纤维对混凝土的增强理论
混凝土中掺入纤维的原理
混凝土中掺入纤维的原理一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其在建筑工程中扮演着至关重要的角色。
然而，在使用过程中，混凝土会出现一些缺陷，例如开裂、变形、强度不足等问题。
为了解决这些问题，人们想出了一种方法——在混凝土中掺入纤维。
本文将介绍混凝土中掺入纤维的原理。
二、混凝土中掺入纤维的意义混凝土中掺入纤维可以改善其性能，具体而言，有以下几方面的意义：1.增加混凝土的抗裂性混凝土中掺入纤维可以使其更加均匀地分布在混凝土中，从而能够有效地防止混凝土的开裂。
此外，由于纤维的存在，混凝土内部的应力分布更加均匀，从而减少了裂缝的产生。
2.提高混凝土的强度混凝土中掺入纤维可以增加其抗拉强度和抗压强度，从而提高混凝土的整体强度。
纤维能够有效地承受混凝土内部的应力，从而防止混凝土的破碎。
3.提高混凝土的韧性混凝土中掺入纤维可以增加其韧性，使其能够在受到外力的作用下发生一定的变形而不会破坏。
这种韧性使得混凝土能够更好地适应变化的荷载。
4.提高混凝土的耐久性混凝土中掺入纤维可以提高其抗冻性和抗风化性，从而延长混凝土的使用寿命。
三、混凝土中掺入纤维的原理混凝土中掺入纤维的原理主要有以下几点：1.纤维的加入可以在混凝土中形成一个桥梁网络在混凝土中掺入纤维后，纤维能够形成一个网状的结构，从而使得混凝土内部的应力分布更加均匀。
这种均匀的应力分布可以有效地防止混凝土的开裂，从而提高混凝土的抗裂性。
2.纤维的加入可以增加混凝土的界面粘结力混凝土中掺入纤维后，纤维能够与混凝土牢固地结合在一起，从而增加了混凝土的界面粘结力。
这种粘结力可以防止混凝土在受到外力作用下的破坏，从而提高混凝土的强度和韧性。
3.纤维的加入可以增加混凝土的动态强度混凝土中掺入纤维后，纤维能够有效地吸收混凝土内部的应力，从而增加了混凝土的动态强度。
这种强度可以防止混凝土在受到冲击或振动作用下的破坏，从而提高混凝土的抗震性。
4.纤维的加入可以防止混凝土的微裂纹扩展在混凝土中掺入纤维后，纤维能够防止混凝土内部的微裂纹扩展。
混凝土中的纤维增强方法
混凝土中的纤维增强方法混凝土中的纤维增强方法混凝土作为一种广泛应用的建筑材料，其力学性能及耐久性一直是研究的重点。
在传统的混凝土中，掺入纤维增强材料被广泛应用，以提高混凝土的力学性能、抗裂性能、抗冲击性能、耐久性等方面的性能，同时减少混凝土的裂缝和开裂的风险。
本文将介绍混凝土中的纤维增强方法。
一、纤维增强材料的选用混凝土中的纤维增强材料种类繁多，根据纤维材料的性质和混凝土结构的需要，常用的纤维材料包括：1.钢纤维：耐腐蚀、高强度、高模量、尺寸稳定性好，但易生锈。
2.玻璃纤维：具有良好的耐腐蚀性、高强度、高模量、尺寸稳定性好，但易断裂。
3.碳纤维：具有优良的耐腐蚀性、高强度、高模量、热稳定性好，但价格昂贵。
4.聚丙烯纤维：低密度、化学稳定、耐热、耐冷、耐酸碱、防水、防霉等，但强度较低。
根据混凝土结构的需要，不同的纤维材料可以起到不同的增强作用。
二、纤维掺量的确定纤维掺量是指纤维在混凝土中的质量比例，掺量的大小会影响混凝土的力学性能、抗裂性能、抗冲击性能、耐久性等方面的性能。
根据不同的纤维材料和混凝土结构的需要，纤维掺量也有所不同。
1.钢纤维掺量：一般掺量在1.5%~3.0%之间，掺量过多易造成混凝土收缩不均匀，导致开裂。
