【正文】 當(dāng)沿纖維方向施加外力時，纖維混凝土的應(yīng)力為基體與纖維承擔(dān)的應(yīng)力之和，即 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 21 fffmffmmfc ????????? ????? )1( （ ） 式中， fc? — 纖維混凝土的平均應(yīng)力； f? — 纖維的應(yīng)力； m? — 混凝土基體的應(yīng)力； f? — 纖維在復(fù)合材料中的體積百分比，即纖維的體積率； m? — 混凝土體積率， fm ?? ??1 。但是，如果適當(dāng)?shù)嘏湟约燃?xì)又密的抗拉力筋，便可有效地約束混凝土的塑性變形，分散混凝土的應(yīng)力集中，進(jìn)而推遲或避免混凝土裂縫的出現(xiàn)[13]。 復(fù)合材料理論 復(fù)合材料理論將由多種材料結(jié)合或混合所構(gòu)成的復(fù)合材料視 為一個多相系統(tǒng)，其性能是各個相性能的疊加。 可以看到，纖維能提高混凝土強(qiáng)度、增加混凝土韌性、高彈模纖維對混凝土的壓、彎、剪等強(qiáng)度都有提高，除此之外纖維還能改善混凝土的抗裂性 、抗疲勞性能、凍融性能等。 修補(bǔ)加固工程 鋼纖維混凝土可用于大壩壩面修補(bǔ)，路面局部修補(bǔ) 或罩面、梁、板、柱、墩的加固。 港口、海岸及近海工程 纖維混凝土由于具有特殊的抗龜裂、抗沖擊、致密性和防滲性能，能延緩海水中的氯離子對鋼筋的銹蝕，延緩海 水中硫酸鹽、鎂離子對混凝土的侵蝕，并提高建筑物抗波浪沖擊和碼頭重物沖擊的能力。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 19 大壩、水庫等水利工程 鋼纖維混凝土在水利工程中的應(yīng)用比較廣泛，主要 將其用于受高速水流作用以及受力比較復(fù)雜的部位，如溢洪道、泄水孔、有壓疏水道、消力池、閘底板和水閘、船閘、渡槽、大壩防滲面板及護(hù)坡等。 建筑結(jié)構(gòu)及預(yù)制構(gòu)件 一般應(yīng)用于房屋建筑工程、預(yù)制樁工程、框架節(jié)點、屋面防水工程、地下防水工程等工程領(lǐng)域中。 工程實例：南昆鐵路西段二號隧道，處于高烈度地震區(qū)，穿越粉砂巖及炭質(zhì)頁巖地層，巖體嚴(yán)重風(fēng)化呈破碎狀。其他典型的工程有北京四環(huán)路立交橋、京滬高速公路、上海虹橋機(jī)場高架車道、青藏公路、大足朱溪大橋、廣州解放大橋等。 道路和橋梁工程 鋼纖維混凝土應(yīng)用于道路工程，能夠充分發(fā)揮其良好的抗彎性、抗裂性、抗疲勞性、耐磨性和耐沖擊性，既可以提高路面的抗裂性、抗彎性、抗疲勞性和耐沖擊性，又可以改善路面使用性能，延長使用壽命。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 17 混雜纖維混凝土的力學(xué)性能 華東交通大學(xué)的王凱研究并討論了鋼纖維與聚丙烯纖維混雜對高性能混凝土力學(xué)性能的影響 ，研究表明 :低摻量混雜纖維在增強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度作用方面雖不是很理想(與素混凝土相比，僅提高 10%20%)，但纖維的加入，增大了混凝土受壓破壞時的延性，不會出現(xiàn)崩碎和突然的強(qiáng)度降低，而是在達(dá)到峰值后強(qiáng)度逐漸降低，使混雜纖維混凝土表現(xiàn)出延性破壞的性質(zhì)；低摻量混雜纖維在提高混凝土抗拉、抗折性能方面效果較好，起到了纖維混雜疊加增強(qiáng)作用，混凝土韌性得以增強(qiáng)；低摻量混雜纖維混凝土在抗沖擊性能方面優(yōu)于鋼纖維混凝土及其他混凝土，抗沖擊性有大幅度的提高，表現(xiàn)出超疊加效應(yīng)，并在混凝土材料初裂后呈現(xiàn)出優(yōu)越的應(yīng)變硬化行為 [8]。