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发布时间：2020-01-06 00:00:00
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钢纤维含量对高性能混凝土断裂性能影响的 试验研究及评价分析
２０18年第2期
高性能钢纤维混凝土；钢纤维掺量；断裂韧性；力学性能
Steel fiber reinforced high performance concrete; Steel fiber content; Fracture toughness; Mechanical properties
２０18年第2期
1000-4637（2018）02-50-05
1000-4637（2018）02-50-05
河南省交通厅科技项目（2016Y2-1）；河南省教育厅项目（14A560002）；河南省博士后基金项目（169440）。
丁亚红1，马金一1，徐 平1，张长林2，薛宝贵3
1.河南理工大学土木工程学院，焦作 454003；2.河南省交通运输厅公路管理局，郑州 450000； 3.方正公路工程监理咨询公司，新乡 453000

丁亚红1，马金一1，徐 平1，张长林2，薛宝贵3

随着混凝土技术的不断发展，高性能混凝土的制备和应用日趋成熟[1-3]，但混凝土的脆性破坏及抗裂性能一直是工程建设中面临的关键问题[4]，而掺入钢纤维可以有效改善混凝土的脆性破坏及提高抗裂性能。现有研究成果表明，钢纤维可以大大改善高性能混凝土的断裂韧性和断裂能量[5-10]。Kang等所做的弯曲试验结果表明，超高性能纤维增强混凝土的弯曲拉伸强度随纤维体积比的增加呈线性增加[11]。Holschemacher等的研究表明，钢纤维混凝土在断裂过程中具有更好的延展性和更高的荷载水平[12]。赵亮平等通过对234个钢纤维混凝土试件的力学性能试验得出，钢纤维对混凝土抗压强度影响不大，但随着钢纤维体积分数的增大，混凝土的劈裂抗拉强度和弯曲韧性显著提高[13]。朱海堂等通过对24组共72个尺寸为200mm×170mm×100mm的楔形劈裂抗拉试件的断裂性能试验得出，掺入钢纤维可以有效改善高强混凝土的断裂韧性，且随着钢纤维体积率的增加，峰值荷载逐渐增加，P-CMOD曲线愈加丰满，断裂性能的提高愈加充分[14]。胡若邻等发现，随着钢纤维含量的增加，混凝土的抗压强度、抗拉强度及失稳断裂韧性均呈线性增大，而起裂断裂韧性提高不明显[15]。

　　混凝土是典型的脆性材料，其抗拉强度及抗裂性能较差，在大流动度的高性能混凝土中掺入钢纤维时一方面要保证混凝土工作性，另一方面要显著提高抗裂性能。因此，仅以混凝土抗压强度和抗折强度等一般强度指标来反映高性能钢纤维混凝土的力学性能存在明显不足。本文将在测试高性能钢纤维混凝土基本物理力学性能的基础上，通过开展高性能钢纤维混凝土单边切口梁的三点弯曲试验，分析不同钢纤维掺量对高性能混凝土断裂性能的影响规律，基于混凝土断裂韧度、有效裂纹长度并结合混凝土流动性、抗压强度、抗弯强度等基本物理力学性能综合评定钢纤维含量对高性能混凝土的影响，确定固定基质混凝土配合比条件下的最佳钢纤维掺量，以期为钢纤维混凝土综合性能评定及优化设计提供参考。

