钢纤维复合材料
纤维增强复合材料加固修复钢结构技术规程
纤维增强复合材料加固修复钢结构技术规程1. 引言纤维增强复合材料加固修复技术是一种有效的方法，用于提高钢结构的强度、刚度和耐久性。
本规程旨在规范纤维增强复合材料加固修复钢结构的设计、施工和验收，以确保工程质量和安全。
2. 术语和定义•纤维增强复合材料：由纤维和基体组成的复合材料，具有高强度、轻质和耐腐蚀等特性。
•钢结构：由钢材构成的建筑结构或工程结构。
•加固修复：通过使用额外的材料或方法来增加原有结构的承载能力或恢复其功能。
•设计：根据现有结构的条件和要求，确定加固修复方案的过程。
•施工：根据设计方案进行实际操作，包括准备工作、施工工艺和施工方法等。
•验收：对已完成的加固修复工程进行检查和评估，以确保其符合规定标准。
3. 设计要求3.1 加固修复方案的选择根据钢结构的受损程度和使用要求，选择合适的纤维增强复合材料加固修复方案。
应考虑以下因素： - 结构受力特点 - 环境条件 - 施工可行性3.2 材料选用选择符合要求的纤维增强复合材料，包括纤维类型、基体材料、粘结剂等。
应考虑以下因素： - 强度和刚度需求 - 耐久性和耐腐蚀性能 - 施工操作性能3.3 设计方法根据结构受力特点和加固修复方案，采用适当的设计方法进行计算和分析。
应考虑以下因素： - 结构荷载和边界条件 - 纤维增强复合材料的力学性能 - 接头设计4. 施工要求4.1 准备工作在施工前，应对钢结构进行全面检查，并清理表面污物和锈蚀。
必要时，进行局部修复或防腐处理。
4.2 施工工艺按照设计方案，采用适当的施工工艺进行加固修复。
应注意以下要点： - 纤维增强复合材料的切割和拼接 - 粘结剂的混合和施工 - 加固层的厚度和覆盖面积4.3 施工方法根据具体情况，选择适当的施工方法进行加固修复。
常见方法包括： - 外包围法：将纤维增强复合材料覆盖在钢结构表面。
- 内嵌法：将纤维增强复合材料嵌入到钢结构内部。
- 预应力法：通过施加预应力来增加钢结构的承载能力。
玻璃钢复合材料
玻璃钢复合材料
玻璃钢复合材料，又称玻璃纤维增强塑料，是一种由玻璃纤维和树脂组成的复
合材料。
它具有优异的机械性能、耐腐蚀性能和电气绝缘性能，因此在船舶、化工、建筑等领域得到广泛应用。
首先，玻璃钢复合材料具有优异的机械性能。
玻璃纤维是一种高强度、高模量
的材料，通过与树脂的复合，可以制成强度高、刚度大的复合材料制品。
这使得玻璃钢复合材料在船舶制造、风力发电、汽车制造等领域有着广泛的应用，能够满足复杂工程结构的要求。
其次，玻璃钢复合材料具有良好的耐腐蚀性能。
由于玻璃纤维和树脂都具有优
秀的耐腐蚀性能，因此制成的复合材料具有出色的耐腐蚀性能。
这使得玻璃钢复合材料在化工设备、污水处理设备等领域得到广泛应用，能够有效地延长设备的使用寿命，降低维护成本。
此外，玻璃钢复合材料还具有优异的电气绝缘性能。
玻璃纤维是一种优良的绝
缘材料，通过树脂的固化，可以制成具有优异电气绝缘性能的复合材料制品。
这使得玻璃钢复合材料在电力设备、电子设备等领域得到广泛应用，能够有效地保护设备和人员的安全。
综上所述，玻璃钢复合材料具有优异的机械性能、耐腐蚀性能和电气绝缘性能，因此在各个领域都有着广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和材料工艺的不断改进，相信玻璃钢复合材料将会在未来发展中发挥越来越重要的作用。
混凝土中的复合材料应用技术
混凝土中的复合材料应用技术混凝土是一种常见的建筑材料，其优点是强度高、耐久性好、施工方便等。
近年来，随着科技的进步和人们对建筑材料性能要求的提高，混凝土中的复合材料应用技术越来越受到关注和重视。
本文将介绍混凝土中的复合材料应用技术的相关概念、种类和应用领域，并分析其优缺点和未来发展方向。
一、混凝土中的复合材料概述混凝土中的复合材料（Fiber Reinforced Concrete，FRC）是将纤维（如钢纤维、玻璃纤维、碳纤维等）与混凝土混合而成的一种新型材料。
与传统的普通混凝土相比，FRC具有更好的抗裂性、韧性和耐久性等优点，同时可以提高混凝土的抗拉强度、抗冲击性和抗疲劳性能。
目前，常见的FRC种类有钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、碳纤维混凝土等。
其中，钢纤维混凝土是应用最广泛的一种，其主要原因是钢纤维价格低廉，同时具有良好的机械性能和耐腐蚀性能。
二、混凝土中的复合材料应用领域1、道路工程道路工程中经常使用的水泥混凝土路面，由于受到车辆的重载和疲劳荷载的影响，容易出现龟裂和破坏。
使用FRC可以有效地改善这种情况，提高路面的耐久性和承载能力。
同时，FRC还可以用于加强桥梁、隧道和地下管道等工程，在提高结构强度的同时，减少维护和修缮的次数和费用。
2、建筑工程在建筑工程中，FRC可以用于加强墙体、地板、梁柱等结构，提高整体的抗震性和稳定性。
此外，FRC还可以用于制作预制构件，如梁、板、柱等，提高构件的强度和耐久性。
3、地下工程地下工程中，FRC可以用于制作隧道衬砌、地下室墙体等结构，提高结构的稳定性和抗震性能。
同时，FRC还可以用于制作地下渗漏防护材料、防水材料等，提高地下工程的耐久性和防水性能。
三、混凝土中的复合材料优缺点分析1、优点（1）提高混凝土的抗裂性和韧性。
（2）提高混凝土的抗拉强度、抗冲击性和抗疲劳性能。
（3）提高混凝土的耐久性和耐腐蚀性能。
（4）易于施工和维护，减少维护和修缮的次数和费用。
钢纤维复合材料
钢纤维增强水泥基复合材料的研究进展唐猛（材料科学与工程学院，无机非金属材料专业，12材1,201214030116）摘要：纤维增强水泥基复合材料是由水泥净浆、砂浆或水泥混凝土作基材,以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。
和钢材、木材等其它的建筑材料比较，社会上应用范围最大的建筑材料是水泥砂浆、混凝土等水泥复合材料，具有耐久耐磨、不易燃烧、成本低廉、抗压能力强、稳定安全等优点，但水泥复合材料也有着严重的缺点，例如：容易断裂外、加剂影响混凝土质量、自重大、抗拉强度低、对基础要求高、养护周期长、影响建筑速度、施工过程对结构影响较大、韧性差等等。
目前，掺加一定的纤维在水泥复合材料中，是在建筑工业界逐渐推广的水泥复合材料的增强手段。
而钢纤维水泥基复合材料的影响现在抗拉、抗弯、抗剪强度和耐久性等方面，对抗压强度的提高效果不明显。
钢纤维混凝土是将一种由短的不连续的且有一定长径比的钢纤维均匀乱向地分散于普通水泥混凝土中所构成的复合材料。
与普通水泥混凝土相比，强度和重量的比值增大；另外，抗裂性、抗变形性、抗剪切性、抗疲劳性等都有明显的提高。
关键词：水泥基复合材料;钢纤维；混杂纤维;增强作用。
1.钢纤维在水泥基复合材料中的作用及其增强机理1.1钢纤维在水泥基复合材料中的作用纤维加入水泥基材有三个主要作用[1]：（1）使水泥基材抗拉强度得以保证或提高；（2）在水泥基材中有阻断作用；（3）水泥基材的形变能力得到提高因为水泥基材的极限延伸率远小于纤维增强材料,所以在拉力作用下,水泥基材在达到其极限延伸率时发生开裂。
在纤维增强水泥基复合材料中纤维的主要作用在于吸收水泥基材开裂时释放的能量,并因而阻止基材中裂缝的扩展。
水泥基材中出现裂缝后,纤维可以与基材脱黏而从基材中拔出、或在应力达到最大值时拉断、或跨越裂缝承受拉力，使复合材料的抗拉强度得到提高。
1.2钢纤维混凝土增强机理的基本理论[2]主要有两种思想对纤维增强复合材料产生重要影响：一种是复合力学理论；另一种是纤维间距理论(或称为纤维阻裂理论)。
混凝土结构中纤维增强复合材料的应用技术研究
混凝土结构中纤维增强复合材料的应用技术研究一、引言混凝土是建筑中普遍使用的材料，因其具有良好的压缩性能和耐久性而得到广泛应用。
