【正文】 。 纖維混凝土的抗拉性能 纖維混凝土直接抗拉強度的確定存在較大的難度，一般用試驗操作較容易的劈拉強度代替。試驗證明：鋼纖維對混凝土的劈拉強度的影響非常顯著。而且振搗方式對纖維混凝土也有影響，外部振搗混凝土的劈拉強度高于振搗棒振搗后的纖維混凝土劈拉強度[22]。 高丹盈等[23]在《鋼纖維混凝上試驗方法》(CECS 13 : 89)的基礎上，對劈拉試驗方法和測試裝置進行了適當改進，測定了纖維(鋼纖維和聚丙烯纖維)高強混凝上的劈裂抗拉強度和變形性能。試驗表明鋼纖維類型是影響高強混凝土劈拉強度的重要因素。鋼纖維外形和長徑比的改變，影響鋼纖維與高強混凝上粘結性能，從而影響鋼纖維高強混凝上的劈拉強度。劈拉強度尺寸效應對高強混凝上的影響較普通混凝上明顯。隨鋼纖維摻量的增大，初裂荷載、初裂撓度和極限荷載、極限撓度均有相應的提高，荷載一位移曲線下所包圍的面積增大。因此，鋼纖維的加入，提高了高強混凝上劈拉破壞的強度，改善了高強混凝上劈拉破壞的變形性能；在相同鋼纖維摻量下，不同類型的鋼纖維對高強混凝上劈拉破壞的強度和韌性的提高幅度是不同的。 纖維混凝土的抗彎性能 韌性是衡量纖維混凝土工作性能的重要指標, 也是纖維混凝土較之素混凝土的優(yōu)點體現(xiàn)之一。韌性是材料延性和強度的綜合，可定義為材料或結構從荷載開始作用到失效為止吸收能量的能力?；炷潦且环N準脆性材料，隨著強度的提高，其脆性也顯著增大。纖維的加入，改變了高強混凝土的脆性破壞特征而呈現(xiàn)較好的延性，提高了開裂后的承載能力，減小了裂縫的間距，降低了裂縫的寬度，顯著提高混凝土的韌性和延性，從而有效地避免了無征兆的脆性破壞的發(fā)生。對材料韌性高低的衡量，過去多使用能量法，即采用應力應變曲線（或荷載撓度曲線）下包圍的面積表示。纖維混凝土的韌性包括壓縮韌性、彎曲韌性、剪切韌性等，目前廣泛采用彎曲韌性作為衡量纖維混凝土韌性的主要指標，因為受彎破壞是在彎、拉、壓三種受力狀態(tài)下，破壞過程更能綜合反映出纖維的增韌效果。 纖維混凝土彎曲韌性評價標準 許多國家都設立了針對纖維混凝土彎曲韌性的試驗方法和評價體系，包括：美國材料試驗學會ASTM C1018標準、中國工程建設標準協(xié)會CECS 13: 89標準、日本土木學會JSCE標準、國際材料和結構協(xié)會RILEM標準、歐盟EFNARC標準、德國纖維混凝土DBV標準等。下面我們重點介紹以下應用較為廣泛的彎曲韌性評價標準。 美國材料試驗學會標準（ASTM C1018)ASTM標準要求試驗為位移控制，一次加載時間至少為15min，跨中撓度至少應超過相對于韌性指標撓度的10%，兩點加載，荷載作用點距支座距離為梁跨度的1/3。ASTM標準提出了纖維混凝土彎曲韌性及第一條裂縫出現(xiàn)時強度的測量方法，并引入了三個評價韌性的指數(shù)： （1）梁初裂（即第一條裂縫出現(xiàn)時）的跨中撓度； （2）韌性指數(shù)I； （3）殘余強度指數(shù)R。 梁的加載方式韌性指數(shù)I根據(jù)試件第一條裂縫出現(xiàn)時的撓度及相對應的能量來確定。ASTM定義了三個韌性指數(shù)：、和，和處曲線下的面積與（即第一條裂縫出現(xiàn)時的撓度）處曲線下的面積之比，即： （） （） （） ASTM韌性指數(shù)計算示意圖 對于殘余強度指數(shù)R，ASTM引進兩個系數(shù)和，由下式計算： （） () 對理想彈塑性材料來說，R = 100，低于該值則說明材料具有相對較低的塑性性能，一般素混凝土的R值是趨近于0。ASTM標準的優(yōu)點是：（1）明確的物理意義，能夠確切地反映出鋼纖維混凝土的工作狀態(tài)，通過、和表征與理想彈塑性材料的偏離程度；（2）便于在實際工程中的應用，以初裂點撓度的倍數(shù)確定終點撓度，與工程常用的延性比類似，選用，和等位置為特征點與設計實情相近；（3）能夠在一定程度上反映纖維體積率及混凝土基體特性對鋼纖維混凝土韌性的改善程度；（4）不受試件形狀、尺寸的影響，可用用來計算不同試件尺寸和不同性能的鋼纖維混凝土。 但是ASTM標準也存在明顯的不足之處[21]： （1）韌性指數(shù)I和殘余強度指數(shù)R的計算都依賴于準確地判定第一條裂縫出現(xiàn)時的值，而第一條裂縫及其相應的變形()的確定存在較大的主觀性。