2.玻璃纤维掺量：一般掺量在0.5%~2.0%之间，掺量过多易导致混凝土的脆性增加。
3.碳纤维掺量：一般掺量在0.5%~1.5%之间，掺量过多易造成混凝土脆性增加。
4.聚丙烯纤维掺量：一般掺量在0.1%~0.5%之间，掺量过多易影响混凝土的强度。
三、混合设计的制定混合设计是指根据混凝土结构的需要和纤维增强材料的种类、掺量等参数，制定符合要求的混凝土配合比。
根据设计要求，应制定混合设计方案，包括水胶比、水泥用量、骨料用量、掺合料用量、纤维掺量等。
1.水胶比：水胶比是指水与胶凝材料的质量比，一般控制在0.4~0.6之间，水胶比过高易造成混凝土的收缩和开裂，水胶比过低易导致混凝土的工作性能不佳。
纤维增强混凝土的研究和应用
纤维增强混凝土的研究和应用1.引言纤维增强混凝土是一种将纤维材料与混凝土相结合的复合材料，具有优异的抗裂性能和改善的强度特性，因此在建筑工程领域得到广泛应用。
本文将探讨纤维增强混凝土的研究进展和应用领域。
首先将介绍纤维增强混凝土的定义和分类，随后重点关注纤维增强混凝土在结构工程、地基处理以及道路工程等方面的应用。
最后，我们将总结纤维增强混凝土的优点和未来发展方向。
2.纤维增强混凝土的定义和分类纤维增强混凝土是指在普通混凝土中添加一定比例的纤维材料，以增强混凝土的抗拉强度、韧性和耐久性。
根据纤维材料的性质，纤维增强混凝土可分为无机纤维增强混凝土和有机纤维增强混凝土两类。
2.1无机纤维增强混凝土无机纤维增强混凝土常使用的纤维材料包括玻璃纤维、碳纤维和钢纤维等。
这些纤维材料具有较高的强度和刚度，能有效提高混凝土的抗拉强度和韧性。
无机纤维增强混凝土在结构工程领域得到广泛应用。
2.2有机纤维增强混凝土有机纤维增强混凝土常使用的纤维材料包括聚丙烯纤维、聚酯纤维和聚乙烯纤维等。
这些纤维材料具有良好的柔韧性和耐久性，能有效改善混凝土的韧性和抗裂性能。
有机纤维增强混凝土在地基处理和道路工程等领域得到广泛应用。
3.纤维增强混凝土在结构工程中的应用纤维增强混凝土在结构工程中具有很多优点，例如提高结构的抗裂性能和抗冲击能力，减少裂缝发展速度等。
在高层建筑、桥梁和水利工程等领域，纤维增强混凝土广泛应用于楼板、梁柱、墙体和水箱等重要构件的施工中，提高了工程结构的整体性能和耐久性。
4.纤维增强混凝土在地基处理中的应用纤维增强混凝土在地基处理中能够有效加固和加强土壤，改善地基的承载能力和稳定性。
应用纤维增强混凝土进行地基加固可以减少沉降和不均匀沉降，并且降低地震和液化等自然灾害对地基的影响。
5.纤维增强混凝土在道路工程中的应用纤维增强混凝土在道路工程中能够有效解决路面龟裂、反射裂缝和疲劳断裂等问题，提高道路的使用寿命和安全性。
纤维混凝土增强机理分析
纤维混凝土增强机理分析摘要：钢纤维是一种新型的水泥基复合材料，其抗拉，抗剪，抗弯能力优于普通的混凝土。
因而被广泛应用与工程中。
本文从抑制原始裂缝的发展和阻止微裂缝发展两个方向对钢纤维混凝土的增强原理进行了详细的阐述，得出部分结果可为工程实践提供参考。
关键词：钢纤维混凝土；增强；微裂缝；强度1 引言钢纤维增强混凝土（steel fiber reinforced concrete,SFRC）又简称为钢纤维混凝土，是以水泥浆、砂浆或混凝土为基材，以钢纤维为增强材料组成的一种复合材料。