但是，混凝土的受拉性能较差，易于开裂，降低了其使用寿命和安全性。
为了改善混凝土的受拉性能，纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，FRP）被引入到混凝土结构中。
近年来，纤维增强混凝土（Fiber Reinforced Concrete，FRC）已经成为一种重要的新型复合材料，其具有高强度、高韧性、耐久性好等优点。
本文将详细介绍混凝土结构中纤维增强复合材料的应用技术研究。
二、FRC的分类FRC是一种由纤维和混凝土组成的复合材料。
根据纤维种类的不同，FRC可以分为以下几类：1. 钢纤维混凝土：钢纤维混凝土是将钢纤维掺入混凝土中，以提高混凝土的韧性和抗裂性能。
钢纤维可以是钢丝、钢棒、钢纱等形式，其直径一般为0.2~1.0mm，长度为25~60mm。
2. 碳纤维混凝土：碳纤维混凝土是将碳纤维掺入混凝土中，以提高混凝土的强度和刚度。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度等优点，但其价格较高。
3. 玻璃纤维混凝土：玻璃纤维混凝土是将玻璃纤维掺入混凝土中，以提高混凝土的韧性和抗裂性能。
玻璃纤维具有良好的耐碱性和耐腐蚀性，但其强度较低。
4. 天然纤维混凝土：天然纤维混凝土是将天然纤维掺入混凝土中，以提高混凝土的韧性和抗裂性能。
常用的天然纤维有木材纤维、竹子纤维、麻类纤维等。
三、FRC的性能FRC的性能主要取决于所使用的纤维种类、纤维含量、纤维长度和混凝土配合比等因素。
下面介绍FRC的一些基本性能：1. 强度：FRC的强度主要取决于所使用的纤维种类和纤维含量。
一般来说，钢纤维混凝土的强度较高，碳纤维混凝土次之，玻璃纤维混凝土最低。
2. 韧性：FRC的韧性主要取决于纤维的长度和含量。
纤维长度越长，韧性越好。
纤维含量越高，韧性越好。
3. 耐久性：FRC的耐久性主要取决于纤维的耐久性和混凝土配合比。
纤维增强复合材料加固修复钢结构技术规程
纤维增强复合材料加固修复钢结构技术规程1. 引言纤维增强复合材料是一种具有轻质、高强度和耐腐蚀性能的材料，广泛应用于钢结构的加固修复领域。
本技术规程旨在规范纤维增强复合材料在钢结构加固修复中的应用，确保工程安全可靠。
2. 术语和定义2.1 纤维增强复合材料：由纤维和基体组成的材料，具有优异的力学性能和耐久性。
2.2 钢结构：以钢为主要构造材料的建筑结构。
2.3 加固修复：对老化、损伤或不满足使用要求的结构进行强化和修补。
3. 加固修复设计3.1 加固修复目标：根据钢结构的使用要求和现状评估，明确加固修复的目标和需求。
3.2 结构评估：对钢结构进行详细评估，包括静力分析、疲劳寿命评估等，确定加固修复方案。
3.3 加固修复方案：根据结构评估结果，选择合适的纤维增强复合材料类型、层数和布置方式，制定加固修复方案。
4. 材料选择与准备4.1 纤维：选择适用于钢结构加固的纤维增强复合材料，如碳纤维、玻璃纤维等。
4.2 基体：选择适用于钢结构加固的基体材料，如环氧树脂、聚酯树脂等。
4.3材料性能测试：对所选材料进行性能测试，确保其满足设计要求。
4.4 表面处理：对钢结构表面进行清洁和处理，以提供良好的粘接界面。
5. 加固修复施工工艺5.1 粘接剂配制：按照材料厂家提供的配方和说明书准备粘接剂。
5.2 粘接层施工：将粘接剂均匀涂布在钢结构表面和纤维增强复合材料上，并确保其充分浸润纤维。
5.3 复合板安装：将预制好的纤维增强复合板按照设计要求粘贴在钢结构表面，注意保持板材平整和紧密贴合。
5.4 固化处理：根据粘接剂的固化要求，进行固化处理，确保粘接层具有良好的强度和耐久性。
5.5 后续处理：修整复合板表面，进行防腐、防水等后续处理工作。
6. 质量控制与验收6.1 施工前检查：对施工材料、设备和环境进行检查，确保施工条件满足要求。
6.2 施工过程控制：严格按照设计方案和施工工艺要求进行施工，监控材料配比、涂布厚度等关键参数。
硅烷偶联剂改性钢纤维水泥基复合材料弯曲性能研究
第42卷第7期2023年7月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.7July,2023硅烷偶联剂改性钢纤维水泥基复合材料弯曲性能研究孙庭超,曾德明,曹明莉(大连理工大学土木工程学院,大连㊀116024)摘要:通过硅烷偶联剂(SCA)对钢纤维进行表面改性,使用扫描电子显微镜和红外光谱仪对改性后的钢纤维进行微观表征,利用弯曲试验和单纤维拔出试验研究了两种SCA(KH560与KH550)改性钢纤维水泥基复合材料的弯曲性能和单纤维的拉拔性能㊂结果表明,KH560改性钢纤维能提高水泥基复合材料早期的弯曲强度和韧性㊁单纤维的峰值黏结应力和拔出功,而在后期,KH560劣化了钢纤维-基体界面,对弯曲性能和单纤维的拉拔性能产生了不利影响㊂KH550则呈现出与KH560相反的规律㊂KH550与KH560体积比为5ʒ5和7ʒ3的改性组能提高钢纤维水泥基复合材料早期和后期的弯曲性能,并有效改善钢纤维-基体界面黏结性能㊂复合SCA 提高了钢纤维表面的粗糙度,并能在钢纤维-SCA-基体界面实现化学键连接㊂复合SCA 有效提高了钢纤维水泥基复合材料的弯曲强度和韧性㊂关键词:硅烷偶联剂;钢纤维;弯曲性能;界面黏结性能;单纤维拔出;改性机理中图分类号:TU528.572㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)07-2326-10Flexural Properties of Silance Coupling Agents Modified Steel Fiber Cement-Based CompositesSUN Tingchao ,ZENG Deming ,CAO Mingli(School of Civil Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China)Abstract :The surface of steel fiber was modified by silane coupling agent (SCA ),and the modified fiber was characterized by scanning electron microscopy and fourier transform infrared spectroscopy.The flexural properties and single-fiber pull-out properties of two SCA (KH560and KH550)modified steel fiber cement-based composites were studied by bending tests and single-fiber pull-out tests.The results show that KH560-modified steel fiber can improve the early flexural strength and toughness of cement-based composites,single-fiber peak bonding stress and single-fiber pull-out energy.However,in later stages,KH560deteriorates the steel fiber-matrix interface,which has a negative effect on flexural properties and single-fiber pull-out behavior.In contrast,KH550-modified fiber shows the opposite