不僅如此，試驗加載控制模式對初裂撓度有明顯的影響，尤其當荷載接近峰值荷載時，荷載撓度曲線顫動明顯，從而使初裂點的確定變得十分困難。 （2）ASTM標準只適用于纖維摻量較高的混凝土，因為較高的纖維摻量可以確保梁在開裂時擁有較為穩(wěn)定的荷載撓度曲線，以減少對I和R的計算影響；而對于低摻量的合成纖維混凝土來說，當荷載達到峰值荷載后，裂縫迅速擴展，荷載－撓度曲線不穩(wěn)定現(xiàn)象，極大影響了I和R的準確計算。 （3）韌性指數(shù)I、殘余強度指數(shù)R與梁的截面形狀、尺寸及跨度等因素有關。若試件幾何尺寸不同，則I隨跨度及梁高的增大而減小；當梁的截面形狀、跨度不變時，I隨梁寬度的增大而增大。ASTM標準推薦的試件尺寸為100 mm100mm350mm，跨度為300 mm。（4）韌性指數(shù)I是指試件吸收能量的相對值，是一個無量綱的比值，與工程設計中常用的強度指標或承載力等無法銜接，從而給具體施工設計和質量檢測帶來不便。 中國工程建設標準協(xié)會標準(CECS 13: 89) CECS標準首先確定初裂點A，并將A點的縱坐標記為初裂荷載，橫坐標記為初裂撓度，面積記為初裂韌度。按照，和或者試驗要求的初裂撓度的倍數(shù)確定出D、F、H等點，從而求得、和。與ASTM標準類似，CECS標準定義了三個韌性指數(shù)：、可按下列公式計算： CECS13: 89彎曲韌性計算示意圖 () () () CECS標準在ASTM標準的基礎上增加了承載能力變化系數(shù)這一表征承載能力變化的指標。最后將所得結果與理想彈塑性材料的承載能力變化系數(shù)比較，評定試件的彎曲韌性； ()式中，—，； —與給定撓度對應的一組試件的平均彎曲韌度指數(shù)； —與初裂荷載對應的初裂撓度。與ASTM標準類似，CECS標準也存在確定試件初裂時刻（即第1條裂縫出現(xiàn)）的困難，因為梁承受荷載時是先產(chǎn)生微裂縫，再發(fā)展延伸成宏觀上的可見裂縫，初裂荷載和初裂撓度的確定存在較大的人為性，勢必會對韌性指數(shù)的準確計算帶來不良影響。 日本土木學會標準（Japan JSCE G552） JSCE標準引入有量綱的等效抗彎強度來衡量纖維混凝土的韌性和能量吸收能力。試驗采用三點加載，位移控制。規(guī)定梁的跨中撓度至少應達到跨度的1/150（大約3mm）,從而使能量計算達到上限。等效抗彎強度按下式計算： ()式中，—跨中撓度為時的荷載撓度曲線下的面積； 、—試件的寬度、高度及跨度。 JSCE計算示意圖 將等效抗彎強度與初裂彎拉強度的比值，定義為韌度比： ()式中，—纖維混凝土的初裂彎拉強度。 根據(jù)荷載曲線上升段出現(xiàn)明顯拐點時對應的荷載計算。與ASTM和CECS標準相比，JSCE標準有其明顯的優(yōu)點:（1）避免了對初裂點（梁出現(xiàn)第一條裂縫）及其撓度的判斷；（2）在ASTM標準中影響I、R取值的荷載—撓度曲線非穩(wěn)定區(qū)域在JSCE標準中并不存在；當纖維含量較低時荷載—撓度曲線失穩(wěn)區(qū)的面積對整條曲線的影響不大。（3）等效抗彎強度的定義帶有相應的安全系數(shù)，在計算時考慮了纖維混凝土的一些重要特性但是該標準提供的評價方式比較概括，無法精確地對比區(qū)分混凝土開裂前后彎曲性能的變化。而且跨中跨度（一般為23mm），已經(jīng)明顯超過正常使用容許撓度。 德國纖維混凝土DBV標準 DBV標準引入等效抗彎強度和變形能的概念來表述纖維混凝土的韌性及其能量吸收能力，并用和取代ASTM中的和，其中表示纖維混凝土梁所吸收的能量，表示纖維混凝土梁的等效抗彎強度。試件尺寸為150mm150mm700mm，跨度=600mm，加載方式與ASTM標準相同：兩點加載，加載點距支座距離為200mm，試驗由位移控制。 DBV標準試驗加載方式示意圖 纖維混凝土梁所吸收的能量： () 纖維混凝土梁的等效抗彎強度： ()式中，—（kN）； ，—梁的跨度、截面寬度及高度（mm）。