纖維混凝土板抗彎性能的試驗(yàn)研究本科畢業(yè)論文

大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）纖維混凝土板抗彎性能的試驗(yàn)研究InvestigationontheFlexuralPerformanceofFiberReinforcedConcretePlates-PAGEII--PAGEI-摘要混凝土具有抗壓強(qiáng)度高、原材料容易獲得、成本相對(duì)低廉、易成型、施工相對(duì)簡(jiǎn)便、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，但普通混凝土抗拉強(qiáng)度低，且隨著強(qiáng)度的增大，脆性也明顯增大，在受荷時(shí)往往呈現(xiàn)出無(wú)明顯征兆的脆性破壞，極大地影響了混凝土的實(shí)際工程應(yīng)用，將纖維摻入到混凝土中能夠明顯提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，通過(guò)阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展增強(qiáng)混凝土的韌性。韌性是衡量纖維混凝土開(kāi)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(diǎn)體現(xiàn)之一。韌性可定義為材料或結(jié)構(gòu)從開(kāi)始出現(xiàn)裂縫到失效為止吸收能量的能力。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(biāo)，其破壞過(guò)程更能綜合反映出纖維的增韌效果。目前對(duì)纖維混凝土（FRC）彎曲韌性的研究主要以纖維混凝土梁（150mm×150mm×550mm）為研究對(duì)象，但是梁式模板的內(nèi)部空間狹小，影響了纖維在混凝土基體中的方向及自由分布，從而導(dǎo)致纖維混凝土試驗(yàn)梁與實(shí)際工程中纖維方向和分布存在一定程度的差異。本試驗(yàn)參照梁式構(gòu)件的RILEM彎曲韌性試驗(yàn)方法，通過(guò)不同纖維類(lèi)型、不同纖維摻量的纖維混凝土板（600mm×600mm×100mm）的彎曲韌性試驗(yàn)，總結(jié)出了纖維對(duì)混凝土基體增強(qiáng)增韌作用的部分規(guī)律。關(guān)鍵詞：纖維；纖維混凝土板；彎曲韌性-PAGE85-InvestigationontheFlexuralPerformanceofFiberReinforcedConcretePlatesAbstractConcretehasmanyoutstandingadva1ntages,suchashighcompressivestrength,easyavailablerawmaterials,lowenergyconsumption,relativelycheapandeasytoshape,relativelysimpleforconstruction,highdurabilityandsoon.However,thetensilestrengthofconcreteisreallyverylow,andasthestrengthincreased,thebrittlenessofconcreteincreasedsignificantly.Sowhenloaded,theconcreteoftenshowsbrittlefracturewithnoobvioussigns.Thatinfluencedthepracticalengineeringapplicationofconcretegreatly.Thefibersblendedintoconcretecansignificantlyimprovethetensilestrengthofconcrete.Throughresistingtheemergenceanddevelopmentoftheinternalmicro-cracksinconcrete,fiberscanimprovethecrackresistanceandthetoughnessofconcrete.Thetoughnessisanimportantindicatorfortheworkabilityoffiberreinforcedconcrete,anditisoneofadvantagesoffiberreinforcedconcreteoverplainconcrete.Toughnesscanbedefinedasthecapacityofenergyabsorptionofmaterialorstructurefromloadingtofailure.Thetoughnessoffiberreinforcedconcreteincludescompressiontoughness,flexuraltoughnessandsheartoughness,etc.Currentlyflexuraltoughnessiswidelyusedasameasureoftoughnessoffiberreinforcedconcrete.Becauseflexuralfailureishappenedunderthreekindsofloadingsincludingbending,tensionandcompression,itismuchbettertomeasuretheintegratedeffectoftoughness.Nowadaysthetraditionalmethodtoevaluatethetoughnessisbasedonthebendingbeams（150mm×150mm×550mm）.However,theformworkofthebeammayshowsomeinfluenceonthefiberorientationanddoesnotcorrespondtothefiberorientationinthepracticesuchasindustrialfloorverywell.Inordertoreducetheinfluenceoftheformworkonthefiberorientationandtosimulatetheloadingbehaviorofindustrialpanel,accordingtoRILEM:Testanddesignmethodsforsteelfiberreinforcedconcrete─Bendingtest,aseriessimplysupportedpanel（600mm×600mm×100mm）testwithdifferentfibertypesandfibercontentshasbeencarriedout.KeyWords：Fiber；FiberReinforcedPanel；FlexuralToughnessPAGE目錄1869摘要 I12266Abstract II67261混凝土 1263781.1混凝土的主要性質(zhì) 1296761.1.1強(qiáng)度 1285871.1.2工作性 1249401.1.3耐久性 4144891.2混凝土的發(fā)展 7234131.2.1鋼筋混凝土（SteelReinforcedConcrete） 7124611.2.2預(yù)應(yīng)力混凝土（Pre-stressedConcrete） 748121.2.3高強(qiáng)混凝土（HighStrengthConcrete） 7137021.2.4高性能混凝土（HighPerformanceConcrete） 8263121.2.5纖維混凝土（FiberReinforcedConcrete） 8267861.2.6自密實(shí)混凝土（Self-compactingconcrete） 9154592纖維混凝土 