钢纤维掺入对混凝土管片局部力学性能的改善.
《磷石膏与钢纤维混掺对混凝土性能的影响研究》
《磷石膏与钢纤维混掺对混凝土性能的影响研究》一、引言随着建筑行业的快速发展，混凝土作为一种重要的建筑材料，其性能的优化和改良一直是科研工作的重点。
近年来，磷石膏和钢纤维的混掺技术在混凝土中得到了广泛的应用，旨在提升混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能。
本文将对磷石膏与钢纤维混掺对混凝土性能的影响进行研究分析，为实际工程提供理论支持。
二、材料与方法1. 材料准备实验所用的材料包括普通水泥、磷石膏、钢纤维及砂石等骨料。
其中，磷石膏作为掺合料，钢纤维作为增强材料。
2. 实验方法（1）制备不同配比的混凝土试样，包括磷石膏与钢纤维的掺入比例。
（2）对混凝土试样进行工作性能测试，如坍落度、扩展度等。
（3）进行力学性能测试，包括抗压强度、抗折强度等。
（4）耐久性能测试，包括抗渗性、抗冻性等。
三、磷石膏与钢纤维混掺对混凝土性能的影响1. 工作性能实验结果表明，磷石膏的掺入可以改善混凝土的工作性能，提高坍落度和扩展度。
而钢纤维的加入则能进一步提高混凝土的工作性能，使混凝土更加均匀、密实。
当磷石膏与钢纤维混掺时，二者协同作用，能更有效地改善混凝土的工作性能。
2. 力学性能磷石膏与钢纤维的混掺能显著提高混凝土的力学性能。
磷石膏的微集料效应能填充混凝土内部的孔隙，提高混凝土的密实度，从而增强其抗压强度。
而钢纤维的加入则能有效地提高混凝土的抗裂性和抗剪能力，从而提高其抗折强度。
混掺时，二者相互补充，使混凝土的力学性能得到进一步提升。
3. 耐久性能磷石膏与钢纤维的混掺对混凝土的耐久性能也有显著影响。
磷石膏的掺入能降低混凝土中的碱度，减少碱骨反应的发生，从而提高混凝土的抗渗性。
而钢纤维的加入则能提高混凝土的抗冲击性和抗冻性。
混掺时，二者共同作用，使混凝土的耐久性能得到显著提高。
四、结论通过对磷石膏与钢纤维混掺对混凝土性能的影响研究，我们发现二者混掺可以显著改善混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能。
具体而言：1. 工作性能方面：磷石膏与钢纤维的混掺能提高混凝土坍落度和扩展度，使混凝土更加均匀、密实。
混凝土中添加纤维的原理与应用
混凝土中添加纤维的原理与应用一、引言混凝土作为一种重要的建筑材料，其在建筑领域中应用广泛。
然而，传统混凝土具有脆性和易开裂的缺点，这些缺点限制了混凝土的使用范围和寿命。
为了克服这些问题，人们开始将纤维添加到混凝土中。
本文将介绍混凝土中添加纤维的原理和应用。
二、混凝土中添加纤维的原理1. 纤维的作用机理混凝土中添加纤维可以改善其力学性能和耐久性能。
纤维可以增加混凝土的抗拉强度、抗裂性能和抗冲击性能。
此外，纤维可以防止混凝土的收缩和开裂，并增加其耐久性能。
2. 纤维的种类在混凝土中添加纤维的种类较多，包括钢纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、碳纤维等。
不同的纤维具有不同的作用机理和应用范围。
三、混凝土中添加纤维的应用1. 钢纤维混凝土钢纤维混凝土是一种常见的纤维混凝土，主要应用于工业和商业建筑的地面、停车场、机场跑道等场合。
钢纤维混凝土具有高强度和高耐久性，能够承受重载和冲击载荷。
此外，钢纤维混凝土还可以提高施工效率，降低施工成本。
2. 玻璃纤维混凝土玻璃纤维混凝土是一种轻质高强度的混凝土，主要应用于建筑物的外墙、天花板、隔墙等部位。