這兩種纖維在一定比例范圍內(nèi)混雜可以起到明顯的增強(qiáng)與增韌效果，目前研究較多的是鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維等高彈模纖維與聚丙烯纖維、乙綸、丙綸等低彈模合成纖維混雜； 例如：鋼纖維和聚丙烯纖維混雜摻入混凝土基體后，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)彈性模量較大的鋼纖維提高混凝土極限抗壓強(qiáng)度，同時低彈性模量高延性的聚丙烯纖維提高混凝土的韌性和裂后殘余應(yīng)變能力。依據(jù)這一理論，通過不同類型纖維之間的混雜，復(fù)合材料各相之間可產(chǎn)生性能互補(bǔ)、工藝互補(bǔ)、經(jīng)濟(jì)互補(bǔ)、使用效能互補(bǔ)，從而產(chǎn)生性能可靠、經(jīng)濟(jì)和社會 效益均較理想的復(fù)合材料。 通過以上分析可見，聚丙烯纖維和鋼纖維的阻裂效應(yīng)不可相互替代，因分別改善了不同時期混凝土的性能。鋼纖維的阻裂能力與纖維彈性模量、界面粘結(jié)強(qiáng)度和自身的抗拉強(qiáng)度有關(guān)。特別是在鋼纖維易受腐蝕的環(huán)境中使用聚丙烯長纖維更有意義 [28]。 聚丙烯短纖維對阻止混凝土在早齡期的塑性開裂十分有效，但由于短纖維的摻量一般較小，對于硬化混凝土韌性和抗裂性的改善 很小。試驗表明，混凝土塑性裂縫面積、裂縫最大寬度及失水速率均隨著纖維體積含量的增大而降低，說明聚丙烯短纖維有效地提高了混凝土的抗裂性能 [22]。密度為 3/mg ，抗拉強(qiáng)度 270700MPa，彈性模量為 3l0GPa，極限延伸率為 7%15%，吸濕性小，化學(xué)穩(wěn)定性好，在混凝土的堿性環(huán)境中很穩(wěn) 定，成本低，并且耐熱性比較高 (平均熔點為 165 C0 ，最高安全使用溫度為130 C0 )，主要用于減少混凝土、砂漿的早齡期塑性收縮裂縫，限制基體中原有微裂縫擴(kuò)展并延緩新裂縫的出現(xiàn)，提高基體的變形能力，但對于混凝土的韌性并沒有明顯的改善。該結(jié)構(gòu)質(zhì)輕高強(qiáng)，已廣泛應(yīng)用于海上鉆井平臺、海上直升飛機(jī)停機(jī)坪、浮動碼頭等工程。與 SIFCON不同的是，預(yù)置于模具中的是鋼纖維網(wǎng)而不是亂向分布的鋼纖維。 （ 2）砂漿滲澆高含量鋼纖維增強(qiáng)混凝土 受施工工藝的制約，鋼纖維混凝土中的鋼纖維含量超過臨界值時， 會因纖維難于均布分布在混凝土基體中導(dǎo)致結(jié)團(tuán)，或因水泥基材難以包裹所有纖維的外表面，或因纖維帶入大量氣體而導(dǎo)致混凝土含氣量過高等原因，致使纖維混凝土的抗拉或抗彎強(qiáng)度下降。 鋼纖維混凝土的發(fā)展方向 （ 1）鋼纖維高強(qiáng)混凝土 在普通混凝土中加入鋼纖維可以提高混凝土的抗拉性能、抗彎性能、抗沖擊性能、抗疲勞性能 ,并且有較好的延性及控制裂縫的能力 ,然而其對抗壓強(qiáng)度提高的程度非常有限 ,不能有效地減小截面尺寸和自重。鋼纖維混凝土與普通混凝土相比具有一系列優(yōu) 越的物理和力學(xué)性能： （ 1）強(qiáng)度和重量比值大； （ 2）具有較高的抗拉、抗彎、抗剪和抗扭強(qiáng)度。鋼纖維混凝土中亂向分布的鋼纖維，主要作用是阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展和阻滯宏觀裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，因此對其抗拉強(qiáng)度和主要由主拉應(yīng)力控制的抗剪、抗彎強(qiáng)度等有明顯的改善作用 [6]。此后又于 19882020 以兩年一屆 的形式分別在大連、哈爾濱、武漢、南京、重慶、井岡山、濟(jì)南、鄭州、上海、大連、北京召開了多屆纖維混凝土學(xué)術(shù)會議，并于 1997 年 11 月在廣州召開了國際纖維混凝土學(xué)術(shù)會議，對纖維混凝土的研究與開發(fā)起到了的極大的促進(jìn)作用。并于 2020 年頒布了《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（ CECS38： 2020）。