纤维混凝土增强机理分析.pdf

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1、梅国栋1，段文付2(1．佛山市顺德区碧桂园物业发展有限公司，广东佛山5283122．武汉光谷建设投资有限公司，湖北武汉430205)摘要：纤维增强机理，即纤维改善混凝土基体各方面性能的作用机制，是描述和解释纤维对基体性能改良作用的理论基础。现有的纤维增强机理．一般都是在纤维增强均质材料相关理论的基础上演绎而来。混凝土基体的构造比塑料、金属等均质材料要复杂得多。因此基于纤维增强均质材料的纤维增强机理，并不能完全适用于纤维混凝土。纤维对混凝土基体的作用主要有阻裂、增强、增韧三种，相比于普通混凝土，纤维混凝土各种综合性能的提高或改善都与这三种作

2、用有关。关键词：纤维增强机理；混杂纤维；受拉破坏机理；混杂效应Abstract：Fiber—reinforcedmechanism．namelyfibertoimprovetheperformanceofallaspectsoftheconcretematrix，istodescribeandexplainthetheoreticalfoundationoffiberonpropertiesofmatrixeffects．Existingfiber．．reinforcedmechanismisusuallydeductedfromtheh

3、omogeneousmaterialsrelevanttheoryoffiberreinforcement．Itmustbenotedthattheconstrcutionofconcretematrixismorecomplexthanotherhomogeneousmaterialssuchasplastic，metal．Therefore，fiber—reinforcedmechanismofhomogeneousmaterialscannotbecompletelyapplicabletofiberreinforcedconcre

4、te．Overall，theeffectsoffiberontheconcretematrixaremainlythreeaspectsincludingcrackresistance，reinforcementandtoughHess．Comparedtonormalconcrete，thethreeaspectscanincreaseorimprovetheoverallperformancsoffiberreinforcedconcrete．Keywords：fiber-reinforcedmechanism；hybridfiber

5、；tensilefailuremechanism；hybrideffect0引言现有的纤维增强机理．无论是宏观模型还是细观模型。均主要以纤维和基体为研究对象．研究单一纤维与基体之间的相互作用．并没有直接分析两种或以上的纤维对于基体的增强作用。尽管分析混杂纤维混凝土的纤维增强机理时．可直接借鉴甚至套用现有的纤维增强模型．但混杂纤维混凝土的增强作用．并不仅仅局限于纤维作用于材料基体的增强作用。混杂纤维混凝土．能通过不同纤维之间的混杂．使混杂材料之间产生性能互补。体现出预期的良好综合性能。这种互补，可以使不同尺度上的性能互补．也可以是强度和延性

6、上的互补．或者是就某一宏观性能进行分析后发现的“混杂效应”。因此．分析混杂纤维混凝土的增-18-强作用．不仅要考虑单一纤维分别对于混凝土的增强作用，更需要综合考虑纤维不同尺度、不同受力状态下．对基体的增强作用。1纤维间距理论依照纤维间距理论．纤维的增强机理主要在于减小或缩小裂缝源的尺度与数量．缓和裂缝尖端应力集中程度，抑制裂缝的发生与扩展。纤维的增强效果关键在于纤维的平均间距，平均间距越小．纤维对裂缝引发与扩展的约束能力越大．纤维混凝土的强度就越高。而纤维的平均间距大小，取决于单位基体体积内的有效纤维根数。因此．在制备工艺和纤维种类、长径

7、比一定的情况下．单位基体体积内的有效纤维根数取决于纤维的体积掺量．纤维体积掺量越大．增强效果越强。_-≤孟材型望幽对于SP—HFRC．在混凝土基体中有两种纤维：钢纤维和聚丙烯纤维。若单从总的纤维体积掺量上分析．SP—HFRC的增强效果完全可以被单一钢纤维或聚丙烯纤维所替代。然而。已有大量的研究成果证实．SP—HFRC的增强效果强于单一纤维混凝土．其原因是SP—HFRC在不同尺度上的逐级增强(表1)。表1钢纤维一聚丙烯纤维尺寸对比如表1所示．研究采用的钢纤维长度和直径远大于聚丙烯纤维．经计算。单根钢纤维体积为聚丙烯纤维的220倍．若掺人的钢

8、纤维和聚丙烯纤维体积掺量相同．单位体积基体内聚丙烯纤维的数量将为钢纤维的220倍。试验中，钢纤维体积掺量比聚丙烯纤维体积掺量高一个数量级．但实际制备的试件中。单位体积基体内。聚丙烯纤维的数量仍