玻璃纤维混凝土具有防火、防水、耐候性能好等优点，可以满足建筑物对高强度、轻质、耐久性的要求。
3. 聚丙烯纤维混凝土聚丙烯纤维混凝土是一种新型的纤维混凝土，主要应用于隧道、地下工程、桥梁等场合。
聚丙烯纤维混凝土具有耐久性好、耐腐蚀、抗渗透等优点，可以提高工程的耐久性和安全性。
4. 碳纤维混凝土碳纤维混凝土是一种高强度、轻质的混凝土，主要应用于高层建筑、桥梁、隧道等场合。
碳纤维混凝土具有抗拉强度高、耐久性好等优点，可以提高工程的抗震性和耐久性。
四、混凝土中添加纤维的注意事项1. 添加纤维的比例和长度应该控制在一定范围内，过多或过长的纤维会影响混凝土的性能。
2. 不同种类的纤维应该按照不同的比例添加，以保证混凝土的性能。
3. 在混凝土中添加纤维之前，应该进行充分的试验和研究，以确定最佳的添加比例和方法。
钢纤维对混凝土强度的影响分析_热依汗古丽_苏拉依曼
文章编号：1005－0574－（2014）03－0052－02钢纤维对混凝土强度的影响分析热依汗古丽·苏拉依曼（新疆筑路机械厂公路工程处，新疆乌鲁木齐830021）摘要：通过室内试验，研究了钢纤维掺量对混凝土28d抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和折压比的影响。
试验结果表明，在混凝土中加入钢纤维可以提高混凝土强度，改善混凝土弯曲韧性；但钢纤维掺量并不是越多越好，当钢纤维掺量为1.5%时混凝土的强度最大，弯曲韧性最优。
关键词：钢纤维；混凝土强度；弯曲韧性中图分类号：TU528.572文献标识码：B近年来，混凝土以其自身优越的性能在建筑、公路桥梁、大坝等土木工程中得到了广泛的利用；但是混凝土也有脆性大、抗弯拉强度低等缺点，在利用混凝土时如何提高其韧性成为人们关注的焦点。
有研究表明［1－2］，在混凝土中加入钢纤维制成钢纤维混凝土，可以使混凝土的脆性大幅降低，同时使混凝土具有较高的抗拉强度、抗剪强度和抗冲击性能，但应注意钢纤维的掺量问题，如果为了改善混凝土的脆性无限增大钢纤维掺量在经济上并不科学。
本文通过试验，分析了钢纤维掺量对混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和折压比的影响，得出钢纤维的最优掺量。
1原材料和试验方法1.1原材料水泥选用河南同力水泥股份有限公司生产的P.O42.5水泥，各项技术指标均能满足规范要求；细集料采用普通中砂；粗集料选用标准碎石，各项技术指标符合相关要求；外加剂选用聚羧酸系减水剂；钢纤维选自重庆富祥金属纤维有限公司，具有良好的力学性能。
混凝土配合比见表1。
表1混凝土配合比水泥用量/kg·m－3净用水量/kg·m－3细集料/kg·m－3粗集料/kg·m－3水灰比/%砂率/%减水剂/%5202087965090.445 3.541.2试验方法对不同钢纤维掺量的混凝土，均按GB/T0553－2005测定抗压强度和抗折强度，试件尺寸分别采用150mmˑ150mmˑ150mm和150mmˑ150mmˑ550mm的标准规格试件；按GB/T0560－2005测定劈裂抗拉强度。
混凝土中添加纤维对抗压性能的影响
混凝土中添加纤维对抗压性能的影响一、研究背景混凝土作为一种重要的建筑材料，其力学性能一直是研究的热点。
传统的混凝土在受到外力作用时，容易出现裂缝的情况，这不仅会影响建筑的美观性，还会对其使用寿命产生负面影响。
因此，寻找一种能够提高混凝土抗压性能的方法成为了目前研究的重点之一。
其中，添加纤维成为了一种有效的方法。