effect to that of KH560.The modified group with volume ratio of KH550and KH560of 5ʒ5and 7ʒ3can improve the early and late bending properties of steel fiber cement-based composites,and effectively improve the bonding performance of steel fiber-matrix interface.The composite SCA improves the roughness of steel fiber surface and facilitates chemical bonding at steel fiber-SCA-matrix interface.The composite SCA effectively improves the flexural strength and toughness of steel fiber cement-based composites.Key words :silane coupling agent;steel fiber;flexural property;interface adhesion performance;single-fiber pull-out;modification mechanism 收稿日期:2023-03-23;修订日期:2023-04-23基金项目:国家自然科学基金(51678111)作者简介:孙庭超(1996 ),男,硕士研究生㊂主要从事纤维增强水泥基复合材料性能与机理的研究㊂E-mail:1163401093@ 通信作者:曹明莉,博士,教授㊂E-mail:minglic@0㊀引㊀言现代建筑材料众多,但目前仍以水泥基材料为主要应用材料[1]㊂水泥基材料的抗压性能良好,但具有㊀第7期孙庭超等:硅烷偶联剂改性钢纤维水泥基复合材料弯曲性能研究2327脆性,通常采用掺入纤维的方式来改善水泥基材料的脆性[2]㊂在众多纤维中,钢纤维因具有高弹性模量与高强度而被广泛应用㊂钢纤维的掺入可使水泥基复合材料具有高韧性,破坏前呈现出显著的屈服和塑性变形[3-4]㊂在实际应用中,钢纤维与基体之间的界面黏结性能是影响材料性能的主要因素之一[5]㊂为提升钢纤维水泥基复合材料的宏观力学性能,研究钢纤维-基体界面黏结性能显得尤为必要㊂改善纤维-基体界面黏结性能的常用方法包含基体改性和纤维表面改性㊂Banthia[6]研究表明,向水泥基体中掺入硅灰能够在增强基体的同时增强界面黏结性能,但基体会变得更脆㊂Wu等[7]研究发现,纳米SiO2的加入可提高纤维-基体的界面黏结强度㊂改性基体时虽然也可改善界面,但难以针对性地提高纤维-基体间的界面黏结性能,而通过对纤维表面改性则可有效实现该目的㊂Li等[8]使用等离子体对聚乙烯纤维表面改性,但高昂的生产成本限制了该方法在实际工程中的广泛应用㊂Pi等[9]使用溶胶凝胶法将纳米SiO2包覆钢纤维,使钢纤维-基体界面更加密实,提高了界面黏结性能㊂与上述方法相比,化学涂层对钢纤维表面改性更容易实现㊂磷酸锌(ZnPh)作为钢纤维表面改性剂被广泛研究[10-12]㊂但是ZnPh中的磷(P)和重金属(Zn)离子会造成严重的环境问题,且改性过程消耗大量的能量,这严重限制了ZnPh的大规模应用㊂硅烷偶联剂(silane coupling agent,SCA)作为新型纤维-基体界面增强剂因不含重金属离子,可以在室温环境下使用,能满足低碳节能的目的,已逐渐受到人们的关注㊂早期SCA改性纤维的研究对象主要是表面易携带羟基的非金属纤维[13-15]㊂但后来研究[16-17]表明,经过碱处理后,钢纤维表面也可引入高密度的羟基,从而对钢纤维进行表面改性㊂Liu等[18]使用SCA(3-氨基丙基三乙氧基硅烷)改性后的钢纤维增强超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC),发现改性钢纤维增强UHPC的弯曲与抗压性能均得到了有效提高,但是单一SCA改性钢纤维增强混凝土的早期强度较低,难以满足实际工程的施工要求[19-20]㊂本文使用两种SCA复合对钢纤维进行改性,研究了单一以及复合SCA改性钢纤维增强水泥基复合材料在早期(7d)以及后期(28d)的弯曲性能,探讨了不同浓度配比对弯曲性能的影响㊂同时,为了研究两种SCA对钢纤维-基体界面黏结性能的影响,进行了系统的单纤维拔出试验,并通过SEM和FTIR光谱阐释SCA对钢纤维-基体界面的改性机理㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料试验所用原材料包括普通硅酸盐水泥(P㊃O42.5R)㊁硅砂㊁钢纤维㊂硅砂的细度模数为1.9,粒径范围为0.16~1.18mm㊂水泥的主要化学组成见表1,钢纤维的力学性能参数见表2㊂表1㊀水泥的主要化学组成Table1㊀Main chemical composition of cementComposition CaO SiO2Al2O3Fe2O3CO2MgO K2O SO3Na2O P2O5MnO Mass fraction/%61.1321.45 5.24 2.89 2.37 2.080.81 2.500.770.070.06表2㊀钢纤维的力学性能参数Table2㊀Mechanical property parameters of steel fiberMaterial Length/mm Aspect ratio Tensile strength/MPa Elastic modulus/GPa Density/(g㊃cm-3) Steel fiber136********~2107.8所有试样水胶比为0.35,砂胶比为1㊂改性溶液中SCA㊁离子水和无水乙醇的体积比为1ʒ2.5ʒ9[18]㊂SCA为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560),密度分别为0.946和1.068g/cm3,化学结构式如图1所示㊂两种SCA的使用配比如表3所示㊂1.2㊀钢纤维改性钢纤维表面改性所使用的试剂包含氢氧化钠溶液㊁无水乙醇㊁去离子水㊁两种SCA㊂SCA在水中可水解形成 OH键,且当SCA的浓度较高时, OH键可能发生自缩合,形成Si O Si键[18]㊂两种反应机制如图2所示㊂2328㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图1㊀KH550和KH560的化学结构式Fig.1㊀Chemical structural formula of KH550and KH560表3㊀硅烷偶联剂体积比Table 3㊀Volume ratio of silane coupling agentSample No.10A 10H1910H3710H5510H7310H9110B V (KH550)ʒV (KH560)0ʒ101ʒ93ʒ75ʒ57ʒ39ʒ110ʒ0图2㊀SCA 的水解反应和自缩合反应Fig.2㊀Hydrolysis reaction and self-condensation reaction of SCA ㊀㊀本试验对钢纤维表面改性的流程为:1)将钢纤维浸没在质量浓度为20%的氢氧化钠溶液中2h,在钢纤维表面引入羟基,再将SCA 添加到去离子水和无水乙醇的混合物中搅拌混合2h 后改性钢纤维;2)将改性后的钢纤维放入120ħ的烘箱中,2h 后取出备用㊂钢纤维表面改性流程如图3所示㊂图3㊀钢纤维改性流程图Fig.3㊀Flow chart of steel fiber modification 