤维掺入体积率不同对混凝土试块劈裂抗拉性能的影响；钢纤维混凝土试块抗剪强度与劈拉强度的关系；通过对裂缝的观察，探究钢纤维对混凝土抗裂的影响。

2　试验

2.1试验原材料

本实验主要考虑钢纤维的体积率对混凝试块的劈裂抗拉、抗剪性能的影响。试验中使用的钢纤维是鞍山市昌宏钢钎厂生产的剪切波浪形钢纤维，矩形截面面积约6 mm2，长度在30 mm～40 mm。钢纤维掺入的体积率分别是0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%。

试验所使用的混凝土强度是C20，使用的是细骨料模数为2.7的尼洋河中砂；粗骨料使用的是卵石，直径不大于20 mm，颗粒级配数在10 mm～15 mm，连续粒级；水泥使用的是强度等级为32.5的广州君明水泥制造厂制作的水泥。

2.2混凝土的配合比

混凝土的配合比设计见表1。

表1　混凝土的配合比

2.3实验方法

抗剪实验使用是(100×100×300)mm3的混凝土试块，分为六组，每组三块，钢纤维的掺入量体积率为0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%。

劈裂抗拉实验使用是(150×150×150)mm3立方体试块，分为六组，每组三块，钢纤维的掺入量为体积率0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%。

混凝土的搅拌过程以及抗剪与劈裂抗拉实验根据GB/T 50080—2002普通混凝土搅合物性能实验方法标准。

抗剪强度计算公式使用的是：

ffv=Fmax/2bh

(1)

劈裂抗拉实验计算拉力公式是：

fcu=0.637fc

(2)

3　实验数据分析

3.1混凝土坍落度

素混凝土的坍落度为90 mm；体积率为0.5%的钢纤维混凝土的坍落度为90 mm；体积率为1.0%的钢纤维混凝土的坍落度为85 mm；体积率为1.5%的钢纤维混凝土坍落度为70 mm；体积率为2.0%的钢纤维混凝土坍落度为60 mm；体积率为2.5%的钢纤维混凝土坍落度为35 mm。

加入钢纤维的混凝土坍落度随着混凝土中掺加钢纤维含量的增多而降低，混凝土的流动性也随之降低。钢纤维的掺入量越多，包裹粗骨料、细骨料、卵石所用的水泥量就越多。

3.2实验数据处理

1)混凝土劈拉强度。钢纤维混凝土在受到力的情况下，开始并不会产生裂痕，在达到极限荷载以后才会出现裂痕。钢纤维混凝土在开裂以后，钢纤维有阻止裂缝继续扩大的趋势，从而提高了混凝土的劈裂抗拉强度。钢纤维混凝土裂痕达到最大破坏状态是钢纤维脱离混凝土块。

2)混凝土抗剪性能。钢纤维混凝土在受到剪力的时候，钢纤维同混凝土一起承担荷载。当荷载继续增大的时候，钢纤维混凝土开裂，钢纤维横跨裂缝继续传递应力，使混凝土试块能够继续承载剪力。最终破坏现象是钢纤维与混凝土的粘结力达到极限，脱离混凝土。

根据表2可以看出，当钢纤维混凝土的劈裂强度ffv=(1.2 ～1.37)MPa的时候，钢纤维的抗剪性能与劈裂抗拉性能之间的关系式是：

fcu=2.77ffv

(3)

根据图1可以看出：混凝土中掺入钢纤维的含量增多，混凝土的抗剪强度和劈裂抗拉强度都会增强。劈裂抗拉强度的增长趋势远远小于抗剪强度的增长趋势。混凝土的抗剪性能随着钢纤维掺量的增加，抗剪强度有着明显的增长趋势。掺入的钢纤维体积率达到2.5%的时候，钢纤维混凝土的抗剪强度是素混凝土的1.4倍。随着钢纤维掺量的增加，混凝土的抗剪强度一直呈现递增的趋势，这就说明钢纤维混凝土在使用的过程中有很好的抗剪性能。

随着钢纤维含量的增多，劈裂抗拉强度在增长的过程中逐渐趋于稳定，最终会达到一个固定的数值，材料达到最大限度的抗拉强度。当钢纤维掺入体积率达到2.5%的时候，钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度是素混凝土的2.3倍；钢纤维掺入的体积率达到0.5%的时候，混凝土的劈裂抗拉强度的提升最为明显。

4　结语

实验过程中，混凝土在产生裂缝的时候，钢纤维横跨在裂缝之间，由于其有较好的塑性条件，可粘结土体，从而提高混凝土的抗剪、劈裂抗拉性能。

加入钢纤维的时候，混凝土脆性的特征逐渐的降低，钢纤维含量的不断增加，混凝土开始出现塑性的特征，钢纤维混凝土是塑性材料。

钢纤维混凝土试块的抗剪和劈裂抗拉性能随着钢纤维掺入量的增加而增强。在条件相同的情况下，钢纤维对于抗剪强度的提高要远远高于劈裂抗拉强度的提高。钢纤维混凝土的抗剪强度与劈裂抗拉强度可以形成一种线性关系。

钢纤维加入到混凝土中，混凝土的裂纹产生了变化，裂痕多而密，这就说明钢纤维有很强的阻裂能力，为混凝土的抗剪和劈裂抗拉的提高起着重要的作用。

钢纤维的抗拉、抗剪性能十分的突出，可以应用于地下工程；因其有较好的变形能力，在地震中可以很好的抵抗地震带来的横波和纵波对工程结构的破坏。

[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]陈希.钢纤维混凝土性能与应用前景[J].中国水利，2003(10):27-30.

[3]杨久俊，刘俊霞，韩静宜，等.大流动度超高强钢纤维混凝土力学性能研究[J].建筑材料报，2010，13(1):1-6.

[4]蒋德宝.浅谈钢纤维混凝土在桥面补强中的应用[A].全国第七届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集[C].北京：中国铁道出版社，1998.

[5]李运涛，赵洪玲.小浪底工程进水口岩石高边坡加固技术[J].人民黄河，1997(2)：37-39.

[6]高润德，张远嘱，杨松岭.高性能钢纤维硅粉混凝土在三峡工程临时船项目中的应用[A].全国第七届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集[C].北京：中国铁道出版社，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★:全国大学生创新性实验资助项目，国家级项目

刘洁(1994- )，女，在读本科生

苏立彬(1983- )，男，在读博士，讲师

TU311

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