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钢纤维高强混凝土断裂韧度及影响因素

钢纤维高强混凝土断裂韧度及影响因素
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钢纤维及钢纤维混凝土的技术及规定

钢纤维及钢纤维混凝土知识 混凝土用纤维的分类: 所用纤维按其材料性质可分为:①金属纤维。如钢纤维(钢纤维混凝土)、不锈钢纤维(适用于耐热混凝土)。②无机纤维。主要有天然矿物纤维(温石棉、青石棉、铁石棉等)和人造矿物纤维(抗碱玻璃纤维及抗碱矿棉等碳纤维)。③有机纤维。主要有合成纤维(聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙、芳族聚酰亚胺等)和植物纤维(西沙尔麻、龙舌兰等),合成纤维混凝土不宜使用于高于60℃的热环境中。 钢纤维的性能和规格: 钢纤维是以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比(纤维长度与其直径的比值,当纤维截面为非圆形时,采用换算等效截面圆面积的直径)为40~80的纤维。 因制取方法的不同钢纤维的性能有很大不同,如冷拔钢丝拉伸强度为800-2000MPa、冷轧带钢剪切法拉伸强度为600-900MPa、钢锭铣削法为700MPa;钢水冷凝法虽为380MPa,但是适合生产耐热纤维。 为增强砂浆或混凝土而加入的、长度和直径在一定范围内的细钢丝。常用截面为圆形的长直钢纤维,其长度为10~60毫米,直径为0.2~0.6毫米,长径比为50~100。为增加纤维和砂浆或混凝土的界面粘结,可选用各种异形的钢纤维,其截面有矩形、锯齿形、弯月形的;截面尺寸沿长度而交替变化的;波形的;圆圈状的;端部放大的或带弯钩的等。 钢纤维的规格:

钢纤维是当今世界各国普遍采用的混凝土增强材料。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成,显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能,具有较好的延性。 纤维混凝土的作用: 制造纤维混凝土主要使用具有一定长径比(即纤维的长度与直径的比值)的短纤维。但有时也使用长纤维(如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯纤化薄膜)或纤维制品(如玻璃纤维网格布、玻璃纤维毡)。其抗拉极限强度可提高30~50%。 纤维在纤维混凝土中的主要作用,在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷(拉、弯)初期,当配料合适并掺有适宜的高效减水剂时,水泥基料与纤维共同承受外力,而前者是外力的主要承受者;当基料发生开裂后,横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。 若纤维的体积掺量大于某一临界值,整个复合材料可继续承受较高的荷载并产生较大的变形,直到纤维被拉断或纤维从基料中被拨出,以致复合材料破坏。与普通混凝土相比,纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度,尤以韧性提高的幅度为大。 钢纤维主要用于制造钢纤维混凝土,任何方法生产的钢纤维都能起到强化混凝土的作用。 纤维的增强效果主要取决于基体强度(fm),纤维的长径比(钢纤维长度l与直径d的比值,即I/d),纤维的体积率(钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数),纤维与基体间的粘结强度(τ),以及纤维在基体中的分布和取向(η)的影响。当钢纤维混凝土破坏时,大都是纤维被拔出而不是被拉断,因此改善纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素之一。 钢纤维混凝土的力学性能: 加入钢纤维的混凝土其抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度、韧性、冲击韧性等性能均得到较大提高。 1、具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度 在混凝土中掺入适量钢纤维,其抗压强度提高10%~80%(C50以上混凝土提高幅度显著),抗拉强度提高50%~100%,抗弯强度提高50%~80%,抗剪强度提高50%~100%。试验表明,长度为5~15mm,长径比为10~30的超短钢纤维抗压强度提高幅度较短纤维大得多,但抗拉强度、抗折强度较短纤维低得多。 2、具有卓越的抗冲击性能 材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能,称为冲击韧性,在通常的纤维掺量下,冲击抗压韧性可提高2~7倍,冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 3、收缩性能明显改善 在通常的纤维掺量下,钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低