水泥石、砂浆和混凝土的主要缺点是抗拉强度低、极限延伸率小、性脆，掺加抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的钢纤维可以克服上述缺点。
钢纤维混凝土虽然问世时间不久，但应用领域越来越广泛。
在国外钢纤维混凝土被广泛应用于公路路面、桥面、码头铺面、机场道面、刚性防水屋面、工业建筑地面、地下室刚性防水、框架节点等领域。
在我国，钢纤维混凝土的研究和应用开始于20世纪70年代，近20多年，发展非常迅速。
相应规范的颁布和实施进一步推动钢纤维混凝土在我国工程建设领域的应用。
2 钢纤维混凝土工作机理及影响因素2.1 工作机理钢纤维混凝土的工作机理与一般的复合材料机理相似。
在混凝土中掺入适量的高性能钢纤维后，水泥砂浆作为主要的胶凝材料，在包裹住砂，石等骨料的同时，握裹住大量的钢纤维。
钢纤维相互搭接形成大量散乱分布的网状结构，衬托了骨料，减小了骨料的离析和水分的沁出，提高了混凝土的粘结性与保水性，从某种程度上太高了混凝土的抗拉强度和韧性。
试验研究表明，当钢纤维的体积率为1-2%之间时，钢纤维混凝土抗拉强度和抗弯强度较普通混凝土的强度提高了40-80%，抗剪强度提高了50%以上，但对抗压强度提高幅度不大。
2.2 影响钢纤维混凝土的因素大量的试验研究表明，影响钢纤维混凝土强度的因素主要有以下几种：1混凝土材料强度2钢纤维材料本身性质3 钢纤维混凝土的施工方法。
混凝土抗裂纤维的原理与作用
混凝土抗裂纤维的原理与作用介绍混凝土抗裂纤维是一种混凝土加筋材料，它能够显著提高混凝土的抗拉强度和韧性，从而增强混凝土的抗裂性能。
混凝土抗裂纤维的应用已经得到广泛的推广和应用，它可以用于各种工业和民用建筑中，例如楼房、桥梁、隧道、机场、码头等。
本文将详细介绍混凝土抗裂纤维的原理和作用。
一、混凝土抗裂纤维的原理1.1纤维材料的选择混凝土抗裂纤维的材料种类很多，常见的有钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维等。
选择适当的纤维材料是提高混凝土抗裂性能的重要前提。
不同的纤维材料具有不同的特性，如抗拉强度、弹性模量、耐腐蚀性等。
在选择纤维材料的时候，需要考虑到混凝土的使用环境和受力情况，选用适合的纤维材料。
1.2纤维的长度和直径纤维的长度和直径对混凝土的抗裂性能有很大的影响。
一般来说，纤维的长度和直径越大，混凝土的抗裂性能就越好。
因为较长和较粗的纤维可以更好地在混凝土中分散，形成一个完整的加筋体系。
而较短和较细的纤维则容易聚集在一起，形成“毛刺”，反而影响混凝土的性能。
因此，在选择纤维的长度和直径时，需要根据混凝土的用途和要求进行合理的选择。
1.3纤维的排列方式纤维的排列方式对混凝土的抗裂性能也有很大的影响。
一般来说，纤维的排列方式有随机分布、等分布、定向分布等。
其中，定向分布的纤维排列方式对混凝土的抗裂性能影响最大。
因为定向分布的纤维可以使混凝土在受力方向上形成连续的加筋体系，从而显著提高混凝土的抗拉强度和韧性。
而随机分布和等分布的纤维排列方式则无法形成连续的加筋体系，抗裂性能较差。
1.4纤维与混凝土的界面作用纤维与混凝土的界面作用对混凝土的抗裂性能也有很大的影响。
一般来说，纤维与混凝土的界面作用有物理作用和化学作用两种。
物理作用是指纤维与混凝土之间的摩擦力和粘结力，而化学作用则是指纤维与混凝土之间的化学反应。