此后，鋼纖維混凝土的開發(fā)研究受到普遍重視。 1911年，美國的 Graham正式將鋼纖維摻合到混凝土中，并初步驗證了其優(yōu)越性。 纖維的比表面積（ Fiber Specific Surface， FSS）即單位體積的纖維混凝土中纖維的表面積，在纖維混凝土受拉力作用時，裂縫間距與裂縫寬度主要取決于 FSS， FSS 愈大，裂縫間距愈小，裂縫寬度愈窄。 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 11 （ 3）纖維在混凝土 基體中的分布和取向： 纖維在混凝土基體中的分布基本上分為三種方式：①均勻分布；②集中在復(fù)合材料關(guān)鍵受拉的部位，例如受彎構(gòu)件的受拉區(qū)；③基本均勻分布，某些關(guān)鍵部位集中分布。以纖維的彈性模量為例，纖維與水泥基材的彈性模量的比值越大，受力時纖維的變形愈小，通過纖維與水泥基材界面的剪切應(yīng)力傳遞給纖維的力的份額也愈高，也就是說纖維對復(fù)合材料受荷時做出的貢獻(xiàn)也愈大。 摻入混凝土的纖維按照其彈性模量可以分為兩類：彈性模量高于混凝土的高彈模纖維如鋼纖維、碳纖維、玻璃纖維等；彈性模量低于混凝土的低彈模纖維如聚丙烯纖維、尼龍纖維等。硬化后的自密實混凝土具有與傳統(tǒng)振搗混凝土一樣的密實、均質(zhì)的特性，不但能減輕工人的勞動強(qiáng)度，消除施工噪音減少擾民，保護(hù)環(huán)境，而且可以解決施工過程中因為漏振、過振和鋼筋密集造成的空洞、蜂窩、麻面等質(zhì)量現(xiàn)象，并且為改善和解決過密配筋、復(fù)雜形體、大體積、快速施工、水下施工以及具有特殊要求、振搗困難的工程施工條件 帶來了極大的方便。目前研究較多且較成熟的是具有高工作性和較高強(qiáng)度的自密實高性能混凝土。美歐學(xué)者重視的是混凝土硬化后的性能，特別是耐久性。高強(qiáng)混凝土采用較小的水膠比并使用了高效減水劑，大幅度減少了開放孔，提高了彈性模量和抗壓強(qiáng)度，但卻對類似裂紋的封閉孔影響甚微，即對抗拉強(qiáng)度的貢獻(xiàn)有限，因而導(dǎo)致拉壓比的下降。然而高強(qiáng)混凝土對提高構(gòu)件的抗裂性、抗彎性能和減小裂縫寬度的作用很小，但隨著強(qiáng)度的不斷提高 ,高強(qiáng)混凝土脆性增加 ,延性越來越差，其抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比僅為 6%。由于混凝土抗壓強(qiáng)度很高，受拉區(qū)開裂后，其受壓區(qū)混凝 土的抗壓強(qiáng)度并沒有得到充分利用。為克服混凝土的弱點，人們一直致力于混凝土的改性研究。而裂縫的發(fā)生為氧氣和水分的進(jìn)入創(chuàng)造了條件，使裂 縫處鋼筋局部脫鈍，使銹蝕過程得以開始，但它對銹蝕速度不起控制作用?；炷林械匿摻钿P蝕為電化學(xué)反應(yīng)，由于鋼筋中的元素分布不均勻，混凝土堿度有差異，以及裂縫處氧氣濃度增加等原因，導(dǎo)致鋼筋各部位存在電勢差，形成局部的陽極和陰極。在海岸飛濺區(qū)，受到干濕的物理作用，利于 ?Cl 和 ?24SO 的滲入，極易造成對鋼筋的銹蝕。低溫時水分因結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，反復(fù)凍融多次，就會使混凝土內(nèi)部的損傷累積達(dá)到一定程度而引起結(jié)構(gòu)破壞。因為水泥水化消耗一部分水，另一部分水被集料吸收，還有部分水被蒸發(fā)。在用水量相同時，拌合物流動性減小 ,而粘聚性和保水性相應(yīng)改善。 （ 4）水泥品種和細(xì)度：水泥品種對混凝土拌合物工作性的影響，主要體現(xiàn)在不同品種水泥的需水量不同。 （ 2）砂率：砂率是指混凝土中砂的重量占砂石總重量的百分率。待混凝土流動穩(wěn)定后，測量坍落流動度臺上的混凝土的水平流動 最大直徑 mD 及其垂直方向的直徑 rD ，并取其平均值 2/)( rm DD ? 為坍落流動度值。