1.3㊀样品制备按照配比称好原材料,先将水泥与硅砂放入搅拌机中搅拌4min,后加水搅拌4min,待混合物搅拌均匀后加入钢纤维继续搅拌5min㊂将具有良好工作性的砂浆倒入40mm ˑ40mm ˑ160mm 模具,随后移入标准养护室中24h 脱模㊂脱模后的试件分为两组,分别放入温度为(20ʃ1)ħ水浴养护箱中养护7和28d㊂单纤维拉拔测试与弯曲性能测试所用的基体相同,且成型和养护方式均保持一致㊂浇筑之前,在准备好的模具中间固定一块大小合适的PVC 片,将空间分成两部分㊂单根纤维拔出试验所用基体尺寸为70mm ˑ35mm ˑ70mm㊂将制备好的钢纤维置于PVC 板中心,在保证其垂直度的基础上小心倒入刚搅拌好的砂浆㊂第7期孙庭超等:硅烷偶联剂改性钢纤维水泥基复合材料弯曲性能研究2329㊀钢纤维的埋入深度为L E =10mm㊂单纤维拉拔试验模具和成型后试件如图4所示㊂图4㊀单纤维拉拔试验模具和成型试样示意图Fig.4㊀Schematic diagram of single-fiber pull-out test mold and molding specimen 1.4㊀测试方法1.4.1㊀弯曲试验参考‘纤维混凝土试验方法标准“(CECS 13 2009)[21],使用MTS 测试试件的弯曲性能㊂试件跨度L 为120mm,加载速率为0.5mm /min [22]㊂图5为四点弯曲试验加载图㊂如图5所示,在弯曲试验过程中,使用两个对称的线性位移传感器(LVDT)测量试件的中间变形,并得到对应的荷载-挠度曲线㊂根据日本的‘纤维增强混凝土试验方法标准“(JCI SF4)[23],弯曲韧性计算公式如式(1)所示㊂T b =ʏδ0P (σ)d σ(1)式中:T b 为弯曲韧性;δ为挠度,取2.4mm(L /50);P (σ)为弯曲荷载㊂图5㊀四点弯曲试验加载图[24]Fig.5㊀Loading diagram of four point bending test [24]1.4.2㊀单纤维拔出试验在MTS 上进行单纤维的拔出试验㊂拉拔试验装置由纤维夹具㊁试样夹具㊁MTS 变形控制伺服液压加载架和量程为2000N 的荷载传感器组成,如图6所示㊂纤维夹紧装置配有两个可平稳转动的螺钉㊂钢纤维自由端通过螺钉夹紧,以避免应力集中和意外滑动㊂试样底部是一块可移动的钢板,通过调节钢板位置,可以轻松安装试样,拔出速度设定为0.01mm /s [24]㊂本试验假设钢纤维和夹具的弹性变形足够小,根据夹具系统的垂直运动测量纤维的位移㊂1.4.3㊀微观分析使用SEM(NOVA NANOSEM450)对改性前后钢纤维以及弯曲试验后的钢纤维形貌进行观测,同时对改性钢纤维表面进行FTIR 测试,分析了SCA 对钢纤维-基体界面的改性机理,以及对钢纤维水泥基复合材料弯曲行为的作用机制㊂2330㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图6㊀单纤维拉拔试验装置示意图[24]Fig.6㊀Schematic diagram of single-fiber pull-out test device [24]2㊀结果与讨论2.1㊀弯曲性能图7㊀试样7㊁28d 的弯曲强度Fig.7㊀Flexural strength of specimens at 7and 28d 图7为钢纤维增强水泥基复合材料的7和28d弯曲强度(W0为不掺加SCA 的水泥基复合材料)㊂图8为钢纤维增强水泥基复合材料的7和28d 平均荷载-挠度曲线与弯曲韧性㊂无论是7d 还是28d,弯曲试验中改性钢纤维试验组与对照组相比,初裂荷载几乎不变㊂而初裂荷载主要由基体控制[25],这说明使用SCA 改性的钢纤维对基体的强度几乎没有影响㊂单一KH560改性钢纤维对早期水泥基复合材料的弯曲强度和韧性均有明显的增益效果,相比于对照组,分别提高了25.0%和26.4%㊂这可能是因为水泥材料提供了碱性环境,在碱性环境下KH560中的环氧基发生反应[26],释放能量,促进了钢纤维-基体界面区域水化产物的生成,试件的早期强度得到了明显提高㊂然而,10A 后期的弯曲韧性和强度相比对照组均有明显的劣化,分别降低了22.6%和23.5%,可能是因为高温促进了界面区域水泥水化产物生成,同时也加剧了后期水泥水化产物在钢纤维周围分布的不均匀性[27]㊂在外部荷载下,这种不均匀性使钢纤维-基体界面抵抗外部荷载的能力变弱㊂随着KH550含量的增加,复合SCA 改性钢纤维水泥基复合材料的早期弯曲强度和韧性逐渐下降,而后期逐渐提高㊂这主要归因于KH550和KH560的综合作用㊂KH550能够延缓钢纤维-基体界面区域处的水泥水化进程[13],劣化早期界面黏结性能,从而导致水泥基复合材料弯曲性能的早期劣化,这也解释了10B 组弯曲强度和韧性的早期劣化㊂28d 时随着KH550对水泥水化延缓作用消失[28]和其所带氨基可与水泥基建立化学键连接[18],钢纤维-基体界面黏结性能逐渐增强,水泥基复合材料的弯曲性能得到了提升㊂同时,KH560对早期弯曲性能的增强作用随其含量的降低而逐渐减弱,对后期钢纤维-基体界面的劣化效果也随KH560含量降低不再明显㊂由图7和图8可知,当只有KH550改性钢纤维时,10B 后期的弯曲强度和韧性相比对照组提高了28.5%与19.6%,但其早期弯曲强度和韧性因缺乏KH560而明显低于对照组,分别降低了17.8%和15.6%㊂复合SCA 改性组综合了单一SCA 各自的优点㊂其中10H55改性方案在保证后期性能的前提下,提升了钢纤维增强水泥基复合材料早期弯曲强度和韧性㊂10H55的弯曲强度在7㊁28d 分别提高了12.8%和3.6%,弯曲韧性提高了12.3%和1.2%㊂10H73的弯曲强度分别提高了0.6%和8.1%,弯曲韧性分别提第7期孙庭超等:硅烷偶联剂改性钢纤维水泥基复合材料弯曲性能研究2331㊀高了1.3%和5.8%㊂在实际工程应用中,为了提高结构的早期和后期抗弯能力,这两组改性方案应该被优先考虑㊂图8㊀试样7㊁28d 的荷载-挠度曲线与弯曲韧性Fig.8㊀Load-deflection curves and flexural toughness of specimens at 7and 28d 2.2㊀改性钢纤维在水泥基复合材料中的拉拔行为图9㊀试样7㊁28d 平均峰值黏结应力Fig.9㊀Average peak bonding stress of specimens at 7and 28d SCA 改性钢纤维在基体中的拉拔行为通过单纤维拔出试验进行测试㊂图9为7㊁28d 试样在单纤维拔出试验时测得的平均峰值黏结应力㊂单根SCA 改性钢纤维在7㊁28d 时的拉拔曲线与拔出功如图10所示㊂横坐标采用无量纲S /L E (S 为实际滑移距离,L E 为纤维嵌入基体的深度)表示,使用这种方法,即使在不同的纤维嵌入深度下,也可以比较纤维拔出试验曲线㊂平均黏结应力计算公式如式(2)所示㊂τav =P max πd f L E (2)式中:τav 为平均黏结应力;P max 为峰值拉拔荷载;d f 为钢纤维的直径;L E 为纤维嵌入基体深度㊂拔出功也称为拔出能,由单纤维拔出试验所获得的荷载-位移曲线进行积分求算面积所得,反映了单根钢纤维在拔出过程中的能量消耗情况,也常用来表征纤维与基体间的黏结性能[9],计算公式如式(3)所示㊂W p =ʏL E 0P (s )d s (3)式中:W p 为拔出功;P (s )为位移为s 时的荷载㊂2332㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图10㊀基体中单纤维的7㊁28d平均黏结应力曲线与拔出功Fig.10㊀Average bonding stress curves and pull-out energy of single-fiber in matrix