鋼纖維@鋼纖維混凝土的現(xiàn)狀及發(fā)展
鋼纖維混凝土（SFRC）是在普通混凝土中摻入適量短鋼纖維而形成的可澆筑、可噴射成型的一種新型復(fù)合材料，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到迅速發(fā)展。它克服了混凝土抗拉強(qiáng)度低、極限延伸率小、性脆等缺點(diǎn)，具有優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗剪、阻裂、耐疲勞、高韌性等性能，已在水工、路橋、建筑等工程領(lǐng)域得到應(yīng)用。
一、鋼纖維混凝土的發(fā)展
纖維混凝土（FRC），是纖維增強(qiáng)混凝土的簡(jiǎn)稱，通常是以水泥凈漿、砂漿或者混凝土為基體，以金屬纖維、無(wú)機(jī)纖維或有機(jī)纖維增強(qiáng)材料組成的一種水泥基復(fù)合材料。它是將短而細(xì)的，具有高抗拉強(qiáng)度、高極限延伸率、高抗堿性的纖維均勻地分散在混凝土基體中形成的一種新型建筑材料。纖維在混凝土中可限制混凝土早期裂縫的產(chǎn)生及在外力作用下裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，有效克服混凝土抗拉強(qiáng)度低、易開(kāi)裂、抗疲勞性能差等固有缺陷，同時(shí)可大幅度提高混凝土的抗?jié)B、防水、抗凍、護(hù)筋性等方面的性能。纖維混凝土尤其是鋼纖維混凝土，由于其優(yōu)越的性能，在實(shí)際工程中日益得到學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注。1907年蘇聯(lián)專家B.П.HekpocaB開(kāi)始用金屬纖維增強(qiáng)混凝土；1910年，美國(guó)H.F.Porter發(fā)表了有關(guān)短纖維增強(qiáng)混凝土的研究報(bào)告，建議把短鋼纖維均勻地分散在混凝土中用以強(qiáng)化基體材料；1911年，美國(guó)Graham曾把鋼纖維摻入普通混凝土中，提高混凝土強(qiáng)度和穩(wěn)定性；到20世紀(jì)40年代，美、英、法、德、日等國(guó)先后做了許多關(guān)于用鋼纖維來(lái)提高混凝土耐磨性和抗裂性、鋼纖維混凝土制造工藝、改進(jìn)鋼纖維形狀以提高纖維與混凝土基體的黏結(jié)強(qiáng)度等方面的研究；1963年J.P.Romualdi和G.B.Batson發(fā)表了關(guān)于鋼纖維約束混凝土裂縫開(kāi)展機(jī)理的論文，提出了鋼纖維混凝土開(kāi)裂強(qiáng)度是由對(duì)拉伸應(yīng)力起有效作用的鋼纖維平均間距所決定的結(jié)論（纖維間距理論），從而開(kāi)始了這種新型復(fù)合材料的實(shí)用開(kāi)發(fā)階段。到目前，隨著鋼纖維混凝土的推廣應(yīng)用，因纖維在混凝土中的分布情況不同，主要有四類：鋼纖維混凝土、混雜纖維混凝土、層布式鋼纖維混凝土和層布式混雜纖維混凝土。
二、鋼纖維混凝土的增強(qiáng)機(jī)理
1. 復(fù)合力學(xué)理論。復(fù)合力學(xué)理論是以連續(xù)纖維復(fù)合材料理論為基礎(chǔ)，結(jié)合鋼纖維在混凝土中的分布特點(diǎn)形成的。該理論是將復(fù)合材料視為以纖維為一相、基體為另一相的兩相復(fù)合材料。
2. 纖維間距理論。纖維間距理論又稱阻裂理論，是根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)而提出的，該理論認(rèn)為纖維的增強(qiáng)作用僅與均勻分布的纖維間距(最小間距)有關(guān)。
三、鋼纖維混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀分析
1. 鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入少量低碳鋼、不銹鋼和玻璃鋼的纖維后形成的一種比較均勻而多向配筋的混凝土。鋼纖維的摻入量按體積一般為1%~2%，而按重量計(jì)每立方米混凝土中摻70~100kg鋼纖維，鋼纖維的長(zhǎng)度宜為25~60mm，直徑為0.25~1.25mm，長(zhǎng)度與直徑的最佳比值為50~700。與普通混凝土相比，它不僅能改善抗拉、抗剪、抗彎、抗磨和抗裂性能，而且能大大增強(qiáng)混凝土的斷裂韌性和抗沖擊性能，顯著提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能及其耐久性，尤其是韌性可增加10~20倍。我國(guó)對(duì)鋼纖維混凝土與普通混凝土力學(xué)性能做了比較試驗(yàn)，當(dāng)鋼纖維摻入量為15%~20%、水灰比為0.45時(shí)，其抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)50%~70%，抗彎強(qiáng)度增長(zhǎng)120%~180%，抗沖擊強(qiáng)度增長(zhǎng)10~20倍，抗沖擊疲勞強(qiáng)度增長(zhǎng)15~20倍，抗彎韌性增長(zhǎng)14~20倍，耐磨損性能也明顯改善。因此，鋼纖維混凝土比素混凝土具有更優(yōu)越的物理和力學(xué)性能。
2. 混雜纖維混凝土。有關(guān)研究資料表明，鋼纖維對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度并無(wú)明顯促進(jìn)作用，甚至還有所降低；與素混凝土相比，對(duì)于鋼纖維混凝土的抗?jié)B性、耐磨性、耐沖磨性及對(duì)防止混凝土早期塑性收縮等還存在正反(提高與降低)兩方面甚至居中的觀點(diǎn)。此外，鋼纖維混凝土還存在用量較大、價(jià)格較高、生銹、對(duì)火災(zāi)引起的爆裂幾乎無(wú)抵抗性等問(wèn)題，使其應(yīng)用受到了不同程度的影響。近些年來(lái)，一些國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始將目光投向混雜纖維混凝土（HFRC），試圖把具有不同性能和優(yōu)點(diǎn)的纖維混雜，取長(zhǎng)補(bǔ)短，在不同層次和受荷階段發(fā)揮“正混雜效應(yīng)”來(lái)增強(qiáng)混凝土各項(xiàng)性能，以適應(yīng)不同工程的需要。但是關(guān)于它的各種力學(xué)性能，尤其是其疲勞變形及疲勞損傷在靜、動(dòng)荷載以及等幅或變幅循環(huán)荷載作用下的變形發(fā)展規(guī)律和損傷特性，纖維的最佳摻配量、混雜比例，復(fù)合材料各組分的關(guān)系，增強(qiáng)效果及增強(qiáng)機(jī)理，抗疲勞性能，破壞機(jī)理，施工工藝，配合比設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。