坍落度試驗的具體測試方法是將混凝土拌合物按規(guī)定方法裝入標(biāo)準(zhǔn)圓錐筒（無底）內(nèi)，裝滿后刮平，然后垂直向上將筒提起，此時混凝土拌合物由于自重將產(chǎn)生坍落現(xiàn)象，量出向下坍落尺寸（ mm）叫做該混凝土拌合物的坍落度，作為流動性指標(biāo)，坍落度越大表示流動性越大。 流動性是指混凝土拌合物在本身自重或施工機(jī)械振搗的作用下能產(chǎn)生流動，并均勻密實地填滿模板的性能。 立方體抗壓強(qiáng)度 cuf 具體規(guī)定方法如下：用邊長為 150mm 的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（溫度為 CC 00 320 ? ，溫度在 %90 以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中）養(yǎng)護(hù) 28 天，并用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（加載速度 C30 以下控制在 smmN // 2? 范圍， C30 以上控制在smmN // 2? 范圍 ，兩端不涂潤滑劑）測得的具有 %95 保證率的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號 C 表示，如 C30 表示 kcuf, = 2/30 mmN 。本試驗參照梁式構(gòu)件的 RILEM 彎曲韌性試驗方法，通過不同纖維類型、不同纖維摻量的纖維混凝土板（ 600 mm 600 mm 100mm）的彎曲韌性試驗，總結(jié)出了纖維對混凝土基體增強(qiáng)增韌作用的部分規(guī)律。 韌性是衡量纖維混凝土開裂后承載性能的重要指標(biāo) , 也是纖維混凝土較之素混凝土的優(yōu)點體現(xiàn)之一。韌性可定義為材料或結(jié)構(gòu)從開始出現(xiàn)裂縫到失效為止吸收能量的能力。 關(guān)鍵詞： 纖維；纖維混凝土板；彎曲韌性 纖維混凝土板抗彎性能的試驗研究 II Investigation on the Flexural Performance of Fiber Reinforced Concrete Plates Abstract Concrete has many outstanding adva1ntages, such as high pressive strength, easy available raw materials, low energy consumption, relatively cheap and easy to shape, relatively simple for construction, high durability and so on. However, the tensile strength of concrete is really very low, and as the strength increased, the brittleness of concrete increased significantly. So when loaded, the concrete often shows brittle fracture with no obvious signs. That influenced the practical engineering application of concrete greatly. The fibers blended into concrete can significantly improve the tensile strength of concrete. Through resisting the emergence and development of the internal microcracks in concrete, fibers can improve the crack resistance and the toughness of concrete. The toughness is an important