钢纤维混凝土地坪

1.前言 所谓钢纤维混凝土是以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体,以金属纤维增强材料组成的水泥基复合材料。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金属纤维均匀分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。钢纤维混凝土克服了普通混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、脆性等缺点,具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能。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,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。 2.钢纤维混凝土的基本性能 (1)强度和重量比值增大。这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。(2)具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度。在混凝土中掺入适量钢纤维,其抗拉强度提高25%~50%,抗弯强度提高40%~80%,抗剪强度提高50%~100%。 (3)具有卓越的抗冲击性能。材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能,称为冲击韧性,在通常的纤维掺量下,冲击抗压韧性可提高2~7倍,冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 (4)收缩性能明显改善。在通常的纤维掺量下,钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%~9%。 (5)抗疲劳性能显著提高。钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。 (6)耐久性能显著提高。钢纤维混凝土除抗渗性能与普通混凝土相比没有明显变化外,由于钢纤维混凝土抗裂性、整体性好,因而耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。例如,掺量为1%、强度等级为CF35的钢纤维混凝土耐磨损失比普通混凝土降低30%。掺有2%钢纤维高强混凝土抗气蚀能力较其他条件相同的高强混凝土提高1.4倍。钢纤维混凝土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性,暴露在污水和海水中5年后的试件碳化深度小于

钢纤维混凝土地坪

1.前言 钢纤维混凝土是以水泥净浆、砂浆或混凝土为基体,以金属纤维增强材料组成的水泥基复合材料。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金属纤维均匀分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。 钢纤维混凝土克服了普通混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、脆性等缺点,具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能。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,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。 2.钢纤维混凝土的基本性能 (1)强度和重量比值增大。这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。(2)具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度。在混凝土中掺入适量钢纤维,其抗拉强度提高25%~50%,抗弯强度提高40%~80%,抗剪强度提高50%~100%。 (3)具有卓越的抗冲击性能。材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能,称为冲击韧性,在通常的纤维掺量下,冲击抗压韧性可提高2~7倍,冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 (4)收缩性能明显改善。在通常的纤维掺量下,钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%~9%。 (5)抗疲劳性能显著提高。钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。 (6)耐久性能显著提高。钢纤维混凝土除抗渗性能与普通混凝土相比没有明显变化外,由于钢纤维混凝土抗裂性、整体性好,因而耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。例如,掺量为1%、强度等级为CF35的钢纤维混凝土耐磨损失比普通混凝土降低30%。掺有2%钢纤维高强混凝土抗气蚀能力较其他条件相同的高强混凝土提高1.4倍。钢纤维混凝土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性,暴露在污水和海水中5年后的试件碳化深度小于

