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钢纤维混凝土的研究现状和发展动态
摘要：钢纤维混凝土是一种新型的复合建筑材料，其物
理和力学性能优于普通混凝土，在建筑工程界具有很大的实
用价值，鉴
于其结构形式不同将其大致分为四类，简述各类
的研究现状和发展动态。
关键词：
钢纤维钢纤维混凝土１
前言随着
1824
年波特
< br>兰水泥的诞生，
在
1830
年前
后出现了混凝土，
作为当时的一
种新型建筑材料，就广泛地应用
于土木和水利工程。尤其是
在
19
世纪
中叶以后，
伴随着钢铁的发展，
人们把钢筋和混凝
土结合起来，
诞生了钢筋混凝土
(Reinforc
edConcrete)
这种新
型的复合建筑材料，大大提高了
结构的抗裂性能、刚度、承
载能力和耐久性，从而使建筑业经历了一场革命。尽管混凝<
/p>
土的固有优点是高抗压强度，然而它也有固有弱点
——
如构
件的自重大、易于塑性干缩开裂、抗疲劳能力低、韧性差、
抗拉强度低
(
一般仅为抗压强度的
7%
－
14%)
、易产生裂纹
、
抗冲击碎裂性差等，限制了在工程中的使用范围。这些弱点
随
着混凝土强度的提高显得尤为突出。因此，长期以来许多
专家和学者不断探索改善混凝土
性能
(
主要是提高抗拉性能，
增强耐久
性
)
的各种方法和途径，于是，提出了一种以传统素
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混凝土为基体
的新型复合材料
——
纤维混凝土。
2<
/p>
纤维混凝
土的发展和现状纤维混凝土
(F
iberReinforcedConcrete
，
简称
FRC)
，是纤维增强混凝土的简称，通常是以水泥净浆、砂浆
或者混凝土为基体，以金属纤维、无机纤维或有机纤维增强
材料组成的
一种水泥基复合材料。它是将短而细的，具有高
抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性等良
好性能的纤维均匀
的分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。纤维在混
凝土中限制混凝土早期裂缝的产生及在外力作用下裂缝的进
一步扩展。
在纤维混凝土受力初期，
纤维与混凝土共同受力，
< br>此时混凝土是外力的主要承担者，随着外力的不断增加或者
外力持续一定时间，当
裂缝扩展到一定程度之后，混凝土退
出工作，纤维成为外力的主要承担者，横跨裂缝的纤
维极大
的限制了混凝土裂缝的进一步扩展。由此可见，纤维有效地
克服了混凝土抗拉强度低、易开裂、抗疲劳性能差等固有缺
陷。与普通混凝土相比，<
/p>
FRC
具有较高的抗拉、抗弯拉、抗
冲击
、抗阻裂、抗爆和韧性、延性等性能，同时对混凝土抗
渗、防水、抗冻、护筋性等方面也
有很大的贡献。鉴于
FRC
具有素混凝土不具有的优点，纤维混
凝土尤其是钢纤维混凝
土在实际工程中日益得到学术界和工程界的关注。
1907
年原
苏联专家
B.<
/p>
П
.HekpocaB
开始用金属纤维增
强混凝土；
1910
年，美国
发表了有关短纤维增强混凝土的研究报
告，建议把短钢纤维均匀地分散在
混凝土中用以强化基体材
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料；
191
1
年，
美国
Graham
曾把钢纤维掺入普通混凝土中得
到了可以提高混凝土强度和稳定性的结果；到
20
世纪
40
年
代，美、英、法、德、日等国先后做了许多关于用钢纤维来
提
高混凝土耐磨性和抗裂性、钢纤维混凝土制造工艺、改进
钢纤维形状以提高纤维与混凝土
基体的粘结强度等方面的研
究；
1963
年
di
和
发
表了关于钢纤维
约束混凝土裂缝开展的机理的论文，提出了钢纤维混凝土开
裂强度是由对拉伸应力起有效作用的钢纤维平均间距所决定
的结论
(
纤维间距理论
)
，
从而开始了这种新型复合材料的实用
开发阶段。到目前，随着钢纤维
混凝土的推广应用，因纤维
在混凝土中的分布情况不同，主要有四类：钢纤维混凝土、<
/p>
混杂纤维混凝土、层布式钢纤维混凝土和层布式混杂纤维混
凝
土
。
2.1
钢
纤
维
混
凝
土
钢
纤
维
混
凝
土
(SteelFib
erReinforcedConcrete
简称
SFRC)<
/p>
是在普通混凝土
中掺入少量低碳钢、不锈钢和玻璃钢的纤维后形成
的一种比
较均匀而多向配筋的混凝土。
钢纤维的掺入量按体积一
般为
l
－
2%
，而按重量计每立方米混凝土中掺
70
－
100Kg
左右钢
纤维，
钢纤维的长
度宜为
25
－
60mm
，
直径为
0.25
－
1.25mm
，
长度与直径的最佳比值为
50
－
700
。与普
通混凝土相比，不
仅能改善抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能，而且能大大
增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能，显著提高结构的疲劳
性能及其耐久性
。尤其是韧性可增加
l0
－
20
倍，美国对钢纤
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维混凝土与普通混凝土力学
性能比较的试验结果见下表：物
理力学性质指标普通混凝土
SF
RC
极限抗弯拉强度
2
－
5.5MPa5
－
26MPa
极限抗压强度
21
－
35MPa35
－
56MPa
抗
剪强度
2.5MPa4.2MPa
弹性模量
< br>2104
－
3.5104MPa1.5104
－
3.5104MPa
热
膨
胀
系
数
9.
9
－
10.8m/m·k10.4
< br>－
11.1m/m·k
抗冲击力
480N·m1380N·m
抗磨指数
12
抗疲劳限值
0.5
－
0.550.80
－
0.95
抗裂指标比
17
韧性
110
—
20
耐冻融破坏指标数
11.9
我国对
SFRC
与
普通
混凝土力学性能做了比较试验，
当钢纤维掺入量为
15
－
20%
、
水灰比为
0.45
时，其抗拉强度增长
50
－
70%
，抗弯
强度增
长
120
－
180%
，抗冲击强度增长
10
－
20
倍，抗冲击疲劳强
度增长
15
－
20
倍，抗弯韧
性增长约
14
－
20
< br>倍，耐磨损性能
也明显改善。由此可以看出：与素混凝土相比，
< br>SFRC
具有
更优越的物理和力学性能：
(1)
较高的弹性模量和较高的抗拉、
抗压、抗弯拉、
抗剪强度；
(2)
卓越的抗冲击性能；
(3)
抗裂和
抗疲劳性能优异；
(4)
能明显改善变形性能；
(5)
韧性好；
(6)
抗磨与耐冻融有改观；
(7)<
/p>
强度和重量比增大，施工简便，材
料性价比高，
< br>具有优越的应用前景和经济性。
2.2
混杂纤维混
凝土鉴于钢纤维混凝土有许多正是我们需要而素混凝土又不
及的优点，
所以很受工程界的青睐。但有关研究资料表明，
钢纤维对混凝土的抗压强度并无明显促进
作用，甚至还有所
降低；与素混凝土相比，对于钢纤维混凝土的抗渗性、耐磨
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