良好的纤维与混凝土的界面作用可以有效地防止纤维在混凝土中的脱落和移动，从而提高混凝土的抗裂性能。
混凝土抗裂钢纤维的作用原理
混凝土抗裂钢纤维的作用原理混凝土抗裂钢纤维是在混凝土中加入一定比例的钢纤维，用于增强混凝土的抗裂性能。
它在建筑工程和土木工程中被广泛应用，能够有效防止混凝土的裂缝产生和扩展，提高混凝土结构的耐久性和安全性。
1. 基本原理混凝土抗裂钢纤维的作用原理主要有以下几个方面：1）阻止裂缝扩展：钢纤维在混凝土中形成一个三维分布的网状结构，能够阻止裂缝的扩展。
当混凝土受到内外力的作用时，钢纤维能够吸收和分散大部分的应力，防止应力集中，从而减缓裂缝的形成和扩展。
2）增加拉伸强度：混凝土的强度主要体现在抗拉强度上，而钢纤维的添加可以显著提高混凝土的抗拉强度。
钢纤维通过增加混凝土的韧性和延性，使其在受到拉伸力时能够延展而不断裂，从而提高整体的抗拉性能。
3）提高耐久性：混凝土抗裂钢纤维可以改善混凝土的抗冻融性能和耐久性。
钢纤维能够防止冻融循环过程中的微裂缝扩展，减少冻融导致的混凝土损伤，提高混凝土的耐久性和抗渗性能。
4）增加韧性：由于混凝土的脆性特性，容易在受到外界冲击或振动时发生破坏。
而钢纤维的添加能够改善混凝土的韧性，使其在受到冲击或振动时能够吸收和分散能量，防止破坏发生或减轻破坏程度。
5）提高施工效率：相比于传统的钢筋加固，混凝土抗裂钢纤维的使用能够简化工程施工过程，减少工期和人力成本。
钢纤维可以均匀分散在混凝土中，不需要像传统钢筋那样进行精确的布置和焊接，大大提高了施工效率。
2. 使用范围混凝土抗裂钢纤维适用于各种工程和结构中，特别是对于需要抗裂性能的部位，如地下工程、路面、桥梁、楼板、水池等。
钢纤维的添加能够有效增强混凝土的整体性能，提高结构的抗裂能力和耐久性，延缓和减小结构的损坏和破坏。
3. 标准和注意事项在使用混凝土抗裂钢纤维时，需要按照相关的标准和规范进行操作。
一般来说，钢纤维的添加量应该根据混凝土的用途和要求进行调整，通常为混凝土配合比的0.1%~2%。
在施工过程中需要注意以下几点：1）混凝土抗裂钢纤维应均匀分散在整个混凝土中，不能聚集在一起，否则会对混凝土的力学性能产生影响。
混凝土中纤维的作用原理
混凝土中纤维的作用原理一、前言混凝土是一种广泛使用的建筑材料，其优点在于其强度、耐久性和耐候性。
然而，混凝土在受到剪切和拉伸力时会出现裂缝，这会降低其性能和寿命。
纤维混凝土作为一种改进的混凝土材料，其添加了纤维材料以增强其性能。
本文将详细介绍混凝土中纤维的作用原理。
二、纤维混凝土的定义和分类1. 定义纤维混凝土是将纤维材料掺入混凝土中，增强其性能的混凝土材料。
2. 分类根据纤维的类型和形状，纤维混凝土可以分为以下几种:(1) 钢纤维混凝土：添加钢纤维的混凝土。
(2) 玻璃纤维混凝土：添加玻璃纤维的混凝土。
(3) 碳纤维混凝土：添加碳纤维的混凝土。
(4) 天然纤维混凝土：添加天然纤维的混凝土，如木质纤维、麻质纤维等。
(5) 合成纤维混凝土：添加人造纤维的混凝土，如聚丙烯纤维等。
三、纤维对混凝土性能的影响纤维混凝土中的纤维可以提高混凝土的抗裂性、抗冲击性、抗疲劳性、抗冻融性和耐久性等性能。
1. 抗裂性混凝土中的纤维可以有效地控制和分散裂缝，在混凝土中形成一个网状结构，从而提高混凝土的抗裂性。
2. 抗冲击性混凝土中的纤维可以吸收冲击能量，从而提高混凝土的抗冲击性能。
