钢纤维混凝土中裂缝扩展研究.pdf

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1、钢纤维混凝土中裂缝扩展研究牛龙龙，张士萍(南京工程学院建筑工程学院，江苏南京211167)摘要：研究钢纤维混凝土中裂缝扩展规律．对钢纤维混凝土应用有重要意义。文章介绍了钢纤维混凝土开裂的过程与特点、阻裂杌理、断裂模型，并概述了裂缝扩展表征与测试方法以及钢纤维对裂缝扩展的影响，为钢纤维混凝土应用提供参考。关键词：钢纤维混凝土：裂缝扩展；影响因素Abstract：Itisofgreatsignificancetostudythelawofcrackpropagationinsteelfiberreinforcedconcrete．r111ispaperreviewsfeaturesand

2、thecrackingprocess，resistancemechanismofcracks，fracturemodelofsteelfiberreinforcedconcrete，andsummarizesthecharacteristicsofthecrackpropagation，thetestmethod，andtheinfluencefactorofsteelfibertocrackingpropagation，whichmighthavereferencesfortheapplicationofthesteelfiberreinforcedconcrete．Keyword

3、s：steelfiberreinforcedconcrete；crackpropagation；influencefactor0引言混凝土中加入钢纤维．能较大提高混凝土各项性能。有效改善混凝土开裂，因而被广泛应用，但是纤维混凝土开裂依然不能避免。混凝土裂缝的存在是否危害到混凝土结构安全性能?能否保证混凝土结构有足够的使用寿命?为了科学有效地评价混凝土裂缝风险等级．及时可靠地评估修复加固损伤，保证混凝土结构的安全使用．深入研究纤维混凝土中的裂缝扩展规律具有一定的实际意义。1钢纤维混凝土的开裂1．1开裂过程与特点荷载作用下钢纤维混凝土中裂缝扩展分为三个阶段：微裂缝引发阶段、裂缝扩展阶段、

4、断裂与破坏阶段。裂缝扩展过程大致为：混凝土在原有缺陷及荷载作用下．裂缝开始产生并引发扩展，裂缝扩展过程中．受到纤维的阻挡而缓慢发展或改变方向绕过纤维而在另一个较易通过的区域内扩展．然后又被其它纤维阻挡，乱向分布的纤维，使混凝土裂缝曲折扩展．钢纤维}昆凝土在荷载作用基金项目：南京工程学院校级科研基金项[j(QKJA201604)。一26一下表现为裂缝缓慢扩展．纤维掺量决定了混凝土内部裂缝分布数量和扩展程度：混凝土基体开裂后纤维提供拉拔阻力．阻止裂缝扩展．其效果与钢纤维自身、拔出量或界面粘结状况有关，直至荷载达到某一临界值，裂缝发生迅速扩展。混凝土基体断裂。随着钢纤维受应力进一步增大．钢

5、纤维被拔出或者断裂．钢纤维混凝土断裂。钢纤维混凝土开裂与普通素混凝土有截然不同的特点：荷载作用下，普通混凝土一旦发生开裂，裂缝将迅速扩展、连通、贯穿。导致混凝土结构破坏．使混凝土“一裂即断”：掺入钢纤维能减少混凝土中裂缝源的数量和尺度．荷载作用过程中．钢纤维阻止裂缝的引发扩展，裂缝扩展十分缓慢．开裂后．桥联裂缝的纤维仍能继续承载．并成为荷载的主要承担者．使纤维混凝土“裂而不断”．带裂继续工作。此外．纤维也改变了裂缝在混凝土中扩展形态．将深渊裂缝转变为浅源裂缝，将宏观裂缝变为微观裂缝．将单一裂缝变为多条裂缝。1．2裂缝扩展机理自1910年发表的短纤维增强混凝土研究报告_·i杰材型型塑坠

6、塑开启纤维混凝土理论研究以来．目前关于纤维抑制混凝土裂缝生成和发展的理论主要是纤维间距理论和复合理论。纤维间距理论又称阻裂理论．由Romualdi、Batson等人提出。该理论认为纤维降低了裂缝尖端应力集中．并阻止裂缝急剧扩展．提高了开裂所需能量．达到纤维对混凝土的增强与增韧。纤维间距理论很好地解释了钢纤维对混凝土的阻裂作用．纤维间距大小直接影响复合材料阻裂能力。但它的影响作用既不是唯一的．也不是孤立的．与纤维基体特征、混凝土基体性能。以及纤维自身的复合效应也有很大的关系。Swamy、Mangat等人提出纤维混凝土复合理论．该理论认为纤维承担了荷载产生的一部分应力．才使得钢纤维混凝土

7、复合强度得以提高。该理论很好地解释了乱向短钢纤维混凝土抗拉性能．并且大量试验证实了其抗拉强度计算公式的正确性。然而混凝土基体与钢纤维并不是同时破坏的．需要考虑钢纤维的取向、尺寸以及钢纤维与基体的界面粘结状况等因素对材料强度的影响。这两种理论从不同的角度阐述了纤维对混凝土裂缝扩展的影响．两者之间存在着统一性，而又都有一定的局限性。目前．众多研究者基于纤维间距理论．结合固体力学原理，运用断裂和损伤力学的观点．使钢纤维混凝土的增强理论更加符合实际情况．同时也进一