钢纤维高强混凝土的断裂韧度

第10卷第5期2007年10月 建筑材料学报 JOURNALOFBUII。DINGMATERIALS V01.10,No.5 Oct.,2007 文章缡号;1007--9629(2007)05--0577--06 钢纤维高强混凝土的断裂韧度 张廷毅,高丹盈,朱海堂 (郑州大学新型建材与结构研究中心,河南郑州450002) 摘要:通过100个尺寸为i00Inm×100miD.x515him的铜纤维高强混凝土试件以夏相 同尺寸的45个高强混凝土试件切口粱三点弯曲试验,探讨了钢圩雏体积分数和相对切口 深度对高强混凝土断裂韧度的影响和高强混凝土断裂韧度的统计分布规律.结果表明,随 着钢纤维体积分数的增加,钢纤维高强混凝土断裂韧度增益比成线性增加;随着切口深度 的增加,断裂韧度略有降低;高强混凝土断裂韧度服从威布尔分布.在试验结果的基础上, 建立了钢纤维高强混凝土断裂韧度的计算公式. 关键词;钢纤维;高强混凝土,概率分布;断裂韧度 中图分类号:TU528.572文献标识码:A FractureToughnessofSteelFiberReinforcedHighStrengthConcrete ZHANGTing—yi,GAODan—ying,ZHUHal—tang (ResearchCenterofNewStyleBuildingMaterial8LStructure,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450002,China) Abstract:Throughthree-pointbendingteston100specimensofsteelfiberreinforcedhighstrengthconcrete(SFHSC)and45specimensofplainhighstrengthconcrete(HSC)withthesizeof100mm×i00mm×515mm,theefteetofthefibervolumefraction(竹)andrelativenotchdepth(a/W)onthefracturetoughnessofplainhighstrengthconcretewasstudied.Theprobabi-litydistributionofthefracturetoughness(Kt)ofhighstrengthconcretewasstudiedaswell.Theresultsshowthattheincrementratioofthefracturetoughnessincreaseslinearlywiththein—creaseof许.The fracturetoughnessofsteelfiberreinforeedhighstrengthconcreteandplainhighstrengthconcretedecreaseswiththeincreaseofnotchdepthThetheoreticaIdistributionfunctionofthefracturetoughnessofplainhighstrengthconcreteisinaccordancewiththeWeibulldistri—butionfunction.Basedonthetestresults,theformulaf。rcalculatingK∞wasproposed. Keywords:steelfiber;highstrengthconcrete;probabilitydistribution;fracturetoughness混凝土断裂韧度是描述混凝土断裂性能的重要参数,可用它来反映混凝土材料抵抗裂缝扩展的能力.把钢纤维加入高强混凝土(highstrengthconcrete,简称HSC),发挥钢纤维对HSC阻裂、增强和增韧作用,是改善HSC脆性的有效方法,但同时钢纤维对混凝土断裂韧度测试数据的离散性也有影响.为了得到反映HSC断裂韧度Kt的统计分布模型和定量反映钢纤维对HSC断裂韧度的影响,本文利用三点弯曲断裂试验研究了钢纤维体积分数竹和相对切口深度a/W对钢纤维高强混凝土(steelfiberreinforcedhighstrengthconcrete,简称SFHSC)断裂韧度K№的影响,探讨收稿日期:2006一12一olf謦订日期:2007—06—12 基金项日t国家自然科拳基金赍助项目(50579068) 作者简介。张廷毅(1978--),男,河南--N嚷人,郑州大学博士生  万方数据 万方数据

钢纤维混凝土的性能综述

附件1:外文资料翻译译文 钢纤维混凝土的性能综述 摘要钢纤维混凝土(SFRC),作为一种新的土木工程复合材料,近年来已经得到广泛研究。本文对钢纤维混凝土的基本性能作出了简单的介绍,并通过以下几个方面的研究对钢纤维混凝土进行了讨论:钢纤维的含量和尺寸;三轴试验;拉伸和压缩性能;耐疲劳性能;动态力学性能;延性和一些其他性能。本文提出的问题还有待解决,且对高性能钢纤维混凝土的进一步发展前景提出了建议。关键词钢纤维混凝土SFRC 性能 1 引言 作为最常用的建筑材料,混凝土具有悠久的历史。在19世纪中期,由于钢筋混凝土(RC)的广泛使用,形成了新的工程结构形式,推动了设计和计算新理论,此外还有新的建筑技术。 然而,混凝土有一些固有的缺点,如抗拉强度低,延性差和能量吸收少。随着混凝土的强度增加,这些缺点就越显著。因此,很多专家努力改善混凝土的性能。改善普通混凝土性能的有效方法是在骨料和水泥混合时通过加入一小部分的钢筋(在大多数情况下为0.5%-2%)来实现的。钢纤维混凝土的研究起步于20世纪60年代。这些年来经过广泛研究之后,人们普遍认为,加钢纤维的混凝土可以显著提高混凝土的性能。 在钢纤维混凝土中钢筋的作用是限制裂缝的发展。在负载的初期状态,由骨料和钢纤维负荷,前者是主要载体。开裂发生后,靠近裂缝的钢纤维成为主要载体。如果钢纤维的体积分数超过某一临界值时,钢纤维混凝土能够承受较高的载荷和较大的变形,直到钢纤维被破坏或拉出。因此,与传统的普通钢筋混凝土相比,钢纤维混凝土具有较高的抗压强度、抗拉强度以及韧性。 2 钢纤维混凝土的性能