二、纤维种类常见的混凝土添加纤维包括：钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维等。
三、纤维的影响1. 抗裂性能添加纤维可以有效地提高混凝土的抗裂性能。
钢纤维的拉伸强度和模量较高，可以有效地抵抗混凝土的拉伸裂缝，使混凝土在受到外力作用时能够保持稳定。
聚丙烯纤维的柔韧性好，能够在混凝土的微裂缝中形成纤维桥梁，增强混凝土的抗拉强度。
2. 抗压性能添加纤维还可以提高混凝土的抗压性能。
纤维的添加可以有效地增加混凝土的韧性，减少裂缝的扩展，从而提高混凝土的抗压强度。
在一些研究中，添加纤维可以提高混凝土的抗压强度约20%-30%。
3. 断裂韧度断裂韧度是评价混凝土抗拉性能的重要指标之一。
添加纤维可以显著提高混凝土的断裂韧度。
在一些研究中，添加纤维可以将混凝土的断裂韧度提高2倍以上。
4. 抗冻融性能混凝土在受到冻融循环的影响时容易出现开裂的情况。
添加纤维可以有效地提高混凝土的抗冻融性能。
在一些研究中，添加纤维可以将混凝土的抗冻融性能提高30%-50%。
四、纤维掺量纤维掺量是影响混凝土性能的重要因素之一。
在一些研究中，掺量为0.5%-2%的纤维可以有效地提高混凝土的性能。
但是，纤维掺量过高也会对混凝土的性能产生负面影响。
因此，选择合适的纤维掺量对于混凝土的性能提高至关重要。
五、结论添加纤维是一种有效的提高混凝土性能的方法。
纤维的种类、掺量对于混凝土性能的影响是显著的。
钢纤维、聚丙烯纤维等纤维的添加可以有效地提高混凝土的抗裂性能、抗压性能、断裂韧度和抗冻融性能。
在选择纤维掺量时，需要平衡性能提高和经济成本之间的关系，选择合适的纤维掺量才能最大化地提高混凝土性能。
cf35钢纤维混凝土掺入量
cf35钢纤维混凝土掺入量CF35钢纤维混凝土掺入量钢纤维混凝土是一种通过在混凝土中掺入钢纤维来提高混凝土抗裂性能和抗冲击性能的新型材料。
CF35钢纤维混凝土是指在每立方米混凝土中掺入35kg的钢纤维。
本文将从不同角度来探讨CF35钢纤维混凝土的掺入量对混凝土性能的影响。
钢纤维的掺入量直接影响到混凝土的抗拉强度。
研究表明，随着钢纤维掺入量的增加，混凝土的抗拉强度也会相应提高。
这是因为钢纤维能够有效地分散在混凝土中，并形成一个连续的三维网状结构，从而增加了混凝土的抗拉能力。
然而，当钢纤维掺入量过高时，钢纤维之间的相互作用会增强，导致混凝土内部出现集聚现象，从而降低了混凝土的抗拉强度。
钢纤维的掺入量还会对混凝土的抗冲击性能产生影响。
研究表明，适量的钢纤维掺入可以有效地改善混凝土的抗冲击性能。
钢纤维能够吸收和分散冲击能量，从而减少混凝土的断裂和破坏。
然而，当钢纤维掺入量过高时，钢纤维之间的相互作用会增大，导致混凝土内部出现集聚现象，从而降低了混凝土的抗冲击性能。
钢纤维的掺入量还会对混凝土的抗裂性能产生影响。
研究表明，适量的钢纤维掺入可以有效地减少混凝土的裂缝数量和裂缝宽度。
钢纤维能够通过吸收和分散应力，阻止裂缝的扩展，从而提高混凝土的抗裂性能。
然而，当钢纤维掺入量过高时，钢纤维之间的相互作用会增强，导致混凝土内部出现集聚现象，从而降低了混凝土的抗裂性能。
钢纤维的掺入量还会对混凝土的抗渗性能产生影响。
研究表明，适量的钢纤维掺入可以有效地减少混凝土的渗水量。
钢纤维能够填充混凝土中的微孔和裂缝，形成一个连续的阻水层，从而提高混凝土的抗渗性能。
然而，当钢纤维掺入量过高时，钢纤维之间的相互作用会增大，导致混凝土内部出现集聚现象，从而降低了混凝土的抗渗性能。
钢纤维的掺入量还会对混凝土的耐久性产生影响。