at7and28d由图9与图10可以看出,相比对照组,10A在7d时的平均峰值黏结应力与拔出功分别提升63.1%与123.7%㊂这可能与KH560的开环放热效果加速了钢纤维-基体界面区域处水泥熟料的早期水化进程有关㊂28d时,10A的平均峰值黏结应力与拔出功相比对照组降低了62.6%和75.7%㊂KH560能够增强钢纤维-基体界面早期黏结性能,劣化后期界面黏结性能,KH550则呈现相反的趋势㊂7d时,10B的平均峰值黏结应力和拔出功分别降低了20.2%和60.5%㊂而在28d时,10B的平均峰值黏结应力和拔出功增加了71.4%与88.8%㊂这主要与KH550对早期界面区域处水泥水化进程的延滞作用,以及后期延滞作用逐渐消失有关[13,28]㊂此外,KH550在钢纤维-基体界面建立的化学键连接显著提高了界面黏结力[18]㊂随着KH560含量增加与KH550含量降低,复合SCA改性组的早期界面黏结性能呈上升趋势,后期界面黏结性能呈下降趋势㊂改性组中,10H55和10H73弥补了KH550早期界面黏结性能弱和KH560后期界面黏结性能弱的缺点,提升了早期和后期的钢纤维-基体界面黏结性能㊂10H55的平均峰值黏结应力在7㊁28d分别提高了17.9%和16.3%,拔出功分别提高了25.3%和2.2%,10H73的平均峰值黏结应力分别提升了4.8%和23.1%,拔出功分别提升了0.6%和23.4%㊂2.3㊀微观结构分析为考察复合SCA对钢纤维表观形貌的影响,对未改性组和10H73改性组的钢纤维表面进行SEM观测,观测结果如图11所示㊂未改性的钢纤维表面光滑,几乎看不到附着物㊂相比于未改性的钢纤维,改性组的钢纤维表面粗糙,有较为明显的附着物层,说明复合SCA改变了钢纤维表面的物理形貌㊂这可能是因为钢纤维表面的铜有利于SCA形成Cu O Si化学键㊂该机制的存在促进了SCA在钢纤维表面的积累,提高了钢纤维表面的粗糙度,这种改性机制有效提高了钢纤维-基体界面黏结能力,并对单纤维的峰值黏结应力㊁拔出功,以及改性钢纤维水泥基复合材料的弯曲强度和韧性产生明显的增强作用㊂此外,SCA能够发生自缩合反应[18],可能会增加SCA在钢纤维表面的积累,对钢纤维-基体界面黏结能力产生积极的影响㊂第7期孙庭超等:硅烷偶联剂改性钢纤维水泥基复合材料弯曲性能研究2333㊀图11㊀未改性和改性钢纤维的SEM 照片Fig.11㊀SEM images of unmodified and modified steel fiber 在28d 弯曲试验结束后,未改性组和10H73改性组的钢纤维形貌如图12所示㊂可以看出,未改性组钢纤维表面光滑,附着水泥基质较少,而10H73改性组的钢纤维表面相对更加粗糙且附着的水泥基质更多㊂这证明了在复合SCA 的改性作用下,28d 时钢纤维与水泥基体之间建立了更加紧密的连接㊂钢纤维与基体间黏结能力的增强显著提高了钢纤维的拉拔性能以及水泥基复合材料的弯曲性能㊂KH550中的氨基与水泥基体建立化学键连接[18],以及钢纤维表面粗糙度的增加共同促进了界面黏结性能的提高㊂图12㊀弯曲试验后未改性和改性钢纤维的SEM 照片Fig.12㊀SEM images of unmodified and modified steel fiber after bendingtest 图13㊀未改性和改性钢纤维的红外光谱Fig.13㊀FTIR spectra of unmodified and modified steel fiber 图13为未改性组与10H73改性组的FTIR 光谱㊂可以看出,在2926和1477cm -1附近出现甲基与亚甲基的伸缩振动峰,1559cm -1处出现C N 伸缩振动峰,说明钢纤维表面覆有KH550改性膜㊂KH550上的氨基与水泥基建立的化学键连接提高了钢纤维在基体中的拉拔性能,进而改善钢纤维水泥基复合材料的弯曲强度与韧性㊂1261cm -1处出现环氧基峰,说明钢纤维表面存在KH560改性膜㊂改性钢纤维水泥基复合材料早期弯曲性能的增强可能与该官能团的开环放热促进了钢纤维周围水泥水化有关㊂1001cm -1的峰与Si O Si 有关,这证明SCA 发生了自缩合反应㊂而在687cm -1处出现Cu O Si 的峰说明了SCA 膜与钢纤维表面存在化学键连接㊂在物理改性方面,这两种机制使得复合SCA 能够在钢纤维表面积累,并改善其粗糙度,进而提高钢纤维-基体界面的黏结能力㊂通过在钢纤维-SCA-基体界面区域建立化学键连接机制,进一步提高试件的弯曲强度与韧性㊂2334㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷3㊀结㊀论1)KH550和KH560复合能够提高钢纤维水泥基复合材料早期和后期的弯曲性能㊂其中,KH550与KH560体积比为5ʒ5的改性组的7㊁28d弯曲强度分别提高了12.8%和3.6%,弯曲韧性分别提高了12.3%和1.2%㊂KH550与KH560体积比为7ʒ3的改性组的7㊁28d弯曲强度分别提高了0.6%和8.1%,弯曲韧性分别提高了1.3%和5.8%㊂2)单纤维的平均峰值黏结应力和拔出功与钢纤维水泥基复合材料的弯曲试验结果一致㊂KH550与KH560体积比为5ʒ5的改性组的平均峰值黏结应力在7㊁28d分别提高了17.9%和16.3%,拔出功提高了25.3%和2.2%,KH550与KH560体积比为7ʒ3的改性组的平均峰值黏结应力在7㊁28d分别提升了4.8%和23.1%,拔出功分别提升了0.6%和23.4%㊂3)KH550和KH560复合使用提高了钢纤维表面的粗糙度,增强了钢纤维-基体界面黏结能力㊂4)复合KH550和KH560改性可以实现钢纤维-SCA-基体界面的化学键连接㊂该机制能有效提高钢纤维在基体中的拉拔性能,以及钢纤维水泥基复合材料的弯曲性能㊂参考文献[1]㊀YOO D Y,BANTHIA N,YANG J M,et al.Size effect in normal-and high-strength amorphous metallic and steel fiber reinforced concretebeams[J].Construction and Building Materials,2016,121:676-685.[2]㊀LU M Y,XIAO H G,LIU M,et al.Improved interfacial strength of SiO2coated carbon fiber in cement matrix[J].Cement and ConcreteComposites,2018,91:21-28.[3]㊀LEE M K,BARR B I G.An overview of the fatigue behaviour of plain and fibre reinforced concrete[J].Cement and Concrete Composites,2004,26(4):299-305.[4]㊀FENG J H,YANG F,QIAN S Z.Improving the bond between polypropylene fiber and cement matrix by nano calcium carbonate modification[J].Construction and Building Materials,2021,269:121249.[5]㊀YU K Q,LI L Z,YU J T,et al.Feasibility of using ultra-high ductility cementitious composites for concrete structures without steel rebar[J].Engineering Structures.2018,170:11-20.