鋼纖維混凝土的現(xiàn)狀與發(fā)展
發(fā)布日期:2025/5/5 9:48:04

鋼纖維增強(qiáng)混凝土(SFRC)是在普通混凝土中添加適量短鋼纖維,形成一種可澆注、
噴射的新型復(fù)合材料,近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速。它克服了混凝土抗拉強(qiáng)度低、伸長(zhǎng)率小、
性質(zhì)脆性的缺點(diǎn),具有抗拉、抗彎、抗剪、抗裂、抗疲勞、韌性高等優(yōu)異性能,已在水利、路橋、建筑等工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1. 鋼纖維增強(qiáng)混凝土的發(fā)展
纖維增強(qiáng)混凝土(FRC)是纖維增強(qiáng)混凝土的簡(jiǎn)稱(chēng)。它通常是一種由水泥漿、砂漿或混凝土與金屬纖維、
無(wú)機(jī)纖維或有機(jī)纖維增強(qiáng)材料組成的水泥基復(fù)合材料。它是將高抗拉強(qiáng)度、高延伸率、
高耐堿性的短細(xì)纖維均勻分散于混凝土基體中而形成的新型建筑材料。纖維在混凝土中
可以限制混凝土早期裂縫的產(chǎn)生以及在外力作用下裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展,有效克服混凝土抗拉強(qiáng)度低、
易開(kāi)裂、抗疲勞性能差等固有缺陷,大大提高混凝土的抗?jié)B、防水、抗凍和鋼筋保護(hù)性能。

纖維增強(qiáng)混凝土特別是鋼纖維增強(qiáng)混凝土由于其優(yōu)越的性能,在實(shí)際工程中越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界和工程界的重視。
1907年蘇聯(lián)專(zhuān)家BП.赫克波恰布開(kāi)始應(yīng)用金屬纖維增強(qiáng)混凝土;1910年H.F.波特發(fā)表了關(guān)于短纖維增強(qiáng)混凝土的研究報(bào)告,
建議在混凝土中均勻分散摻入短鋼纖維來(lái)增強(qiáng)基體材料;1911年美國(guó)的格雷厄姆在普通混凝土中添加鋼纖維,
以提高混凝土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性;20世紀(jì)40年代,美、英、法、德、日等國(guó)家在利用鋼纖維提高混凝土的耐磨性、抗裂性、
鋼纖維混凝土的制造技術(shù)、改善鋼纖維形狀以提高纖維與混凝土基體的粘結(jié)強(qiáng)度等方面進(jìn)行了大量的研究;
1963年J.P.romualdi和G.B.Batson發(fā)表了關(guān)于鋼纖維約束混凝土裂縫發(fā)展機(jī)理的論文,
并提出了鋼纖維增強(qiáng)混凝土的抗裂強(qiáng)度取決于鋼纖維平均間距,而鋼纖維平均間距在拉應(yīng)力中起有效作用
(纖維間距理論)的結(jié)論,從而開(kāi)啟了這種新型復(fù)合材料的實(shí)用化發(fā)展階段。
目前,隨著鋼纖維增強(qiáng)混凝土的推廣應(yīng)用,由于混凝土中纖維分布的不同,主要有鋼纖維增強(qiáng)混凝土、
混雜纖維增強(qiáng)混凝土、層布式鋼纖維增強(qiáng)混凝土和層布式混雜纖維增強(qiáng)混凝土四種類(lèi)型。
2. 鋼纖維增強(qiáng)混凝土的增強(qiáng)機(jī)理
(1)復(fù)合力學(xué)理論。復(fù)合力學(xué)理論以連續(xù)纖維復(fù)合材料理論為基礎(chǔ),結(jié)合鋼纖維在混凝土中的分布特點(diǎn)。
該理論將復(fù)合材料視為以纖維為一相、基體為另一相的雙相復(fù)合材料。
(2)纖維間距理論。纖維間距理論,又稱(chēng)抗裂理論,是基于線彈性斷裂力學(xué)提出的。該理論認(rèn)為,
纖維的增強(qiáng)效果僅與均勻分布的纖維間距(最小間距)有關(guān)。
三、鋼纖維增強(qiáng)混凝土發(fā)展現(xiàn)狀分析
1.鋼纖維增強(qiáng)混凝土。鋼纖維增強(qiáng)混凝土是在普通混凝土中添加少量低碳鋼、不銹鋼和玻璃鋼纖維,
形成一種相對(duì)均勻、多向增強(qiáng)的混凝土。鋼纖維摻量一般為體積分?jǐn)?shù)的1%~2%,
每立方米混凝土按重量計(jì)摻入70~100kg鋼纖維。鋼纖維長(zhǎng)度宜為25~60mm,
直徑宜為0.25~1.25mm,最佳長(zhǎng)徑比為50~700。與普通混凝土相比,
它不但能提高混凝土的抗拉、抗剪、抗彎、耐磨、抗裂性能,
而且能大幅度增強(qiáng)混凝土的斷裂韌性和抗沖擊性能,
明顯提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能和耐久性,特別是韌性可提高10~20倍。
國(guó)內(nèi)對(duì)鋼纖維混凝土與普通混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行了比較,
當(dāng)鋼纖維摻量為15%~20%,水灰比為0.45時(shí),抗拉強(qiáng)度提高50%~70%,抗彎強(qiáng)度提高120%~180%,
抗沖擊強(qiáng)度提高10~20倍,沖擊疲勞強(qiáng)度提高15~20倍,抗彎韌性提高14~20倍,耐磨性也有明顯提高。
因此,鋼纖維混凝土比普通混凝土具有更優(yōu)良的物理力學(xué)性能。