研究表明，适量的钢纤维掺入可以有效地提高混凝土的抗冻融性能和耐化学侵蚀性能。
钢纤维能够填充混凝土中的微孔和裂缝，阻止水分和有害物质的侵入，从而提高混凝土的耐久性。
混凝土中添加钢纤维的原理及效果
混凝土中添加钢纤维的原理及效果一、引言混凝土是建筑领域中常用的材料之一，具有优良的耐久性、抗压强度高等特点。
但是，由于混凝土在受力时易出现裂缝，影响其使用寿命和强度，因此需要采用一些措施来增强混凝土的抗裂性能。
其中，添加钢纤维是一种常用的方法。
二、钢纤维的概述钢纤维是一种由高强度钢丝拉拔而成的细长棒状材料，其直径一般在0.2mm-1.0mm之间，长度一般在20mm-60mm之间。
钢纤维具有优良的拉伸强度和弯曲强度，可以有效地增强混凝土的抗拉强度、抗弯强度和抗冲击性。
三、钢纤维在混凝土中的作用机理1.增强混凝土的抗拉强度和抗弯强度混凝土在受拉或受弯时容易出现裂缝，而钢纤维可以有效地控制裂缝的扩展。
当混凝土受拉或受弯时，钢纤维会将裂缝的两侧连接在一起，形成一个钢筋桥梁，使得混凝土的强度得以增强。
2.改善混凝土的韧性和延性钢纤维具有较高的韧性和延性，可以增加混凝土的变形能力，使其在受力时具有更好的延展性和塑性。
3.提高混凝土的抗冲击性钢纤维可以防止混凝土在受冲击时出现破碎，降低冲击力对混凝土的破坏程度。
四、钢纤维混凝土的制备方法钢纤维混凝土的制备方法包括直接加入和预制混凝土两种。
1.直接加入直接加入是将钢纤维直接添加到混凝土中进行搅拌。
这种方法适用于小型工程或需要现场加工的工程，可以提高施工效率。
2.预制混凝土预制混凝土是将钢纤维混合到混凝土中进行预制，再进行施工。
这种方法适用于大型工程或需要在工厂进行生产的工程，可以保证混凝土的质量和稳定性。
五、钢纤维混凝土的应用范围钢纤维混凝土适用于各种类型的工程，特别是在需要增强混凝土抗裂性能、提高混凝土的抗拉强度和抗弯强度、改善混凝土的韧性和延性以及提高混凝土的抗冲击性时，更加适用。
六、钢纤维混凝土的效果评价钢纤维混凝土的效果评价主要从以下几个方面进行：1. 抗裂性能：添加钢纤维后，混凝土的抗裂性能明显提高，裂缝宽度减小。
2. 抗拉强度和抗弯强度：添加钢纤维后，混凝土的抗拉强度和抗弯强度显著提高。
混凝土中掺加纤维的增强原理和效果
混凝土中掺加纤维的增强原理和效果一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，因其具有良好的耐久性和承载能力而被广泛使用。
然而，混凝土在受到外力作用时容易出现裂缝，这将对其承载能力和耐久性造成严重影响。
为了提高混凝土的性能，人们开始掺加各种材料，其中之一便是纤维。
本文将介绍混凝土中掺加纤维的增强原理和效果。
二、纤维的种类纤维是指具有一定长度和直径的细长物体。
在混凝土中掺加的纤维可以分为以下几类：1. 钢纤维：采用高强度钢丝拉拔、剪切或轧制加工而成的细长物体，具有优异的抗拉强度和韧性。
2. 碳纤维：由石墨化聚丙烯或聚酰胺等高分子材料制成的细长物体，具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等特点。
3. 玻璃纤维：由硅酸盐玻璃纤维或玻璃纤维增强塑料制成的细长物体，具有高强度、低密度、耐腐蚀等特点。
4. 天然纤维：如草木纤维、棕榈纤维、麻纤维等，具有良好的延展性和韧性。
三、纤维对混凝土性能的影响掺加纤维可以改善混凝土的性能，主要表现在以下几个方面：1. 抗裂性能：混凝土中掺加纤维可以改善其抗裂性能。
纤维可以有效地抵抗混凝土在受力时出现的裂缝，从而提高混凝土的抗裂性能。