2.1 钢纤维的尺寸和含量 对于几种不同类型的钢纤维,它们具有不同的长度,直径,形状,以及不同的制造工艺。因此,20世纪90年代末对钢纤维混凝土的研究越来越普遍,而对于研究人员设计的实验室测试,他们关注的第一点就是钢纤维的含量和尺寸。 C.X.Qian等人研究了优化的钢纤维尺寸,钢纤维含量等参数。研究结果表明:钢纤维大小不同表现出不同的力学性能,且至少有一个方面的力学性能是不同的。少量纤维的添加对抗压强度有着显著的影响,而对抗拉强度只有轻微的影响。大量纤维则会产生相反的力学效应,这一措施可以优化纵横比。这种钢纤维尺寸的影响是由于不同的测试模式引起不同的裂缝密度所引起的。 在混合纤维系统中,协同效应可以实现与一个具有较高的总纤维含量的单丝系统所实现的效果相类似,这个系统对提供的不同类型和尺寸的纤维进行了适当的分配。 S.J.Pantazopoulou等人在2001年共测试了250个由不同钢纤维和聚丙烯纤维制成的混凝土圆柱体试件。结果表明:超细纤维的添加量<1%时,可以提高材料的弹性模量和应力-应变刚度峰值,但大量纤维混凝土的浇筑过程对压实度有着不利影响。峰后延展性可以通过加入长纤维来增强。当钢筋是具有轴向刚性的纤维时,纤维的依从性是由于沿纤维锚固长度方向有不可逆的损伤引起的,然而,对于弹性模量低的纤维,是由于它们是交叉裂纹路径可逆伸长的纤维。通过加入纤维影响混凝土的机械性能的变化是类似于被动约束引起的变化,这两者都提供一个对侧向膨胀混凝土的运动学约束,从而降低其发生率和失效率。 2.2 延性和疲劳 W.Yin等人在1995年研究了疲劳强度和普通钢纤维混凝土的性质。72个钢筋混凝土试件,其中有含量为1%(25毫米)的长纤维,在压缩疲劳强度上进行了测试。在0(单轴),0.2,0.5和1.0的应力比下分别得到的SN曲线,从而产生一系列的疲劳应力的纤维混凝土。研究发现,添加纤维不会增加混凝土耐久极限,但是有益于在低周期区域的持久极限。此外,添加纤维的混凝土增加其延展性,改变失效模式的分裂型断层类型。所有这些现象可以通过水泥砂基质的微裂纹发展来观察,并在基体和聚集体之间的粘合面进行说明。 Shanhou Lu 等人在1998年测试了带肋纹钢纤维高性能混凝土的弯曲疲劳强

钢纤维混凝土()

钢纤维混凝土 随着国民经济建设和公路交通事业的飞速发展,城市道路和国道干线公路上的车辆荷载及密度越来越大,行驶速度越来越快,致使路面的损坏也日趋严重起来。特别是对损坏的水泥混凝土路面而言,它不仅翻修投资大,且施工周期较长,严重影响交通畅通及行车安全。如用普通水泥混凝土修复路面虽有强度高,板块性好,有一定的抗磨性及承受气象作用的耐久性好等特点,但它的最大缺陷是脆性大、易开裂、抗温性差,路面板块容易受弯折而产生断裂,所以就要求路面面板应有足够的抗弯、抗拉强度和厚度。用钢纤维混凝土修筑路面,就是意将钢纤维均匀地分散于基体混凝土中(与混凝土一起搅拌),并通过分散的钢纤维,减小因荷载在基体混凝土引起的细裂缝端部的应力集中,从而控制混凝土裂缝的扩展,提高整个复合材料的抗裂性。同时由于混凝土与钢纤维接触界面之间有很大的界面粘结力,因而可将外力传到抗拉强度大、延伸率高的纤维上面,使钢纤维混凝土作为一个均匀的整体抵抗外力的作用,显着提高了混凝土原有的抗拉、抗弯强度和断裂延伸率。特别是提高了混凝土的韧性和抗冲击性。 实践证明,采用钢纤维混凝土这一新型高强复合材料对路面修理,既可提高路面的抗裂性、抗弯曲、耐冲击和耐疲劳性,而且可改善路面的使用性能,延长使用寿命从而减少老路开挖,对节省工程造价等具有重要的经济效益和社会效益;为提高道路补强与改造提供了良好的途径。 1、基本要求 1.1钢纤维混凝土材料 钢纤维混凝土就是在一般普通混凝土中掺配一定数量的短而细的钢纤维所组成的一种新型高强复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的产生,不但具有