3. 抗疲劳性混凝土中的纤维可以有效地控制和分散裂缝，从而提高混凝土的抗疲劳性能。
4. 抗冻融性混凝土中的纤维可以有效地控制和分散裂缝，从而减少混凝土中的孔隙和缺陷，提高混凝土的抗冻融性。
5. 耐久性混凝土中的纤维可以减少混凝土的龟裂和渗水，从而提高混凝土的耐久性。
四、纤维对混凝土力学性能的影响纤维混凝土中的纤维可以影响混凝土的力学性能，如强度、韧性、刚度和变形等。
1. 强度添加纤维可以提高混凝土的抗拉强度和抗压强度，从而提高混凝土的整体强度。
2. 韧性混凝土中的纤维可以增加混凝土的韧性，从而提高混凝土的延展性和抗震性。
3. 刚度混凝土中的纤维可以增加混凝土的刚度，从而提高混凝土的抗振性。
4. 变形添加纤维可以减少混凝土的变形，从而提高混凝土的稳定性和持久性。
混凝土中的玻璃纤维增强原理及应用
混凝土中的玻璃纤维增强原理及应用1. 玻璃纤维增强混凝土的原理和概述混凝土是一种常见的建筑材料，具有较好的耐久性和强度。
然而，由于混凝土的脆性限制了其抗张能力，为了增加混凝土的韧性和抗拉强度，人们采用了玻璃纤维增强材料。
玻璃纤维增强混凝土（Glass Fiber Reinforced Concrete，简称GFRC）是将玻璃纤维与混凝土复合而成，通过纤维的增强作用，提高了混凝土的力学性能，应用广泛于建筑和工程领域。
2. 玻璃纤维增强混凝土的制备过程玻璃纤维增强混凝土的制备主要包括以下几个步骤：2.1 纤维选材和预处理玻璃纤维通常采用碱玻璃纤维，因其具有良好的抗碱性和耐久性。
在制备过程中，玻璃纤维需要进行预处理，包括脱脂和干燥等步骤，以提高纤维与混凝土基材的结合力。
2.2 胶砂制备胶砂是玻璃纤维增强混凝土的重要组成部分，用于增强混凝土的力学性能。
胶砂的制备过程包括将玻璃纤维与胶粉混合，添加适量的水和其他添加剂，搅拌均匀形成均质的砂浆。
2.3 混凝土浇筑和养护在制备好的胶砂表面，浇筑混凝土以形成玻璃纤维增强混凝土。
混凝土的选择要考虑到工程的具体需求，可以根据需要进行调整，例如采用高性能混凝土、自密实混凝土等。
完成浇筑后，需要进行适当的养护，以确保混凝土的强度和耐久性。
3. 玻璃纤维增强混凝土的优势和应用领域玻璃纤维增强混凝土具有以下优点和应用领域：3.1 强度和韧性提升玻璃纤维作为增强材料，能够有效地抵抗混凝土的开裂和拉伸。
纤维的添加能够增加混凝土的韧性和抗拉强度，提高其抗震和抗风性能。
3.2 轻质化和耐久性改善玻璃纤维的轻质化性质使得玻璃纤维增强混凝土具有重量轻、密度小的特点，有利于减轻建筑物负荷和提高结构稳定性。
玻璃纤维具有良好的抗腐蚀性能，能够提高混凝土的耐久性。
3.3 外观和设计自由度高由于玻璃纤维增强混凝土具有较高的可塑性和模具性能，可以根据设计需求制作出各种形状和表面效果。
这为建筑物的外观装饰和艺术设计提供了更多的创作空间。
纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构技术综述
纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构技术综述【摘要】纤维增强复合材料（FRP）加固混凝土结构技术已经成为结构加固领域的重要研究方向。
本文从FRP加固混凝土结构的原理与机制、FRP 材料的分类和特点、施工工艺、性能评价以及应用范围等方面进行了综述。