2. 抗冲击性能：混凝土中掺加纤维可以提高其抗冲击能力。
纤维可以吸收和分散冲击力，从而减少混凝土的破坏程度。
3. 抗拉强度：混凝土中掺加纤维可以提高其抗拉强度。
纤维可以有效地增加混凝土的拉伸强度，从而提高混凝土的抗拉强度。
4. 抗压强度：混凝土中掺加纤维可以提高其抗压强度。
纤维可以增加混凝土的内部黏聚力，从而提高混凝土的抗压强度。
5. 耐久性：混凝土中掺加纤维可以提高其耐久性。
纤维可以防止混凝土在长期受潮、腐蚀和疲劳等环境中的破坏，从而延长混凝土的使用寿命。
四、纤维增强混凝土的原理纤维增强混凝土的原理主要包括以下几个方面：1. 纤维的桥接作用：纤维可以在混凝土中形成三维网状结构，从而在混凝土受到外力时桥接裂缝，防止其继续扩展。
2. 纤维的增强作用：纤维可以增加混凝土的内部黏聚力，从而提高混凝土的抗拉强度、抗压强度和抗冲击性能。
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。
混凝土中掺加纤维的原理
混凝土中掺加纤维的原理混凝土是建筑工程中常用的一种材料，它的主要成分是水泥、砂子、石子等，但是这种材料在使用过程中存在一些弊端，例如易开裂、易产生温度应力、易受震动等。
为了解决这些问题，人们开始在混凝土中掺加纤维，从而提高混凝土的性能和耐久性。
混凝土中掺加纤维的原理是利用纤维增强混凝土的强度、韧性和抗裂性。
纤维可以分为金属纤维、非金属纤维和合成纤维三种。
金属纤维主要有钢纤维、铝纤维等，非金属纤维包括玻璃纤维、膨胀石墨等，合成纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维等。
混凝土中掺加纤维的原理主要有以下几点：1. 提高混凝土的抗拉强度混凝土本身的抗拉强度很低，容易开裂和断裂，而掺加纤维可以有效地提高混凝土的抗拉强度。
当混凝土受到外力作用时，纤维会将应力分散到整个混凝土中，从而提高混凝土的抗拉强度。
2. 提高混凝土的韧性混凝土的韧性指的是混凝土在受到外力作用时的变形能力，掺加纤维可以提高混凝土的韧性。
纤维可以增加混凝土的延展性和柔韧性，从而使混凝土在受到外力作用时不易断裂。
3. 提高混凝土的抗裂性混凝土容易在受到干燥、收缩等不利因素的影响下出现裂缝，而掺加纤维可以有效地提高混凝土的抗裂性。
纤维可以填补混凝土中的微小缺陷，从而防止裂缝的出现。
4. 提高混凝土的耐久性混凝土掺加纤维可以提高混凝土的耐久性。
纤维可以延缓混凝土的老化过程，从而延长混凝土的使用寿命。
为了达到最佳的效果，混凝土中掺加纤维需要注意以下几点：1. 纤维的选择不同类型的纤维在混凝土中的作用不同，需要根据具体情况选择最合适的纤维。
例如，钢纤维适用于需要高强度的混凝土，聚丙烯纤维适用于需要耐久性的混凝土。
2. 纤维的掺加量纤维的掺加量对混凝土的性能有很大的影响，需要根据具体情况确定最佳的掺加量。
过多的纤维会影响混凝土的流动性和加工性，过少的纤维则无法发挥其增强作用。
3. 纤维的分散性纤维的分散性对混凝土的性能也有很大的影响，需要确保纤维能够均匀地分散在混凝土中。
钢纤维高强混凝土
高强混凝土比普通混凝土在抗拉`抗压`抗剪切等方面的力学性能有明显提高，使用时可减小结构的断面，降低结构自重，节省混凝土用量。
而参入钢纤维制成的钢纤维高强混凝土（SFRHSC）比高强混凝土的力学性能更好，SFRHSC 采用钢纤维拔出破坏机制增韧，理论分析和试验证明，当纤维的平均间距小于7.6mm时SFRHSC的抗拉`抗弯强度等力学性能有显著提高。