[6]㊀BANTHIA N.A study of some factors affecting the fiber-matrix bond in steel fiber reinforced concrete[J].Canadian Journal of Civil Engineering,1990,17(4):610-620.[7]㊀WU Z M,KHAYAT K H,SHI C J.Effect of nano-SiO2particles and curing time on development of fiber-matrix bond properties andmicrostructure of ultra-high strength concrete[J].Cement and Concrete Research,2017,95:247-256.[8]㊀LI V C,WU H C,CHAN Y W.Effect of plasma treatment of polyethylene fibers on interface and ementitious composite properties[J].Journalof the American Ceramic Society,2005,79(3):700-704.[9]㊀PI Z Y,XIAO H G,DU J J,et al.Interfacial microstructure and bond strength of nano-SiO2-coated steel fibers in cement matrix[J].Cementand Concrete Composites,2019,103:1-10.[10]㊀SUN M,WEN D J,WANG H W.Influence of corrosion on the interface between zinc phosphate steel fiber and cement[J].Materials andCorrosion,2012,63(1):67-72.[11]㊀AGGELIS D G,SOULIOTI D V,BARKOULA N M,et al.Influence of fiber chemical coating on the acoustic emission behavior of steel fiberreinforced concrete[J].Cement and Concrete Composites,2012,34(1):62-67.[12]㊀AGGELIS D G,SOULIOTI D V,GATSELOU E A,et al.Monitoring of the mechanical behavior of concrete with chemically treated steel fibersby acoustic emission[J].Construction and Building Materials,2013,48:1255-1260.[13]㊀BILBA K,ARSENE M A.Silane treatment of bagasse fiber for reinforcement of cementitious composites[J].Composites Part A:Applied Scienceand Manufacturing,2008,39(9):1488-1495.[14]㊀YU J,YAO J,LIN X Y,et al.Tensile performance of sustainable strain-hardening cementitious composites with hybrid PVA and recycled PETfibers[J].Cement and Concrete Research,2018,107:110-123.[15]㊀SOULIOTI D V,BARKOULA N M,KOUTSIANOPOULOS F,et al.The effect of fibre chemical treatment on the steel fibre/cementitious matrixinterface[J].Construction and Building Materials,2013,40:77-83.[16]㊀GANDHI J S,SINGH S,VANOOIJ W J,et al.Evidence for formation of metallo-siloxane bonds by comparison of dip-coated and electrodepositedsilane films[J].Journal of Adhesion Science and Technology,2006,20(15):1741-1768.[17]㊀姚㊀勇,杨贞军,张㊀麒.硅烷涂层提升钢纤维-砂浆界面性能的试验研究[J].浙江大学学报(工学版),2021,55(1):1-9+30.YAO Y,YANG Z J,ZHANG Q.Experiment research on improving interface performance of steel fiber and mortal by silane coatings[J].Journal㊀第7期孙庭超等:硅烷偶联剂改性钢纤维水泥基复合材料弯曲性能研究2335 of Zhejiang University(Engineering Science),2021,55(1):1-9+30(in Chinese).[18]㊀LIU T J,WEI H N,ZHOU A,et al.Multiscale investigation on tensile properties of ultra-high performance concrete with silane coupling agentmodified steel fibers[J].Cement and Concrete Composites,2020,111:103638.[19]㊀王硕太,马国靖,吴永根.超声法早期推定道面混凝土28天抗折强度[J].混凝土,2001(8):32-34.WANG S T,MA G J,WU Y G.Ultrasonic method conclude the28-day flexural strength of pavement concrete in early stage[J].Concrete,2001(8):32-34(in Chinese).[20]㊀许燕莲.用标准养护7天龄期强度推算28天龄期强度以确定混凝土水灰比[J].广东水利水电,2003(1):31-33.XU Y L.Determining water-cement ratio by28days age-strength deduced from7days in standard curing condition[J].Guangdong Water Resources and Hydropower,2003(1):31-33(in Chinese).[21]㊀Dalian University of Technology.Standard test methods for fiber reinfored concrete:CECS13 2009[S].Beijing:China Planning Press,2010.[22]㊀CAO M L,XU L,ZHANG C.Rheological and mechanical properties of hybrid fiber reinforced cement mortar[J].Construction and BuildingMaterials,2018,171:736-742.