跨中撓度為時的等效荷載與等效抗彎強度按下式計算： () ()跨中撓度為時的等效荷載與等效抗彎強度按下式計算： () ()式中，—與最大承載力對應的梁的跨中撓度（mm）； —跨中撓度； —跨中撓度； —跨中撓度為時纖維對混凝土貢獻的能量吸收值（）； —跨中撓度為時纖維對混凝土貢獻的能量吸收值（）； —跨中撓度為時的等效抗彎強度（MPa）； —跨中撓度為時的等效抗彎強度（MPa）； ，—梁的跨度、截面寬度及高度（mm）。注：，n=1, 2?！w維混凝土的能量吸收值()，n=1, 2；—混凝土開裂前混凝土貢獻的能量吸收值，對應開裂荷載點與跨中位移為(+)的連線與荷載位移曲線共同包括的面積（）。 DBV韌性指標計算示意圖與其他標準相比，DBV標準的主要優(yōu)點是：（1）DBV標準有較為實用的計算體系，不但給出了纖維混凝土靜力計算的基礎，還包括了不同齡期的纖維與混凝土的粘結、耐久性、抗?jié)B性和安全系數(shù)等的計算方法；（2），避免了確定第一條裂縫的困難。 國際材料和結構協(xié)會RILEM標準RILEM標準通過梁的荷載—撓度曲線下的面積來評價纖維混凝土開口梁的彎曲韌性，用CMOD（跨中裂縫口擴展寬度，即Crack Mouth Opening Displacement）與荷載、跨中撓度的關系研究纖維混凝土的裂縫擴展。本試驗方法可用于確定：（1）比例極限（LOP：the limit of proportionality），即荷載—撓度曲線（Load—Deflection）或荷載－裂縫口擴展寬度（Load—CMOD）曲線上對應點FL的應力作為比例極限；（2）等效抗彎強度和，分別對應跨中撓度為和，用以鑒定材料性能；（3）達到給定撓度或CMOD時的剩余彎拉強度，用以鑒定材料性能。如果試驗的目的是計算等效抗彎強度，則必須測量跨中撓度；如果僅是計算剩余抗彎強度，可在撓度和CMOD之間有選擇的進行測量。標準試驗試件為尺寸為150 mm150 mm550mm的混凝土梁試件，鋼纖維長度超過60mm，骨料最大粒徑超過32mm的混凝土不能用于制作標準試件。，其中第一部分應該是第二部分的兩倍。澆筑時，一次填料量應近似達到試件高度的90％，然后繼續(xù)加料填滿模具，抹平，同時進行振搗密實，注意應采用外部振搗器振搗密實。對于鋼纖維自密實混凝土，澆筑時應一次性填料、抹平，不需振搗密實。在混凝土澆筑后的2448小時之間拆模，然后置于溫度為177。20℃，相對濕度≥95％的環(huán)境中養(yǎng)護。 試件澆注和模具填充順序采用濕法開口，每根梁由澆筑面翻轉90176。，然后在跨中沿梁寬鋸開，開口后，在相同的養(yǎng)護條件下繼續(xù)養(yǎng)護試件至少三天。因開口造成的養(yǎng)護間斷時間不應超過3小時，所以試驗前應留出充足的準備時間，包括測量裝置和傳感器的定位，一般在試件養(yǎng)護28天時進行試驗。開口寬度不超過5mm，不開口深度為125mm177。1mm。，試件各邊尺寸偏差不超過2mm，試件相對面的總尺寸之差不應超過3mm。 梁試件的切口位置及深度因為試驗要求等速位移控制，所以要求使用能夠使試件的撓度或CMOD以恒定速率增加的儀器。為避免F—曲線或F—CMOD曲線出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)域，試驗儀器的剛度必須足夠大，試驗過程中曲線出現(xiàn)不穩(wěn)定區(qū)域的試驗必須舍棄。兩個支座及加載裝置均為直徑30mm177。1mm的鋼制輥軸，三個輥軸應能夠繞其軸線自由轉動，以避免對試件產(chǎn)生水平力。 RILEM標準試件三點加載示意圖要求測量設備能夠準確測量試件的跨中撓度，以及加載設備和支座的變形在內(nèi)的與試驗無關的變形。正常情況下位移是通過測量試件一邊的變形得出的，而且位移傳感器要求小心安置以使試件轉動最小化。測量CMOD的參考點之間的初測距離不超過40mm，建議開口位移測量系統(tǒng)沿梁試件的跨中縱軸安裝，以使試件底部和測量系統(tǒng)軸線之間的距離為5mm或更少。 RILEM標準位移測量示意圖試驗為三點加載，跨長為500mm。等速位移控制，直到給定的終點撓度，荷載與跨中撓度值連續(xù)記錄下來。當通過CMOD控制試驗時，加載速率為：在0－，CM