抗拉和抗压性能广州大学焦楚杰`孙伟`高培正等人通过大量试验证明，钢纤维的掺入能否提高混凝土的抗拉压强度及其提高的幅度主要取决于基体强度的高低，对普通混凝土影响不明显，对高强混凝土影响很显著，实验得出，当v(钢纤维体积率)从1％增到3％，SFRHSC立方体抗压强度较基体增长4．48％～30．54％，轴心抗压强度增长11．76％--40．57％; 劈裂抗拉强度较基体增长36．90％--113.2％.抗弯性能SFRHSC抗弯性能最能反映出钢纤维的增强、增韧效，SFRHSC抗折构件截面上，在受拉区因钢纤维的拔出或延伸，引起假塑性性状，混凝土的抗弯强度有明显提高，焦楚杰等人通过实验得出：当 v=2％和3％时，SFRHSC初裂抗弯强度分别较基体增长44．5％和72．2％，最大抗弯强度增长79.0％和134．8％。
抗剪性能SFRHSC具有优异的抗剪性能，东南大学蒋金洋等曾对C60的SFRHSC进行抗剪强度试验，得出在钢纤维体积率为v=1％、2％、3％时，相应的SFRHSC抗剪强度分别提高91．3％、116％、166％。
如混凝土基体采用C80高强混凝土，当v=1．5％时，SFRHSC的抗剪强度的提高可达100％以上，增强效果非常明显。
SFRHSC在抗裂`防水`防渗`抗冻`防震等方面也有突出的优点，日本钢铁俱乐部采用钢纤维混凝土做钢管桩防护层，在海水中浸泡l0年，钢纤维混凝土防蚀层完好，钢管桩表面无锈蚀仍有金属光泽，便是很好的实践证明。
究其机理，研究人员分析认为，加入钢纤维以后，其在混凝土中呈三维乱向分布且相互搭接，由于钢纤维的桥接和阻裂作用，减轻了混凝土内部微缺陷的引发和发展，减小了基体内部缺陷的尺寸，降低裂纹尖端的应力集中程度，从而改善提高了钢纤维高强混凝土的各力学性能。
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华南理工大学学报(自然科学版第35卷第7期Journa l o f South C hina U niversity o f Techno l o g y
V o.l 35 N o.7 2007年7月 (N atura l Science Editi o n Jul y 2007 文章编号:1000 565X (200707 0116 06 收稿日期:2006 09 06 作者简介:莫海鸿(1955 ,男,教授,博士生导师,主要从事岩土工程和地下结构的研究.E m ai:l cvhh m o@scut .edu .cn
钢纤维掺入对混凝土管片局部力学性能的改善 莫海鸿 陈俊生 梁 松 杨医博 苏 轶 (华南理工大学建筑学院,广东广州510640 摘 要:为评价钢纤维掺入对盾构隧道混凝土管片局部力学性能的改善情况,采用通用有限元软件AD I N A,分别对盾构隧道钢纤维混凝土管片在千斤顶顶力作用及管片接头在正常运营阶段的开裂荷载、应力分布及裂缝分布进行了三维有限元数值试验.结果表明:掺入钢纤维能有效改善管片表面、手孔和螺栓孔部位的局部力学性能;钢纤维混凝土管片的初裂荷载比普通混凝土管片提高13 3%~22 7%,说明管片的抗裂性能有较大提高.关键词:钢纤维;混凝土;盾构隧道;管片;力学性能中图分类号:U 455 文献标识码:A 盾构隧道管片在运输、安装及正常运营过程中出现的局部开裂、破损或裂缝等问题,都会使管片结构的整体性被破坏、发生渗漏和腐蚀现象,对隧道结构的安全性和耐久性产生不利影响
[1 2] .从文献[2] 的研究成果可知,钢筋混凝土管片的破损大多发生在管片表层,并没有深入管片内部.当管片出现裂缝时,钢筋的应力仍处于较低的水平.