[23]㊀JCI.Methods of tests for flexural strength and flexural toughness of fiber reinforced concrete[S].Japan:Japan Concrete Institute,1984:45-51.[24]㊀ZENG D M,CAO M L.The flexural behaviors and mechanism of wollastonite microfiber modified ultra-high performance concrete with steel fiberfrom micro to macro scale[J].Archives of Civil and Mechanical Engineering,2021,22(1):1-19.[25]㊀朱田路.低掺量钢纤维混凝土力学性能研究[D].郑州:郑州大学,2011.ZHU T L.Study on mechanical properties of steel fiber reinforced concrete with low content[D].Zhengzhou:Zhengzhou University,2011(in Chinese).[26]㊀吕佩佩,王进美,邵东锋,等.硅烷偶联剂改性棉织物研究[J].轻纺工业与技术,2015,44(1):10-12.LYU P P,WANG J M,SHAO D F,et al.Study on modification of cotton fabric with silane coupling agent[J].Qingfang Gongye Yu Jishu, 2015,44(1):10-12(in Chinese).[27]㊀HELMI M,HALL M R,STEVENS L A,et al.Effects of high-pressure/temperature curing on reactive powder concrete microstructure formation[J].Construction and Building Materials,2016,105:554-562.[28]㊀XIE Y J,HILL C A S,XIAO Z F,et al.Silane coupling agents used for natural fiber/polymer composites:a review[J].Composites Part A:Applied Science and Manufacturing,2010,41(7):806-819.。
钢纤维增韧陶瓷基复合材料性能研究的开题报告
钢纤维增韧陶瓷基复合材料性能研究的开题报告一、选题背景随着工业化进程的不断加速，越来越多的高性能材料被广泛应用于各个领域。
钢纤维增韧陶瓷基复合材料因其具有出色的耐火性、耐磨性、耐蚀性、高温稳定性等特点被广泛关注。
而钢纤维增韧陶瓷基复合材料的研究对于提升其性能和应用领域都具有非常重要的作用，因此开展其性能研究具有重要的现实意义。
二、研究目的本文主要以钢纤维增韧陶瓷基复合材料为研究对象，探究其各种性能指标，并探究不同工艺条件下钢纤维增韧陶瓷基复合材料的制备工艺，最终为该材料的应用提供技术支持和理论指导。
三、研究内容1. 系统分析强化钢纤维与复合材料性能之间的作用机制2. 通过实验室测试，确定复合材料的物理性能指标，如耐磨性、硬度、抗压强度等；3. 探究制备工艺对复合材料性能的影响；4. 尝试使用不同添加剂和生产工艺来优化其性能。
四、论文结构第一章：绪论该章节主要论述选题背景、研究目的和内容。
第二章：相关理论该章节主要介绍钢纤维增韧陶瓷基复合材料的基本情况，分析钢纤维在陶瓷材料中的应用以及钢纤维增韧复合材料的基本性能，并介绍制备工艺。
第三章：实验设计该章节主要介绍实验的具体设计方案，包括试样制备、实验条件以及实验方法等。
第四章：实验结果分析该章节主要分析实验结果，对比研究不同工艺条件下的性能差异，并对影响复合材料性能的因素进行探讨，揭示不同添加剂和生产工艺对效果的影响。
第五章：结论与展望该章节主要总结该研究取得的成果，指出不足之处，并展望未来的研究方向。
五、参考文献参考文献主要为国内外相关领域的学术论文、研究报告、专利等。
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钢纤维增强水泥基复合材料的研究进展唐猛（材料科学与工程学院，无机非金属材料专业，12材1,201214030116）摘要：纤维增强水泥基复合材料是由水泥净浆、砂浆或水泥混凝土作基材,以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。
和钢材、木材等其它的建筑材料比较，社会上应用范围最大的建筑材料是水泥砂浆、混凝土等水泥复合材料，具有耐久耐磨、不易燃烧、成本低廉、抗压能力强、稳定安全等优点，但水泥复合材料也有着严重的缺点，例如：容易断裂外、加剂影响混凝土质量、自重大、抗拉强度低、对基础要求高、养护周期长、影响建筑速度、施工过程对结构影响较大、韧性差等等。
目前，掺加一定的纤维在水泥复合材料中，是在建筑工业界逐渐推广的水泥复合材料的增强手段。
而钢纤维水泥基复合材料的影响现在抗拉、抗弯、抗剪强度和耐久性等方面，对抗压强度的提高效果不明显。
钢纤维混凝土是将一种由短的不连续的且有一定长径比的钢纤维均匀乱向地分散于普通水泥混凝土中所构成的复合材料。
与普通水泥混凝土相比，强度和重量的比值增大；另外，抗裂性、抗变形性、抗剪切性、抗疲劳性等都有明显的提高。
关键词：水泥基复合材料;钢纤维；混杂纤维;增强作用。
1.钢纤维在水泥基复合材料中的作用及其增强机理1.1钢纤维在水泥基复合材料中的作用纤维加入水泥基材有三个主要作用[1]：（1）使水泥基材抗拉强度得以保证或提高；（2）在水泥基材中有阻断作用；（3）水泥基材的形变能力得到提高因为水泥基材的极限延伸率远小于纤维增强材料,所以在拉力作用下,水泥基材在达到其极限延伸率时发生开裂。
在纤维增强水泥基复合材料中纤维的主要作用在于吸收水泥基材开裂时释放的能量,并因而阻止基材中裂缝的扩展。
水泥基材中出现裂缝后,纤维可以与基材脱黏而从基材中拔出、或在应力达到最大值时拉断、或跨越裂缝承受拉力，使复合材料的抗拉强度得到提高。
1.2钢纤维混凝土增强机理的基本理论[2]主要有两种思想对纤维增强复合材料产生重要影响：一种是复合力学理论；另一种是纤维间距理论(或称为纤维阻裂理论)。
1.2.1 纤维间距理论纤维间距理论是由线弹性断裂力学来说明纤维对于裂缝发生和发展的约束作用，这个理论认为要想使混凝土这样本身带有内部缺陷的脆性材料提高抗拉强度，内部缺陷的尺寸必须尽可能地减少，提高韧性。
1.2.2 复合力学理论由于混凝土自身具有多尺度层次、多相、多组分的非均质结构特征，使复合材料构成的混杂原理是其理论出发点，将纤维增强混凝土当作是纤维强化体系，推求纤维混凝土的弹性模量、强度、应力等，在拉伸方向上还要考虑复合材料非连续性短纤维的长度和取向修正及混凝土的非均匀和有效纤维体积率的比例特性。
根据复合力学理论可得乱向短钢纤维混凝土抗拉强度的计算公式为：2．钢纤维的不同因素对增强水泥基复合材料性能的影响2.1纤维体积率研究表明：高强混凝土基体开裂后，试件的拉伸变形主要来自于初始裂缝的不断扩张；在断裂处，通过纤维继续把荷载传递给未开裂的混凝土基体部分，钢纤维高强混凝土的力学性能取决于纤维与基体界面的粘结强度。
随裂缝不断张开，桥联纤维也不断被拔出或拉断，其拔出阻力主要取决于纤维基体界面粘着力及纤维异性引起的机械抗力等。
在钢纤维高强度混凝土中，钢纤维与高强度混凝土基体的紧密结合，增大了纤维对水泥基体的影响范围，纤维进一步缓和了缝端应力集中程度，从而更有效地阻止和限制了裂缝的开裂和扩展。