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鋼纖維混凝土的現(xiàn)狀與發(fā)展
2025/5/5 9:48:04 訪問(wèn)量:374
鋼纖維增強(qiáng)混凝土(SFRC)是在普通混凝土中添加適量短鋼纖維,形成一種可澆注、
噴射的新型復(fù)合材料,近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速。它克服了混凝土抗拉強(qiáng)度低、伸長(zhǎng)率小、
性質(zhì)脆性的缺點(diǎn),具有抗拉、抗彎、抗剪、抗裂、抗疲勞、韌性高等優(yōu)異性能,已在水利、路橋、建筑等工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1. 鋼纖維增強(qiáng)混凝土的發(fā)展
纖維增強(qiáng)混凝土(FRC)是纖維增強(qiáng)混凝土的簡(jiǎn)稱(chēng)。它通常是一種由水泥漿、砂漿或混凝土與金屬纖維、
無(wú)機(jī)纖維或有機(jī)纖維增強(qiáng)材料組成的水泥基復(fù)合材料。它是將高抗拉強(qiáng)度、高延伸率、
高耐堿性的短細(xì)纖維均勻分散于混凝土基體中而形成的新型建筑材料。纖維在混凝土中
可以限制混凝土早期裂縫的產(chǎn)生以及在外力作用下裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展,有效克服混凝土抗拉強(qiáng)度低、
易開(kāi)裂、抗疲勞性能差等固有缺陷,大大提高混凝土的抗?jié)B、防水、抗凍和鋼筋保護(hù)性能。

纖維增強(qiáng)混凝土特別是鋼纖維增強(qiáng)混凝土由于其優(yōu)越的性能,在實(shí)際工程中越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界和工程界的重視。
1907年蘇聯(lián)專(zhuān)家BП.赫克波恰布開(kāi)始應(yīng)用金屬纖維增強(qiáng)混凝土;1910年H.F.波特發(fā)表了關(guān)于短纖維增強(qiáng)混凝土的研究報(bào)告,
建議在混凝土中均勻分散摻入短鋼纖維來(lái)增強(qiáng)基體材料;1911年美國(guó)的格雷厄姆在普通混凝土中添加鋼纖維,
以提高混凝土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性;20世紀(jì)40年代,美、英、法、德、日等國(guó)家在利用鋼纖維提高混凝土的耐磨性、抗裂性、
鋼纖維混凝土的制造技術(shù)、改善鋼纖維形狀以提高纖維與混凝土基體的粘結(jié)強(qiáng)度等方面進(jìn)行了大量的研究;
1963年J.P.romualdi和G.B.Batson發(fā)表了關(guān)于鋼纖維約束混凝土裂縫發(fā)展機(jī)理的論文,
并提出了鋼纖維增強(qiáng)混凝土的抗裂強(qiáng)度取決于鋼纖維平均間距,而鋼纖維平均間距在拉應(yīng)力中起有效作用
(纖維間距理論)的結(jié)論,從而開(kāi)啟了這種新型復(fù)合材料的實(shí)用化發(fā)展階段。
目前,隨著鋼纖維增強(qiáng)混凝土的推廣應(yīng)用,由于混凝土中纖維分布的不同,主要有鋼纖維增強(qiáng)混凝土、
混雜纖維增強(qiáng)混凝土、層布式鋼纖維增強(qiáng)混凝土和層布式混雜纖維增強(qiáng)混凝土四種類(lèi)型。
2. 鋼纖維增強(qiáng)混凝土的增強(qiáng)機(jī)理
(1)復(fù)合力學(xué)理論。復(fù)合力學(xué)理論以連續(xù)纖維復(fù)合材料理論為基礎(chǔ),結(jié)合鋼纖維在混凝土中的分布特點(diǎn)。
該理論將復(fù)合材料視為以纖維為一相、基體為另一相的雙相復(fù)合材料。
(2)纖維間距理論。纖維間距理論,又稱(chēng)抗裂理論,是基于線彈性斷裂力學(xué)提出的。該理論認(rèn)為,
纖維的增強(qiáng)效果僅與均勻分布的纖維間距(最小間距)有關(guān)。
三、鋼纖維增強(qiáng)混凝土發(fā)展現(xiàn)狀分析
1.鋼纖維增強(qiáng)混凝土。鋼纖維增強(qiáng)混凝土是在普通混凝土中添加少量低碳鋼、不銹鋼和玻璃鋼纖維,
形成一種相對(duì)均勻、多向增強(qiáng)的混凝土。鋼纖維摻量一般為體積分?jǐn)?shù)的1%~2%,
每立方米混凝土按重量計(jì)摻入70~100kg鋼纖維。鋼纖維長(zhǎng)度宜為25~60mm,
直徑宜為0.25~1.25mm,最佳長(zhǎng)徑比為50~700。與普通混凝土相比,
它不但能提高混凝土的抗拉、抗剪、抗彎、耐磨、抗裂性能,
而且能大幅度增強(qiáng)混凝土的斷裂韌性和抗沖擊性能,
明顯提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能和耐久性,特別是韌性可提高10~20倍。
國(guó)內(nèi)對(duì)鋼纖維混凝土與普通混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行了比較,
當(dāng)鋼纖維摻量為15%~20%,水灰比為0.45時(shí),抗拉強(qiáng)度提高50%~70%,抗彎強(qiáng)度提高120%~180%,
抗沖擊強(qiáng)度提高10~20倍,沖擊疲勞強(qiáng)度提高15~20倍,抗彎韌性提高14~20倍,耐磨性也有明顯提高。
因此,鋼纖維混凝土比普通混凝土具有更優(yōu)良的物理力學(xué)性能。