从文献[3]对管片局部破损产生机理的讨论可知,管片表面混凝土在各种施工作用荷载下产生较大的拉应变是当前钢筋混凝土管片破损的主要原因.钢纤维掺入能明显提高混凝土的抗折、抗拉和抗冲击能力
[4] .因此,在钢筋混凝土管片中掺入钢纤 维,可望能改善混凝土管片素混凝土保护层的局部力学性能,降低损坏率,提高管片的抗裂性能.国外已有应用钢纤维混凝土制造管片的成功实例
[5 6] . 在国内,尽管钢纤维混凝土材料的研究与应用已相当成熟,但钢纤维混凝土材料在盾构隧道管片中的应用仍处于起步阶段,仅在广州进行了钢纤维混凝土管片的材料试验
[7] ,在上海轨道交通M 6号线建 立了钢纤维少筋混凝土管片试验段,但缺乏完整、可 靠的试验数据及资料 [8] . 本研究在前人研究的基础上,以广州地铁盾构隧道管片为对象,利用通用有限元软件AD I N A,采用简化的钢纤维混凝土计算方法,探讨钢纤维的加入对混凝土管片局部力学性能的改善,以期为后续的钢纤维混凝土管片试验提供参考,也为钢纤维混凝土管片在实际工程中的应用提供依据.
1 钢纤维混凝土简化计算方法 1.1 简化计算方法的理论基础 从已有的研究成果可知,钢纤维混凝土的本构特征决定于基体混凝土的性质,钢纤维的掺入并没有显著地改变钢纤维混凝土的宏观变形、损伤和破坏的本质特征.因此,只需将普通混凝土本构的参数进行修改就可以采用已有的混凝土本构模型来描述钢纤维混凝土的本构行为
[4] . 1.2 混凝土本构模型 AD I N A 软件的混凝土模型有三个基本特性 [9] : 利用非线性应力-应变关系反映材料在上升压应力下的软化特性; 用破坏包络线定义材料在拉应力下开裂及压应力下压碎的特性;!能模拟材料在开裂及压碎后的特性.典型的单轴应力-应变关系曲线如图1所示,只需要在钢纤维混凝土计算中按照文献[5]所述的简化方法,根据 f (钢纤维体积
率、l f (纤维特性参数,l f = f l f /d f 修改相应的参数,就能比较准确地模拟钢纤维混凝土的力学行为
. 图1 AD I NA 中混凝土的单轴应力-应变关系F i g .1 U n i ax i a l stress stra i n re l a tion i n AD INA concrete model
c ∀最大单轴压应力; u ∀单轴极限压应力;! ∀单轴应变;! c ∀相应于 c 的单轴应变;! u ∀单轴极限应变; t ∀单轴开裂应力;! t ∀单轴开裂应变; tp ∀断裂瞬时减低后的拉应力 2 计算方法的验证 利用文献[7]中钢纤维混凝土梁三分点弯曲韧性试验结果,对比有限元简化计算方法的结果与试验数据,以验证简化计算方法的可靠性.