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随着混凝土技术的不断发展，高性能混凝土的制备和应用日趋成熟[1-3]，但混凝土的脆性破坏及抗裂性能一直是工程建设中面临的关键问题[4]，而掺入钢纤维可以有效改善混凝土的脆性破坏及提高抗裂性能。现有研究成果表明，钢纤维可以大大改善高性能混凝土的断裂韧性和断裂能量[5-10]。Kang等所做的弯曲试验结果表明，超高性能纤维增强混凝土的弯曲拉伸强度随纤维体积比的增加呈线性增加[11]。Holschemacher等的研究表明，钢纤维混凝土在断裂过程中具有更好的延展性和更高的荷载水平[12]。赵亮平等通过对234个钢纤维混凝土试件的力学性能试验得出，钢纤维对混凝土抗压强度影响不大，但随着钢纤维体积分数的增大，混凝土的劈裂抗拉强度和弯曲韧性显著提高[13]。朱海堂等通过对24组共72个尺寸为200mm×170mm×100mm的楔形劈裂抗拉试件的断裂性能试验得出，掺入钢纤维可以有效改善高强混凝土的断裂韧性，且随着钢纤维体积率的增加，峰值荷载逐渐增加，P-CMOD曲线愈加丰满，断裂性能的提高愈加充分[14]。胡若邻等发现，随着钢纤维含量的增加，混凝土的抗压强度、抗拉强度及失稳断裂韧性均呈线性增大，而起裂断裂韧性提高不明显[15]。 　　混凝土是典型的脆性材料，其抗拉强度及抗裂性能较差，在大流动度的高性能混凝土中掺入钢纤维时一方面要保证混凝土工作性，另一方面要显著提高抗裂性能。因此，仅以混凝土抗压强度和抗折强度等一般强度指标来反映高性能钢纤维混凝土的力学性能存在明显不足。本文将在测试高性能钢纤维混凝土基本物理力学性能的基础上，通过开展高性能钢纤维混凝土单边切口梁的三点弯曲试验，分析不同钢纤维掺量对高性能混凝土断裂性能的影响规律，基于混凝土断裂韧度、有效裂纹长度并结合混凝土流动性、抗压强度、抗弯强度等基本物理力学性能综合评定钢纤维含量对高性能混凝土的影响，确定固定基质混凝土配合比条件下的最佳钢纤维掺量，以期为钢纤维混凝土综合性能评定及优化设计提供参考。
英文名 :
刊期 : ２０18年第2期
关键词 : 高性能钢纤维混凝土；钢纤维掺量；断裂韧性；力学性能
Key words : Steel fiber reinforced high performance concrete; Steel fiber content; Fracture toughness; Mechanical properties
刊期 : ２０18年第2期
DOI : 1000-4637（2018）02-50-05
文章编号 : 1000-4637（2018）02-50-05
基金项目 : 河南省交通厅科技项目（2016Y2-1）；河南省教育厅项目（14A560002）；河南省博士后基金项目（169440）。
作者 : 丁亚红1，马金一1，徐 平1，张长林2，薛宝贵3
单位 : 1.河南理工大学土木工程学院，焦作 454003；2.河南省交通运输厅公路管理局，郑州 450000； 3.方正公路工程监理咨询公司，新乡 453000

丁亚红1，马金一1，徐 平1，张长林2，薛宝贵3

随着混凝土技术的不断发展，高性能混凝土的制备和应用日趋成熟[1-3]，但混凝土的脆性破坏及抗裂性能一直是工程建设中面临的关键问题[4]，而掺入钢纤维可以有效改善混凝土的脆性破坏及提高抗裂性能。现有研究成果表明，钢纤维可以大大改善高性能混凝土的断裂韧性和断裂能量[5-10]。Kang等所做的弯曲试验结果表明，超高性能纤维增强混凝土的弯曲拉伸强度随纤维体积比的增加呈线性增加[11]。Holschemacher等的研究表明，钢纤维混凝土在断裂过程中具有更好的延展性和更高的荷载水平[12]。赵亮平等通过对234个钢纤维混凝土试件的力学性能试验得出，钢纤维对混凝土抗压强度影响不大，但随着钢纤维体积分数的增大，混凝土的劈裂抗拉强度和弯曲韧性显著提高[13]。朱海堂等通过对24组共72个尺寸为200mm×170mm×100mm的楔形劈裂抗拉试件的断裂性能试验得出，掺入钢纤维可以有效改善高强混凝土的断裂韧性，且随着钢纤维体积率的增加，峰值荷载逐渐增加，P-CMOD曲线愈加丰满，断裂性能的提高愈加充分[14]。胡若邻等发现，随着钢纤维含量的增加，混凝土的抗压强度、抗拉强度及失稳断裂韧性均呈线性增大，而起裂断裂韧性提高不明显[15]。