通过对该技术的研究和应用实例的分析，揭示了FRP加固混凝土结构技术在提高结构抗震性能、延长结构使用寿命等方面的优势。
也指出了该技术在设计规范、成本、耐久性等方面的局限性。
展望了FRP加固混凝土结构技术的未来发展趋势，为相关领域的研究和实践提供了参考和借鉴。
【关键词】FRP、增强复合材料、混凝土结构、加固技术、原理、特点、施工工艺、性能评价、应用范围、发展趋势、优势、局限性。
1. 引言1.1 FRP加固混凝土结构的背景FRP加固混凝土结构技术的发展源远流长，最早可以追溯到20世纪70年代。
最初，人们主要使用碳纤维、玻璃纤维等材料进行混凝土结构加固，通过在混凝土结构表面粘贴或缠绕FRP片材或布带，以提升结构的承载能力和抗震性能。
随着材料合成技术和加固技术的不断改进，FRP加固混凝土结构技术逐渐成熟，已经被广泛应用于桥梁、建筑物、水利工程等领域。
1.2 FRP在结构加固领域的应用1. FRP加固桥梁：在桥梁结构中，FRP可以有效地提高桥梁的承载能力和耐久性，延长桥梁的使用寿命。
通过在桥梁梁段或墩柱部位进行FRP包裹或加固，可以有效提高桥梁结构的受力性能。
2. FRP加固建筑：在建筑领域，FRP可用于加固柱、梁、楼板等结构件，提高建筑物的抗震能力和承载能力。
通过在建筑结构表面粘贴或包裹FRP材料，可以有效改善结构的整体性能。
3. FRP加固管道：在工业管道等设施中，FRP被广泛应用于加固和修复受损管道，提高管道的耐腐蚀性能和抗压能力。
FRP材料具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，适合在恶劣环境下进行管道加固。
4. FRP加固海洋工程：在海洋工程领域，FRP可以用于加固海洋平台、码头、堤坝等结构，提高其抗风浪、抗冲击等性能。
纤维混凝土增强机理的界面力学分析
一
研究 ， 中最具有影响力是 ： 于复合材料力学的混合定律 和建 其 基 立在断裂力学基础上的纤维间距理论。混合定律把纤维混凝土
简化 为 一种 钢 纤 维 为一 相 ，混凝 土 基 体 为 另一 相 的两 相 复合 材
般先施加于低弹模 的基体 ， 然后通过纤维一 基体的界 面， 把一
部分荷载传递给高弹模 的纤维 ，使纤维和基体共 同承担荷载 ， 从而起到增强的效 果。为了分析界面之间 的力学传递 ， 作如下
Ｌ Ⅲ
Ｙｏ ｇ ｓ ｎ ｎ －ｈｅ ｇ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｉｉ Ｅ ｇｎ ｅｉｇａ ｄＡ ｃ ｉ ｃｕｅ Ｅ ｓ Ｃ ｉａ ｉ ｔｎ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｃ ｖ ｌ ｎ ｉｅ ｒ ｎ ｎ ｒ ｈｔ ｔｒ ， ａｔ ｈｎ ａ ｏ ｇＵｎｖ ｒｉ ， ａ ｃ ａ ｇ３ ０ １ ， ｈｎ ） ｅ Ｊｏ ｉｅｓ ｙ Ｎ ｎ ｈ ｎ ３ ０ ３ Ｃ ｉ ａ ｔ
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纤维对混凝土的增强理论
摘要：纤维混凝土是一种性能优良且应用广泛的新型复合材料。在混凝土中
掺加纤维,既保留了新拌混凝土优异的工作性能，又能增加其抗拉强度、弯曲韧
性等力学性能，符合新型建筑材料的要求。本文论述了纤维对增强混凝土结构性
能的一些基本理论。
关键词：混凝土；纤维；增强理论