2.1 试验方法及材料参数 文献[7]中试验所用设备为美国MTS 公司的Flex ET 伺服液压万能试验机,试件尺寸为150mm #150mm #500mm,支座距离为450mm.有限元计算所用模型如图2所示
. 图2 三分点弯曲韧性试验数值模型 F i g.2 N u m er ica lm ode l of t h ird po i n t bend i ng toughness test 本文取文献[7]其中两个试验作为计算方法及参数输入的验证: 普通素混凝土梁:基体混凝土为C50,立方体抗压强度60 6M Pa ; 钢纤维混凝土梁:基体混凝土为C50,钢纤维采用上海贝卡尔特-二钢公司生产的佳密克斯钢纤维,属带端钩的高强钢丝切断型钢纤维,型号为RC 80/60 BN,纤维长度为60mm,长径比为80,单根钢丝最低抗拉强度为1100MPa ,钢纤维掺量为40kg /m 3
,即体积率为0 51%,立方体抗压强度64 4M Pa ,劈裂抗拉强度为6 1M Pa .数值计算的输入参数如表1所示.
表1 三分点梁数值计算输入参数 T ab le 1 Input para m eters of nu m erical computati on o f th i rd po i nt bea m 梁类型 弹性模量/M Pa 泊松比 受拉开裂应力/M Pa 受拉软化模量/M Pa 受压开 裂应变 普通素混凝土梁 3.45#1040.2 4.025465.10.00177钢纤维混凝土梁 3.55#1040.2 5.2 4350.7 0.00180 2.2 试验与数值计算的结果对比 表2是试验结果与有限元计算结果的对比.从表中可知,利用简化方法的有限元计算结果与试验
数据的误差在9%以内,作为初步应用研究,具有一定的准确性. 表2 混凝土梁的试验结果与有限元计算结果的对比T ab l e 2 Comparison bet w een test resu lts and fi nite e le m en t
reckon i ng fo r concre te bea m 结果比较 普通素混凝土梁钢纤维混凝土梁平均极限荷载/k N A 点平均竖向位移/mm 平均极限荷载/kN A 点平均竖向位移/mm 试验值26.250.8228.770.86计算值28.200.8931.200.93误差/% 7.5 9.0 8.5 8.7 3 钢纤维混凝土管片的数值试验 3.1 管片尺寸及材料 广州地铁采用的管片外径6m,内径5 4m,管片宽度1 5m,厚度0 3m.衬砌环由1块封顶块、2块邻接块和3块标准块组成.本研究采用标准块为研究对象,标准块的圆心角72∃.钢纤维混凝土管片采用表1所示计算参数.
3.2 施工阶段局部应力分析 3.2.1 计算工况及计算模型 在施工阶段,管片环缝面承受的千斤顶顶力通常为1600kN /m [10] ,即每块传力垫承受顶力为680kN . 千斤顶顶力作用于传力垫,通过传力垫将顶力传递给管片,管片再传递给背千斤顶环缝面传力垫,从而构成完整的受力体系.当管片背千斤顶环缝面与传力垫之间存在初始间隙时,管片所传递的顶力因不同量值的千斤顶顶力及初始间隙而不同.采用接触算法在管片环缝面与传力垫之间建立接触面能真实地模拟以上情况.在实际施工和运营中,管片是通过环向螺栓连接在一起的环状结构.为模拟管片之间
117 第7期莫海鸿等:钢纤维掺入对混凝土管片局部力学性能的改善 的相互约束而不会大大增加模型的复杂程度,各用一垫块模拟与被分析管片相邻的两块管片,并利用AD I N A软件的接触分析功能模拟垫块与管片纵缝之间的相互挤压和相对错动.
管片采用三维8节点实体单元,管片的环向主钢筋利用AD I N A软件的Rebar单元模拟[9].管片在千斤顶顶力作用下的计算工况分为三种情况(见表3,并建立如图3,4所示的有限元模型.
表3 施工阶段局部应力分析的计算工况 T able3 W o rk cond iti ons of loca l stress ana lysis i n constructi on stage 工况 制作或施 工误差情况 管片边界条件千斤顶力 对应 模型 1 没有误差 管片与传力垫间紧 密接触,没有间隙 每块传力 垫680kN 图3 2 双千斤顶对 应位置处管片 存在施工误差 双千斤顶对应位置 处管片与传力垫间有 1 0mm的初始间隙 每块传力 垫680kN 图3 3