钢纤维形状特征对钢纤维混凝土力学性能的影响

1、钢纤维形状特征对钢纤维混凝土力学性能的影响为使钢纤维得到更好的应用，笔者研究了几种异形钢纤维对钢纤维混凝土力学性能的影响。1 原材料及试验方法11原材料性能钢纤维：浙江嘉兴七星钢纤维厂剪切法生产的异形钢纤维，其形状规格见表1。12 纤维混凝土配合比为便于比较，掺用钢纤维的基准混凝土均采用同一配合比：水灰比为0.25，胶合料（包括水泥、矿渣、粉煤灰）为680kg/m3,砂率为30%，减水剂掺量为胶合料质量的1%。掺加不同外观形状钢纤维的钢纤维的钢纤维混凝土的力学性能见表1。钢纤维类型特征参数钢纤维体积率/%抗压强度/mpa劈裂抗拉强度/mpa抗折强度/mpa长度l/mm等效直径d/mm长径比（l

2、/d）未掺钢钎维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波纹型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 不同外观形状的钢纤维对钢纤维混凝土力学性能的影响13 试验方法试验按CECS13

3、：89钢纤维混凝土试验方法进行。试件尺寸：抗压强度、劈拉强度试验的试件尺寸为100mm×100mm×100mm，抗折强度试验的试件尺寸为100mm×100mm×400mm。2 试验结果与讨论2.1 长径比对钢纤维混凝土力学性能的影响 通常把长度为2040mm,长径比40120的钢纤维定为普通短钢纤维;长度为515mm,长径比1030的钢纤维定为超短钢纤维。表1中1、2、3、4形钢纤维为普通短钢纤维，5形为超短钢纤维。从表1的试验结果可以看出；对于钢纤维体积掺量小于3%的钢纤维混凝土来说，掺普通短钢纤维时其抗压、抗拉、抗折强度分别可提高14.7%25.0%

4、 、104.3% 130.4%、 15.2%38.1%；掺超短钢纤维时，抗压、抗拉、抗折强度分别可提高39.2%、56.5%、14.3%。其中超短钢纤维对抗压强度提高的幅度比普通短钢纤维大，而普通短钢纤维对抗拉、抗折强调提高的幅度比超短钢纤维大得多。这是因为抗压强度对钢纤维的边壁效应敏感，而抗拉、抗折强度对边壁效应迟钝。钢纤维边壁效应就是在模板或粗骨料表面边壁附近，由于受边壁的限制，钢纤维趋于在平行于边壁方向取向。普通短钢纤维相对较长，边壁效应较强，钢纤维沿粗骨料界面分布，即与钢纤维混凝土第一级破坏（粗骨料和砂浆结合面上产生微裂缝）的裂缝平行，故在此阶段钢纤维起不到什么阻裂作用；而超短钢纤维较

5、短，边壁效应相对较弱，即有一定数量的钢纤维与粗骨料界面相交，一旦平行界面的初始微裂缝有发展的趋势，这一部分钢纤维就能很好地阻止其发展，超短钢纤维在第一级破坏中有较好的阻裂作用，推迟了初裂缝的产生，因而有效地提高了混凝土的抗压强度。而抗拉、抗折强度对纤维边壁效应迟钝，普通短钢纤维比超短钢纤维长度长，与混凝土粘结力和握裹力更大，所以其抗拉、抗折强度高。在试验过程中，我们还发现超短异形钢纤维混凝土搅拌和成型性能很好，在后续研究中还发现，当钢纤维掺加的体积率达7%时，搅拌均匀，无成团现象，且它的抗压强度随钢纤维体积率成线性增长，抗拉、抗弯、抗折等性能也不错，所以适应在工程中推广应用。普通钢纤维中波纹形

6、初始缠结现象较明显，搅拌时易成团，对工作性影响较严重，成型困难，影响混凝土的力学性能；其它几种普通短钢纤维还比较好搅拌、成型。22 钢纤维外观形状对钢纤维混凝土力学性能的影响 由表1的试验结果知，1、2、3、4形钢纤维长径比差不多，但对应的钢纤维混凝土的各种强度相差很大：凸痕形钢纤维混凝土的抗压、抗拉、抗折强度均最高，说明凸痕形钢纤维对混凝土的增强、增韧效果最好；异混形、波纹形钢纤维次之，球痕形最差。这主要是由于它们的外观形状不同，与混凝土基体的粘结强度和握裹强度也不一样。凸痕形为变截面异形钢纤维，两端头均有增大截面的凸痕，凸痕在混凝土中起较强的锚固作用。钢纤维在混凝土基体中的作用除粘结强度外，尚有因形状变异在凸痕拐点处的握裹强度。在钢纤维材质相同的情况下，这种握裹强度与钢纤维拐点处的刚度成正比，刚度越大，纲纤维在混凝土中就越难拔出，其握裹强度就越大。异混形拐点形状看似很好，但其刚度不如凸痕形大，所以其增强、增韧效果也不如凸痕形好。所以，要提高钢纤维对混凝土的增强、增韧效果，就要加大钢纤维形状变异处的刚度，这一点对钢纤维生产和应用有很大的指导作用。3 结 论（1）超短钢纤维对混凝土抗压增强效果比普通短钢纤维好，且它的搅拌、成型性能也很好。普通短钢纤维对混凝土抗拉、抗折增强效果比超短纤维好得多。（2）当钢纤维长径比差不多时，其外