　　混凝土是典型的脆性材料，其抗拉强度及抗裂性能较差，在大流动度的高性能混凝土中掺入钢纤维时一方面要保证混凝土工作性，另一方面要显著提高抗裂性能。因此，仅以混凝土抗压强度和抗折强度等一般强度指标来反映高性能钢纤维混凝土的力学性能存在明显不足。本文将在测试高性能钢纤维混凝土基本物理力学性能的基础上，通过开展高性能钢纤维混凝土单边切口梁的三点弯曲试验，分析不同钢纤维掺量对高性能混凝土断裂性能的影响规律，基于混凝土断裂韧度、有效裂纹长度并结合混凝土流动性、抗压强度、抗弯强度等基本物理力学性能综合评定钢纤维含量对高性能混凝土的影响，确定固定基质混凝土配合比条件下的最佳钢纤维掺量，以期为钢纤维混凝土综合性能评定及优化设计提供参考。

摘要
参数
结论
参考文献
引用本文
摘   要：为研究不同掺量钢纤维对高性能混凝土断裂韧度的影响，对高性能纤维混凝土单边切口梁进行了三点弯曲试验，共进行了三组不同掺量的钢纤维混凝土单边切口试件的断裂试验及混凝土基本物理力学性能试验，并根据双K断裂准则进行韧度计算。结果表明，钢纤维的掺量是影响高性能混凝土断裂韧度的一个重要影响因素。高性能混凝土的断裂韧度随着钢纤维掺量的增加而提高，其中，钢纤维掺量为2%和4% 的混凝土，其断裂韧度平均值分别是不掺量混凝土的9.5倍和10.6倍。在固定基质混凝土配合比条件下，钢纤维掺量为2%时，高性能混凝土的抗压强度、抗弯强度、流动性、以及断裂韧度等性能综合最优。
      Abstract: In order to study the effect of steel fiber content on the fracture toughness of high performance concrete, three-point bending tests of single edge notched beams made of steel fiber reinforced high performance concrete(SFHPC) were performed. The basic physical parameters of concrete were obtained by experiments. Meanwhile, fracture toughness of high performance concrete with different steel fiber content were determined by three-point bending tests and double-K fracture criterion. The results show that the content of steel fiber is an important factor that influences the fracture toughness of high performance concrete. The fracture toughness of high performance concrete increases with the increasing of steel fiber content, and the average fracture toughness of concrete with steel fiber content of 2% and 4% is 9.5 and 10.6 times to the content of 0 respectively. In the fixed matrix concrete mix ratio conditions, the compressive strength, fluidity, and fracture toughness of high performance concrete are optimized with the steel fiber content of 2%.
关键词:
高性能钢纤维混凝土；钢纤维掺量；断裂韧性；力学性能
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（1）混凝土单边切口梁的3点弯曲试验表明，钢纤维的加入可以有效提高高性能混凝土的断裂韧性，并且在0~4%范围内，随着钢纤维掺量的增加，混凝土的断裂韧性得到显著改善，钢纤维掺量为2%和4%的混凝土断裂韧度平均值分别是不掺量钢纤维混凝土的9.5倍和10.6倍。
（2）在0~4%范围内，随着钢纤维掺量的增加，试件的最大破坏荷载、破坏挠度以及裂缝嘴张开位移逐渐增加，P-S曲线和P-CMOD曲线越来越圆滑、饱满，断裂能随纤维掺量的增加而增长。
（3）在0~4%范围内，随着钢纤维掺量的增加，混凝土的抗弯强度逐渐增加，但抗压强度及流动性都有下降趋势，有效裂缝长度先增加后减小。
（4）结合单边切口梁3点弯曲断裂韧度的评定可知，在固定基质混凝土配合比条件下，钢纤维掺量为2%时，钢纤维高性能混凝土各项性能到达最优。
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