普通混凝土的优良性能,而且具有良好的抗折、抗冲击、抗疲劳以及收缩率小、韧性好、耐磨耗能力强等特性。可使路面厚度减薄50%以上,缩缝间距可增至15m~30m,不用设胀缝和纵缝。钢纤维混凝土用钢纤维类型有圆直型、熔抽型和剪切型钢纤维。其长度分为各种不同规格,最佳长径比为40~70,截面直径在0.4mm~ 0.7mm范围内,抗拉强度不低于380mpa.在施工时钢纤维在混凝土中的掺入量为 1.0%~ 2.0%(体积比),但最大掺量不宜超过2.0%。水泥采用425#~525#普通硅酸盐水泥,以保证混合料具有较高的强度和耐磨性能。钢纤维混凝土用的粗骨料最大粒径为钢纤维长度的2 3.不宜大于20mm.细集料采用中粗砂,平均粒径 0.35mm~0.45mm,松装密度1.37g/cm3.砂率采用45%~50%。 1.2钢纤维混凝土配合比 钢纤维混凝土混合料配合比的要求首先应使路面厚度减薄,其次是保证钢纤维混凝土有较高的抗弯强度,以满足结构设计对强度等级的要求即抗压强度与抗折强度,以及施工的和易性。钢纤维混凝土配合比设计基本按以下步骤进行。 (1)根据强度设计值以及施工配制强度提高系数,确定试配抗压强度与抗折强度;钢纤维混凝土抗折强度设计值的确定:fftm=ftm(1+atmpflf/df)式中fftm――钢纤维混凝土抗折强度设计值;ftm――与钢纤维混凝土具有相同的配合材料、水灰比和相近稠度的素混凝土的抗折强度设计值;atm――钢纤维对抗折强度的影响系数(试验确定);pf――钢纤维体积率,%;lf/df――钢纤维长径比,当ftm<6.0n/mm2时,可按表1采用。 (2)根据试配抗压强度计算水灰比; (3)根据试配抗压强度,确定钢纤维体积率,一般浇筑成型的结构范围在0.5%~2.0%之间;

钢纤维混凝土优点

钢纤维混凝土 钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成,它克服了混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、性脆等缺点,显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能,具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性、延展性等性能。 钢纤维混凝土的纤维体积率在1%—2%之间,较之普通混凝土,抗拉强度提高40%—80%,抗弯强度提高60%—120%,抗剪强度提高50%一100%,抗压强度提高幅度较小,一般在0—25%之间,但抗压韧性却大幅度提高。 1.强度和重量比值增大 这是钢纤维混凝土具有优越经济性的重要标志。 2.具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度 钢纤维混凝土抗拉强度提高25%~50%,抗弯强度提高40%~80%,抗剪强度提高50%~100%。钢纤维混凝土由于抗拉、抗弯、抗剪强度高,能承受较大的围岩和土体的变形作用而保持良好的整体性。 3.具有卓越的抗冲击性能 材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能,称为冲击韧性,钢纤维混凝土抗冲击抗压韧性可提高2~7倍,冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 4.收缩性能明显改善 钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低7%~9%。 5.抗疲劳性能显著提高 钢纤维混凝土的抗弯和抗压疲劳性能比普通混凝土都有较大改善。当掺有1.5%钢纤维抗弯疲劳寿命为1×106次时,应力比为0.68,而普通混凝土仅为0.51;当掺有2%钢纤维混凝土抗压疲劳寿命达2×106次时,应力比为0.92,而普通混凝土仅为0.56。由于钢纤维混凝土具有较高的抗拉强度、断裂韧性和抗疲劳等性能,因此,可用于承受动力荷载的机墩、抗震结构的框架节点等部位。 6.耐久性能显著提高 钢纤维混凝土抗裂性、整体性好、收缩率低,因而防水、防渗性、耐冻融性、耐热性、耐磨性、抗气蚀性和抗腐蚀性均有显著提高。可用于地下室防渗等工程。 掺有1.5%的钢纤维混凝土经150次冻融循环,其抗压和抗弯强度下降约20%,而其他条件相同的普通混凝土却下降60%以上,经过200次冻融循环,钢纤维混凝

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