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谈论钢纤维混凝土的性能及其应用

    钢纤维混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrete，简写为 SFRC）是在普通混凝土中掺入
适量短钢纤维而形成的可浇筑、可喷射成型的一种新型复合材料。它是近些年来发展起来
的一种性能优良且应用广泛的复合材料。其中所掺的钢纤维是用钢质材料加工制成的短纤
维，常用的有：切断型钢纤维、剪切型钢纤维、铣削型钢纤维、熔抽型钢纤维等。钢纤维在
混凝土中主要是限制混凝土裂缝的扩展，从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度较普通混凝土有
显著提高，其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性有较大改善，使原本属于脆性材料的混
凝土变成具有一定塑性性能的复合材料。
　　一、钢纤维增强混凝土的基本理论
　　（一）复合力学理论复合力学理论是以连续纤维复合材料理论为基础，结合钢纤维
在混凝土中的分布特点形成的。该理论是将复合材料视为以纤维为一相，基体为另一相的
两相复合材料。
　　（二）纤维间距理论。纤维间距理论又称纤维阻裂理论，是 1963 年由 J.P.Romualdi 和
J.B.Batson 提出来的。该理论根据线弹性断裂力学理论解释纤维对裂缝发生和发展的约束
作用，认为欲增强混凝土这种本身带内部缺陷的脆性材料的抗拉强度，必须尽可能地减
少内部缺陷的尺寸，提高韧性，降低裂缝尖端的应力强度因子、减少裂缝尖端的应力集中
作用，故在裂缝处用纤维连接，受拉时跨越裂缝的纤维将荷载传递给裂缝的上下表面，
使裂缝处材料仍能继续承载，这样，因裂缝的出现孔边应力集中程度就缓和，随着桥接
裂缝纤维数目的增多，纤维间距越小，缓和裂缝尖端应力集中程度越大，对裂缝尖端产
生的反向应力场也越大，当纤维数量增加到密布于裂缝时，应力集中就会消失，进一步
表明纤维的阻裂效应，即在复合材料结构形成和受力破坏的过程中，有效地提高了复合
材料受力前后阻裂引发与扩展的能力，达到钢纤维对混凝土增强与增韧目的。
　　（三）界面应力传递的剪滞理论。钢纤维混凝土中钢纤维周围的水泥基体结构与自身
结构是不相同的，即在钢纤维与基体之间存在着界面层。钢纤维混凝土的性能主要取决于
混凝土基体性能、钢纤维含量以及它们之间的界面特性。假定界面是一层厚度可以忽略的
薄层，但具有一定的力学性能。当荷载作用于钢纤维混凝土时，荷载一般先施加于低弹性
的基体，然后通过纤维-基体的界面，把一部分荷载传递给高弹模的纤维，使纤维和基体
共同承担荷载，从而起到增强的作用。
　　二、钢纤维混凝土的应用
　　钢纤维混凝土作为一种新型复合材料，以其优良的抗拉、抗弯、阻裂、耐冲击、耐疲劳、
高韧性等物理力学性能，目前已被广泛应用于建筑工程、水利工程、公路桥梁工程、公路路
面和机场道面工程、铁路公程、管道工程、内河航道工程、防暴工程和维修加固工程等各个
专业领域。
　　（一）水利工程钢纤维混凝土在水利工程中的应用比较广泛，主要将其用于受高速
水流作用以及受力比较复杂的部位，如溢洪道、泄水孔、有压疏水道、消力池、闸底板和水
闸、船闸、渡槽、大坝防渗面板及护坡等。这些部位对混凝土材料自身的抗拉强度、抗剪强度
以及抗裂性能的要求都比较高，也正发挥了钢纤维混凝土的自身优势。我国在实际工程中
应用的有：三峡工程、小浪底水利枢纽工程、三门峡泄水排砂底孔等工程。以上工程都获得
了较为满意的效果，并取得了较好的经济效益。