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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
1．1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。
1．2 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。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1．3 试验方法
试验按CECS13：89《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20~40mm,长径比40~120的钢纤维定为普通短钢纤维;长度为5~15mm,长径比10~30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% 、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。
2．2 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
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。
当钢纤维长径比差不多时，其外观形状对混凝土的增强、增韧效果影响很大，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，本文研究的几种普通异型钢纤维中，以凸痕形钢纤维对混凝土的增强、增韧效果最佳，异混形、波纹形次之，球痕形最差。

原作者：曹国娥欧志华刘雅军

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发布：2007-08-14 11:09 编辑：泛普软件 · xiaona [打印此页] [关闭]

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