钢纤维混凝土力学性能试验研究

谢雨霏 盛 梦 吕一帆

（南京农业大学， 江苏 南京 211800）

0 引言

将普通混凝土与随机分布的钢纤维进行混合成钢纤维混凝土可以改善普通混凝土的弱点，如拉伸强度低、在拉伸区容易开裂。钢纤维混凝土可以改善普通混凝土的拉伸、挠曲和剪切强度，并且其抗裂性、韧性、耐久性和抗冲击性得到了显着改善。为了更好地探究钢纤维混凝土力学性能的优化，为实际工程提供更多理论依据，本文在试验研究的基础上，探究不同掺入量下的钢纤维混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度的变化。

1 原材料及配合比

试验所用水泥为M32.5砌筑水泥；碎石直径为5-20mm；中砂，细度模数为2.5；钢纤维波浪形钢纤维，长度约为40mm，长径比约为40；自来水。试验所用材料配比如表1所示。

表1 钢纤维混凝土试件配合比

2 试验方法

试验中，钢纤维混凝土试件尺寸为150mm×150mm×150mm的立方体。试件养护28d龄期后，使用2000KN试验机加载，加载速率为0.5MPa/s，对钢纤维混凝土进行劈裂抗拉试验和抗压试验。

3 试验结果及分析

3.1 钢纤维对混凝土抗压强度的影响

钢纤维混凝土抗压强度计算公式：

式中： fcc——钢纤维混凝土抗压强度，MPa

F——试件破坏荷载，N

A——试件承压面积，mm2。

表2 抗压试验数据

0.5% 824.48 784.08 791.38 799.98 35.55 4.27% 0.7% 855.98 777.61 823.17 818.92 36.40 6.74% 1.0% 869.9 760.81 840.94 823.88 36.62 7.38%

由表2可知，钢纤维体积掺量为0.5%-1.0%时，抗压强度随钢纤维掺量的增加而增强但加强效果不明显，抗压强度较基准混凝土仅提高了4.27%-7.38%。

根据试验数据，对不同钢纤维掺量的混凝土抗压强度与基准混凝土进行比较，用SPSS拟合得出钢纤维混凝土相对基准混凝土的抗压强度关系如图1。

图1 钢纤维掺量与抗压强度相对值关系

钢纤维混凝土抗压强度与基准混凝土抗压强度之比和钢纤维掺量的的关系式如下：

式中：fcc——钢纤维混凝土抗压强度，MPa

fc——基准混凝土抗压强度，MPa

x——钢纤维体积掺量

据上式可知，钢纤维混凝土抗压强度与基准混凝土抗压强度之比和钢纤维掺量呈三次函数的关系。当钢纤维掺量在0.8%-1.0%时，拟合曲线具有极大值，可以推出，对抗压强度而言，钢纤维的最优掺量为0.8%-1.0%；当钢纤维掺量大于1.0%时，钢纤维混凝土的抗压强度随着钢纤维掺量的增加而减小。已知基准混凝土的抗压强度以及钢纤维掺量，就可以利用上述公式求出钢纤维混凝土的抗压强度。

3.2 钢纤维对混凝土劈裂抗拉强度的影响

钢纤维混凝土劈裂抗拉强度计算公式：

式中：fts——钢纤维混凝土劈裂抗拉强度，MPa

F——试件破坏荷载，N

A——试件劈裂面面积，mm2

表3 劈裂抗拉试验数据

如表3所示，钢纤维体积掺量为0.5%-1.0%时，混凝土劈裂抗拉强度随钢纤维掺量的增加而增大。钢纤维体积掺量为0.5%-1.0%时，劈裂抗拉强度提高了15.56%-38.45%，钢纤维对混凝土劈裂抗拉强度提高较为显著。

对不同钢纤维掺量的混凝土劈裂抗拉强度与基准混凝土进行比较，用SPSS拟合得出钢纤维混凝土相对基准混凝土的劈裂抗拉强度关系如图2。

图2 钢纤维掺量与劈裂抗拉强度相对值关系

钢纤维混凝土劈裂抗拉强度与基准混凝土劈裂抗拉强度之比和钢纤维掺量的关系式如下：

式中：ffts——钢纤维混凝土劈裂抗拉强度，MPa

fts——基准混凝土劈裂抗拉强度，MPa

x——钢纤维掺量

进一步分析计算得出，对劈裂抗拉强度而言，钢纤维的最优掺量为1.3%-1.6%。已知基准混凝土的劈裂抗拉强度以及钢纤维掺量，就可以利用上述公式求出钢纤维混凝土的劈裂抗拉强度。

4 结论

（1）钢纤维对混凝土抗压强度增强效果不显著，钢纤维掺量为0.5%-1.0%时，抗压强度仅提高了4.27%-7.38%。对抗压强度而言，钢纤维的最优体积掺量为0.8%-1.0%。

（2）钢纤维对混凝土劈裂抗拉强度影响较大，钢纤维体积掺量为0.5%-1.0%时，劈裂抗拉强度较基准混凝土提高了15.56%-38.45%。对劈裂抗拉强度而言，钢纤维的最优掺量为1.3%-1.6%。