鋼纖維形狀特征對鋼纖維混凝土力學性能的影響

1、鋼纖維形狀特征對鋼纖維混凝土力學性能的影響為使鋼纖維得到更好的應用，筆者研究了幾種異形鋼纖維對鋼纖維混凝土力學性能的影響。1 原材料及試驗方法11原材料性能鋼纖維：浙江嘉興七星鋼纖維廠剪切法生產的異形鋼纖維，其形狀規(guī)格見表1。12 纖維混凝土配合比為便于比較，摻用鋼纖維的基準混凝土均采用同一配合比：水灰比為0.25，膠合料（包括水泥、礦渣、粉煤灰）為680kg/m3,砂率為30%，減水劑摻量為膠合料質量的1%。摻加不同外觀形狀鋼纖維的鋼纖維的鋼纖維混凝土的力學性能見表1。鋼纖維類型特征參數(shù)鋼纖維體積率/%抗壓強度/mpa劈裂抗拉強度/mpa抗折強度/mpa長度l/mm等效直徑d/mm長徑比（l

2、/d）未摻鋼釬維074.74.610.5鼻混型33.50.6055.81.0/2.085.2/93.47.2/9.411.6/12.6凸痕型31.50.6250.81.0/2.088.8/93.68.1/10.612.4/14.5波紋型32.00.5.64.01.0/2.086.5/88.68.1/9.612.4/13.8球痕型32.50.6351.61.0/2.083.3/85.76.9/9.211.2/12.1超短鼻型12.80.5025.61.0/2.085.5/104.6.5/7.211.0/12.0表1 不同外觀形狀的鋼纖維對鋼纖維混凝土力學性能的影響13 試驗方法試驗按CECS13

3、：89鋼纖維混凝土試驗方法進行。試件尺寸：抗壓強度、劈拉強度試驗的試件尺寸為100mm×100mm×100mm，抗折強度試驗的試件尺寸為100mm×100mm×400mm。2 試驗結果與討論2.1 長徑比對鋼纖維混凝土力學性能的影響 通常把長度為2040mm,長徑比40120的鋼纖維定為普通短鋼纖維;長度為515mm,長徑比1030的鋼纖維定為超短鋼纖維。表1中1、2、3、4形鋼纖維為普通短鋼纖維，5形為超短鋼纖維。從表1的試驗結果可以看出；對于鋼纖維體積摻量小于3%的鋼纖維混凝土來說，摻普通短鋼纖維時其抗壓、抗拉、抗折強度分別可提高14.7%25.0%

4、 、104.3% 130.4%、 15.2%38.1%；摻超短鋼纖維時，抗壓、抗拉、抗折強度分別可提高39.2%、56.5%、14.3%。其中超短鋼纖維對抗壓強度提高的幅度比普通短鋼纖維大，而普通短鋼纖維對抗拉、抗折強調提高的幅度比超短鋼纖維大得多。這是因為抗壓強度對鋼纖維的邊壁效應敏感，而抗拉、抗折強度對邊壁效應遲鈍。鋼纖維邊壁效應就是在模板或粗骨料表面邊壁附近，由于受邊壁的限制，鋼纖維趨于在平行于邊壁方向取向。普通短鋼纖維相對較長，邊壁效應較強，鋼纖維沿粗骨料界面分布，即與鋼纖維混凝土第一級破壞（粗骨料和砂漿結合面上產生微裂縫）的裂縫平行，故在此階段鋼纖維起不到什么阻裂作用；而超短鋼纖維較

5、短，邊壁效應相對較弱，即有一定數(shù)量的鋼纖維與粗骨料界面相交，一旦平行界面的初始微裂縫有發(fā)展的趨勢，這一部分鋼纖維就能很好地阻止其發(fā)展，超短鋼纖維在第一級破壞中有較好的阻裂作用，推遲了初裂縫的產生，因而有效地提高了混凝土的抗壓強度。而抗拉、抗折強度對纖維邊壁效應遲鈍，普通短鋼纖維比超短鋼纖維長度長，與混凝土粘結力和握裹力更大，所以其抗拉、抗折強度高。在試驗過程中，我們還發(fā)現(xiàn)超短異形鋼纖維混凝土攪拌和成型性能很好，在后續(xù)研究中還發(fā)現(xiàn)，當鋼纖維摻加的體積率達7%時，攪拌均勻，無成團現(xiàn)象，且它的抗壓強度隨鋼纖維體積率成線性增長，抗拉、抗彎、抗折等性能也不錯，所以適應在工程中推廣應用。普通鋼纖維中波紋形

6、初始纏結現(xiàn)象較明顯，攪拌時易成團，對工作性影響較嚴重，成型困難，影響混凝土的力學性能；其它幾種普通短鋼纖維還比較好攪拌、成型。22 鋼纖維外觀形狀對鋼纖維混凝土力學性能的影響 由表1的試驗結果知，1、2、3、4形鋼纖維長徑比差不多，但對應的鋼纖維混凝土的各種強度相差很大：凸痕形鋼纖維混凝土的抗壓、抗拉、抗折強度均最高，說明凸痕形鋼纖維對混凝土的增強、增韌效果最好；異混形、波紋形鋼纖維次之，球痕形最差。這主要是由于它們的外觀形狀不同，與混凝土基體的粘結強度和握裹強度也不一樣。凸痕形為變截面異形鋼纖維，兩端頭均有增大截面的凸痕，凸痕在混凝土中起較強的錨固作用。鋼纖維在混凝土基體中的作用除粘結強度外，尚有因形狀變異在凸痕拐點處的握裹強度。在鋼纖維材質相同的情況下，這種握裹強度與鋼纖維拐點處的剛度成正比，剛度越大，綱纖維在混凝土中就越難拔出，其握裹強度就越大。異混形拐點形狀看似很好，但其剛度不如凸痕形大，所以其增強、增韌效果也不如凸痕形好。所以，要提高鋼纖維對混凝土的增強、增韌效果，就要加大鋼纖維形狀變異處的剛度，這一點對鋼纖維生產和應用有很大的指導作用。3 結 論（1）超短鋼纖維對混凝土抗壓增強效果比普通短鋼纖維好，且它的攪拌、成型性能也很好。普通短鋼纖維對混凝土抗拉、抗折增強效果比超短纖維好得多。（2）當鋼纖維長徑比差不多時，其外