1纤维对混凝土的作用
1.1阻裂作用
纤维可阻碍混凝土中微裂缝的产生与扩展，这种阻裂作用既存在于混凝土的
未硬化的塑性阶段，也存在于混凝土的硬化阶段。水泥基体在浇注后的24 小时
内抗拉强度低，若处于约束状态，当其所含水分急剧蒸发时，极易生成大量裂缝，
此时，均匀分布于混凝土中的纤维可承受因塑性收缩引起的拉应力，从而阻止或
减少裂缝的生成。混凝土硬化后，若仍处于约束状态，因周围环境温度与湿度的
变化，而使干缩引起的拉应力超过其抗拉强度时，也极易生成大量裂缝，在此情
况下纤维仍可阻止或减少裂缝的生成。
1.2 增强作用
混凝土不仅抗拉强度低，而且因存在内部缺陷而往往难于保证。当混凝土中
加入适当的纤维后，可使混凝土的抗拉强度、弯拉强度、抗剪强度及疲劳强度等
有一定的提高。
1.3 增韧作用
纤维混凝土在荷载作用下，即使混凝土发生开裂，纤维还可横跨裂缝承受拉
应力，并可使混凝土具有良好的韧性。韧性是表征材料抵抗变形性能的重要指标，
一般用混凝土的荷载——挠度曲线或拉应力——应变曲线下的面积来表示。另
外，还可提高和改善混凝土的抗冻性、抗渗性以及耐久性等性能。应该强调的是
纤维混凝土中纤维的作用。并非所有纤维都能同时起到以上三方面的作用，有时
只起到其中两方面或单一方面的作用，这与纤维品种、纤维性能、纤维与混凝土
界面间的黏结状况以及基体混凝土的类别和强度等级等因素密切相关。
2纤维增强混凝土的基本理论
2.1 纤维间距理论
纤维间距理论是1963年由美国J.P.Romualdi, J.B.Batson和J.A.Mandel等[1-3]
人提出来的一种阐述纤维增强混凝土的理论。该理论是在线弹性断裂力学基础
上，假定混凝土的破坏是因为其内部的微裂纹、微孔洞等初始缺陷，在外力作用
下产生的应力集中造成的。钢纤维混凝土的增强效果与纤维间距有关，采用如图
2.1所示的模型来说明混凝土中掺入纤维后强度提高的原因。
图2.1 纤维间距理论模型
假定单向连续纤维增强混凝土的纤维在拉应力方向呈棋盘状分布。设纤维平
均间距为s，半径为a的裂纹发生在四根纤维所围成的区域中心。由于拉应力的
作用，在临近裂缝的纤维周围将产生如图2.1所示的粘结力分布，起着约束裂纹
开展的作用。
根据Griffith理论，由于存在粘结应力，裂缝尖端的总应力强度因子为
式中：
——外力作用下无钢纤维时的应力强度因子；
——钢纤维掺入后粘结应力产应力强度因子；
——沿纤维方向施加的均匀拉应力；
——纤维阻裂产生的反向应力。
若为临界应力强度因子，当时，材料发生断裂破坏。Romualdi根据试验得
到钢纤维混凝土的抗拉强度计算公式为
式中：
为钢纤维混凝土的抗拉强度；
为与裂纹形状有关的常数；
纤维间距理论是一种经验型的钢纤维混凝土增强理论。虽然它是一种大家非
常熟悉钢纤维混凝土增强理论，但其本身也存在一些明显的缺陷。首先，它忽略
了纤维自身的复合增强效应，其次纤维间距理论忽略纤维长度对增强效果的影
响。因此只能定性地对纤维增强原理作一物理上的阐述。
2.2界面应力传递的剪滞理论
一般当纤维长径比减小时，纤维与周围基体的应力、应变场因纤维的不连续
发生了改变，纤维对基体的增强效果下降，短纤维端部应力和分布对短纤维复合
材料性能的作用逐渐显得重要。1952年，H.L.Cox为求解复合材料的界面应力，
提出了所谓的剪滞理论，其基本原理是纤维受到的轴向应力由其界面上的剪应力