钢纤维横贯裂缝，可提高抵抗裂纹进一步发展的抗力，使得断口变得相对粗糙。
粗糙的断口形貌在某种程度上反映了钢纤维对断裂韧性的改善。
高强混凝土试件不仅峰值载荷较小，且达到峰值载荷后，事件破坏，绝大部分试件被劈为两半。
在钢纤维高强度混凝土试件的试验中，可以清晰地听到纤维拔出或拉断声，除极少数小体积率钢纤维高强度混凝土试件有个被劈为两半外，绝大部分试件没有完全裂开，钢纤维高强度混凝土断面内仍有钢纤维相连。
由于钢纤维的存在，钢纤维混凝土裂缝的上升路径不同于高强度混凝土时的直线上升，而是不断的改变方向，裂缝数量也不是高强度混凝土的一条，而是呈现多点开裂。
毕巧巍、汪辉[3]等通过在轻骨料混凝土中掺入适量钢纤维，研究了钢纤维掺量对轻骨料混凝土抗压强度、抗折强度及抗碳化性能的影响。
并从试验结果发现：随着钢纤维掺量的增加，对轻骨料混凝土的抗压强度提高作用有限，而对抗折强度贡献较大。
试件的抗碳化能力随着钢纤维含量的增大而增加，当钢纤维体积含量由0． 5％提高到 1.2％时，其碳化深度由8唧降低至5 mm ，降低了近40％。
可见钢纤维对提高轻骨料混凝土的抗碳化能力效果比较显著。
2．2纤维的长径比由实验可得，当纤维的长径比为70时，对混凝土试件的效果最明显，这是因为钢纤维在试件中是三维乱向分布的。
长径比为80、100的钢纤维长度相对较大，长径比为40、60的相对较短，产生的边壁效应相对较强。
钢纤维沿粗骨料界面分布起不到阻裂作用。
而长径比为70的钢纤维边壁效应较弱，即使有一定数量的钢纤维与脚和骨料界面相交，一旦平衡与界面的初始微裂纹有发展的趋势，这部风钢纤维能很好地阻止其发展，推迟了初始裂纹的产生，有效的提高了混凝土的抗压强度。
尹久仁、刘小根[4]等研究了钢纤维的长径比对层布式钢纤维混凝土的力学性能和断裂性能的影响研究结果表明：钢纤维长径比对其抗压强度影响甚微，层布式钢纤维混凝土的抗压强度仍取决于混凝土基材本身的性能。
劈裂强度随钢纤维长径比的增长而增长，在相同体积掺量下(P， =1．5％ ) ，W／C = 0．40 时，长径比为 120 和 80 的劈裂强度比长径比为 40 的劈裂强度分别提高10．88％和 14.63％，W／C = 0.45 时，长径比为120和80的劈裂强度比长径比为40 的劈裂强度分别提高了7％和10.34％。
3维混凝土的力学强度3.1抗压强度钢纤维混凝土虽受压强度增加不明显，但受压韧性却大幅度提高了。
这是由于钢纤维的存在，增大了试件的压缩变形，提高了受压破坏时的韧性。
从宏观上呈现，钢纤维混凝土受压破坏时，没有明显的碎块或崩落，仍保持这整体性。
3.2抗剪强度钢纤维混凝土具有优异的抗剪性能，对提高钢筋混凝土结构抗剪能力有重要意义。
通常在钢筋混凝土的构件中，其抗剪承载力主要靠箍筋和弯起钢筋承担，这些筋多了，不仅要提高工程投资，而且施工很不方便，尤其对薄壁、抗震结构和复杂形状的特种结构，问题则尤为突出。
因此采用钢纤维混凝土是提高结构抗剪能力的有效途径。
3.3抗弯强度钢纤维混凝土的抗弯强度，随着纤维掺量的增加而提高。
钢纤维混凝土等级提高，使抗弯强度提高明显。
在弯曲荷载作用下，钢纤维混凝土受拉区开裂，中性轴向上移，受拉区仍有部分纤维与基材的粘结力承受拉力，增加韧性，提高了混凝土的抗弯强度。
而普通混凝土则很快发生断裂，以致脆性破坏。
4、维水泥基复合材料的发展4.1粒钢纤维混凝土哈尔滨建筑大学对此进行了进一步的研究，尝试在陶粒混凝土中掺入一定量的钢纤维制成一种新型的复合材料——陶粒钢纤维混凝土。
他们主要从水泥浆稠度、水泥浆数量、砂率、骨料最大粒径、钢纤维掺量几个方面对混凝土性能的影响作了相应的分析。
其结果表明[5]：（1）随着水泥浆稠度的减小、水泥浆量的赠加、骨料最大粒径的增大，陶粒钢混凝土的流动性显著提高；（2）随着钢纤维掺量的增加，最佳砂率也随之增加，但混凝土中拌合物的流动性明显降低。
彭亚萍[6]对两根采用“人工塑性铰”配筋形式的陶粒混凝土连梁（其中一根掺入钢纤维）在反复载荷作用下的强度、刚度、延伸性及耗能情况等基本性能进行了研究和非线性有限元分析，结果表明：采用“人工塑性铰”配筋形式的钢纤维陶粒混凝土连梁具有优良的抗震性能。
4.2射钢纤维混凝土喷射钢纤维混凝土(SFRS)，又称钢纤维喷射混凝土，是在普通混凝土中混入钢纤维，依靠压缩空气高速喷射在结构表面的一种性能优良的水泥基复合材料。
需注意的是：喷射钢纤维混凝土的制备除需要考虑到普通混凝土配合比的设计，还必须考虑喷射混凝土的可泵性、回弹率以及混凝土在喷射面上的附着性等。
云南省昆石高速公路小团山隧道采用喷射钢纤维混凝土进行初期支护，取得了很好的效果。
对喷射钢纤维混凝土的研究主要集中在以下几个方面[7]：（1）混凝土的配合比设计；（2）喷射的方法，包括素喷法和湿喷法；（3）钢纤维的分布特性的分析；（4）支护长期效应的数值模拟；（5）方向效能系数研究；（6）弯曲韧性、抗拉强度的测试等。
4.3纤维活性粉末混凝土1993年，法国Bouygues实验室研制出一种活性粉末混凝（RPC），是通过提高组分的细度和反应的活性来实现的。
在此基础上，深圳市市政工程设计院和深圳大学选用粉煤灰部分取代硅灰，用天然河砂取代石英和石灰粉，利用本地原料制备RPC，并对钢纤维活性粉末混凝土的抗收缩、抗氯离子渗透、耐磨性、抗渗性等耐久性能进行了研究。
结果表明：钢纤维的掺入可以分散毛细管的收缩能力，有效防止局部的应力集中现象，减少RPC裂缝的产生；而且，钢纤维RPC能抗氯离子渗透，并具有良好的耐磨性、耐久性 [8]。
解放军理工大学，为比较增强活性粉末混凝土在弹体作用下的抗侵彻性，对钢筋混凝土、钢丝网和钢纤维分别增强的活性粉末混凝土靶件进行对比炮击试验。
结果表明：钢丝网和钢纤维的增强作用较优；但综合考虑经济性和工艺性，优选的抗侵彻材料是钢丝网增强活性粉末混凝土。
[9]4.4 上下层布式钢纤维混凝土目前，许多学者已经对这种形式的构件的弯拉强度进行了研究，但大多集中于某单一因素的影响分析。
针对这一情况，武汉理工大学设计研究院对弯拉强度的各因素之间的关系和最佳因素水平组合进行了探讨。
他们主要利用正交实验的方法，选取3种长径比L f / d f : 60，80和100；三种体积率V f : 1.0%，1.5% 和2.0%，即两因素三水平。
按正交表L9(34)来考虑各因素之间的关系，并对其进行方差分析，得出结论：当L f / d f=100，V f =1.5%时，最有利于提高层布式钢纤维混凝土的弯拉强度[10]。
参考文献：[1] 沈荣熹，崔琪，李清海．新型纤维增强水泥基复合材料[c]．北京：中国建材工业出版社， 2004 ： 10 — 50．[2]刘建秀．钢纤维混凝土基本理论[M ]．北京：科学技术文献出版社， 1994 ： 232 — 243．[3]毕巧巍，汪辉，项影明．粗纤维轻骨料混凝土的力学性能及抗碳化性能的试验研究[J]．工业建筑， 2009(39) ： 883—885[4] 尹久仁，刘小根，张平等．层布式钢纤维混凝土力学行为与断裂性能研究[J]．湘潭大学自然科学学报， 2007(29) ： 86 — 9 1[5] 郑秀华,刘晓林,张松榆.陶粒钢纤维混凝土流动性的试验研究[J].哈尔滨建筑大学学报.2000,33(3):71～73.[6]彭亚萍.陶粒混凝土剪力墙中连梁的抗震性能研究.山东建材学院学报.2000,14(2):134～137.[7]曾云川.喷射钢纤维混凝土在小团山隧道的应用[J].云南交通科技.2003,19 (2):36～38.[8]李忠,黄利东.钢纤维活性粉末混凝土耐久性能研究[J].市政技术.2005，23（4）:255～257.[9]肖燕妮,王耀华等.增强活性粉末混凝土抗侵彻试验[J].解放军理工大学学报（自然科学版）.2005,6(3):262～264.[10] 戴绍斌,宋名海.上下层布式钢纤维混凝土弯拉强度正交试验研究[J].华中科技大学学报（城市科学版）.2005,22(2):5～7.。