来平衡[4-5]。基本假定如下：
(1)基体与纤维都保持在弹性范围内；
(2)界面厚度无限小；
(3)纤维与基体的界面为理想粘结，即界面上应变连续；
(4)纤维周围材料的性能不受界面的影响；
(5)纤维呈有规则排列。
通过假定，可求出在基体上作用有平行于纤维方向的应力作用下，纤维长度
方向z处（如图2.2所示），纤维的拉应力和界面剪应力：
式中：
——纤维半径；
——基体应变；
——纤维的弹性模量；
Gm——基体的弹性剪切模量；
、——纤维的拉应力和界面剪应力。
图2.2z位置处纤维拉应力和界面剪应力图
由式(2-3)和图2.2可知，纤维拉应力在其端部（z =1/2)为0，在纤维中点为
最大；剪应力在纤维端部最大，在中点几乎减少为0。这些结果表明，由于纤维
端部的某段长度没有承担足够的荷载，将使得在同样外荷载条件下长度为1的纤
维中的平均应力小于连续纤维中的平均应力。纤维的增强效果随平均长度的减小
而下降，这是因为纤维总长度的更大比例没有充分承载。纤维可能达到的最大应
变值为作用于整体复合材料上的应变，因此，纤维中的最大应力为。为了达到这
一值，纤维的长度必须大于临界长度Lc。图2.3的简图表明，对长度大于LC的
纤维端部区域未充分受载的长度为1/2L。
图2.3为不同长度纤维承受应力的分布图。对长度为临界长度Lc的纤维，
有如下平衡条件:
式中：
——纤维拉伸屈服应力；
——界面屈服应力；
ac——纤维临界长径比。
可见，复合材料的应力是在段靠界面剪切应力逐步传递给纤维，故称为载荷
传递长度，是复合材料应变(应力)函数，最大值由上式纤维的极限强度来确定。
要达到纤维的最大应力值，纤维长度必须大于临界纤维长度或达到临界长径比，
且大于临界长度的纤维端部亦未充分受载，其长度为。纤维长度小于Lc，复合
材料破坏时，纤维应力达不到极限值，故不能充分发挥纤维的增强作用。只有当
纤维长度L>Lc时，复合材料中的纤维才有可能发生拉断破坏，即；对于LLc，
复合材料破坏时，纤维被拉断；当纤维长度L
图2.3不同长度纤维受力分布
由于荷载传递需要很强的界面粘结，因此，主要依赖于界面的粘结强度。但
纤维端部很高的剪应力会导致多种形式的破坏：
(1)界面剪切脱粘；
(2)基体的内聚破坏；
(3)纤维的内聚破坏；
(4)基体的剪切屈服。
这些破坏形式要依赖于与这些过程相关的相对破坏强度。除界面粘结强度
外，复合材料增强效果还与纤维本身的强度有关，纤维强度是限制增强效果的另
一重要因素。纤维端部的最大界面剪切力与纤维中部(纤维长度大于Lc时)的最
大拉应力之比，可由本节纤维拉伸应力与界面剪切应力公式(2.3)得到:
从以上分析可以看出短纤维复合材料中纤维均有端部效应基体应力通过界
面逐渐传递给纤维，当纤维长径比较小时，纤维的增强作用不能得到充分的发挥，
而荷载传递长度与界面屈服应力密切相关。剪切滞后法推导的式(2.3)基本上反映
了短纤维应力分布、界面剪切应力分布的规律。
3 结语
在混凝土中掺加纤维,既保留了新拌混凝土优异的工作性能，又能增加其抗
拉强度、弯曲韧性等力学性能，符合新型建筑材料的要求。纤维混凝土的应用可
减小结构构件的尺寸,从而节约材料、降低造价,更主要的是纤维混凝土增强了结
构的使用性能,大大降低了维护费和维修费,带来的综合经济效益是相当可观的。
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