1098942.1纖維對(duì)混凝土基體增強(qiáng)增韌作用的影響因素 1089522.2纖維混凝土國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史 11311372.3鋼纖維混凝土（SteelFiberReinforcedConcrete） 12235402.3.1鋼纖維混凝土的優(yōu)點(diǎn)[24] 12262412.3.2鋼纖維混凝土的發(fā)展方向 13176612.4合成纖維混凝土 14141002.4.1聚丙烯短纖維（MicroPP-fiber） 14246672.4.2聚丙烯長(zhǎng)纖維（MacroPP-fiber） 15116052.4.3合成纖維與鋼纖維對(duì)混凝土基體阻裂效應(yīng)的區(qū)別 15219292.5混雜纖維混凝土（HybridFiberReinforcedConcrete） 15127532.5.1常見(jiàn)的纖維混雜模式 16217892.5.2混雜纖維混凝土的力學(xué)性能 17241582.6纖維混凝土的實(shí)際工程應(yīng)用 17230062.6.1道路和橋梁工程 1739752.6.2隧道和鐵路工程 18277152.6.3建筑結(jié)構(gòu)及預(yù)制構(gòu)件 18149332.6.4大壩、水庫(kù)等水利工程 19191972.6.5港口、海岸及近海工程 19290202.6.6修補(bǔ)加固工程 19231452.6.7軍事工程 1969672.7纖維混凝土的增強(qiáng)理論 20296012.7.1復(fù)合材料理論 20117322.7.2纖維間距理論 22146102.8纖維混凝土的開(kāi)裂機(jī)理 2374953纖維混凝土的基本力學(xué)性能 2511663.1纖維混凝土的抗壓性能 25250773.2纖維混凝土的抗拉性能 26254063.3纖維混凝土的抗彎性能 26228703.4纖維混凝土彎曲韌性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 27301803.4.1美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（ASTMC1018) 2775933.4.2中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(CECS13:89) 29633.4.3日本土木學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（JapanJSCEG552） 3151863.4.4德國(guó)纖維混凝土DBV標(biāo)準(zhǔn) 3222013.4.5國(guó)際材料和結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)RILEM標(biāo)準(zhǔn) 34121313.5纖維混凝土的抗剪性能 41124884本文主要研究?jī)?nèi)容 4219815試驗(yàn) 43317815.1試驗(yàn)概況 43212535.1.1試驗(yàn)材料 4346795.1.2試驗(yàn)方案 44103195.1.3新拌混凝土的工作度 48195835.1.4新拌混凝土的含氣量 49184345.1.5立方體28天抗壓強(qiáng)度 5031885.2試驗(yàn)結(jié)果與分析 5132305.2.1荷載-位移曲線(xiàn) 5131455.2.2荷載-CMOD曲線(xiàn) 5747995.2.3位移-CMOD曲線(xiàn) 6274665.2.4能量-位移曲線(xiàn) 67230225.2.5能量-CMOD曲線(xiàn) 72121035.2.6抗彎強(qiáng)度 77279685.2.7韌性分析 785751結(jié)論 8223012參考文獻(xiàn) 8322806致謝 851混凝土混凝土（Concrete）是由無(wú)機(jī)膠凝材料（如石灰、石膏、水泥等）和水，或有機(jī)膠凝材料（如瀝青、樹(shù)脂等）的膠狀物，與集料按照一定比例配合攪拌，并在一定溫度濕度條件下養(yǎng)護(hù)硬化而成的一種復(fù)合材料（Compositematerial）。混凝土一般由水泥、水、粗細(xì)集料組成，其中水泥與水構(gòu)成水泥漿在水泥硬化前起到潤(rùn)滑作用，在水泥硬化后起到膠結(jié)作用，骨料起到骨架填充作用，水泥與水反應(yīng)后形成堅(jiān)固的水泥石，將集料牢固地粘結(jié)成整體。1.1混凝土的主要性質(zhì)1.1.1強(qiáng)度這里所說(shuō)的強(qiáng)度通常是指抗壓強(qiáng)度，包括用來(lái)劃分混凝土強(qiáng)度等級(jí)的立方體抗壓強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)際使用的軸心抗壓強(qiáng)度。立方體抗壓強(qiáng)度具體規(guī)定方法如下：用邊長(zhǎng)為150mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下（溫度為，溫度在以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中）養(yǎng)護(hù)28天，并用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（加載速度C30以下控制在范圍，C30以上控制在范圍，兩端不涂潤(rùn)滑劑）測(cè)得的具有保證率的立方體抗壓強(qiáng)度，用符號(hào)C表示，如C30表示=。軸心抗壓強(qiáng)度采用或的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，比較接近實(shí)際構(gòu)件中的混凝土受壓情況，試件制作、養(yǎng)護(hù)和加載方法同立方體試件。1.1.2工作性工作性亦稱(chēng)和易性，是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、運(yùn)輸、澆筑、搗實(shí)）并能獲得質(zhì)量均勻和成型密實(shí)的性能。工作性是一項(xiàng)綜合的技術(shù)指標(biāo)，包括流動(dòng)性、粘聚性和保水性三方面。流動(dòng)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(dòng)，并均勻密實(shí)地填滿(mǎn)模板的性能。粘聚性是指混凝土拌合物在施工過(guò)程中其各組分之間保持一定的粘聚力，不致產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象。保水性是指混凝土拌合物在施工過(guò)程具有一定的保水能力，不產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）把混凝土拌合物的工作性統(tǒng)稱(chēng)為稠度，通常采用坍落度試驗(yàn)或維勃稠度試驗(yàn)測(cè)試混凝土的稠度。坍落度試驗(yàn)的具體測(cè)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(wú)底）內(nèi)，裝滿(mǎn)后刮平，然后垂直向上將筒提起，此時(shí)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(dòng)性指標(biāo)，坍落度越大表示流動(dòng)性越大。圖1.1坍落度試驗(yàn)針對(duì)流動(dòng)性較大的混凝土，常采用坍落流動(dòng)度試驗(yàn)，這一方法主要測(cè)量混凝土在自重作用（無(wú)插搗）下自由流動(dòng)擴(kuò)展的最大范圍以及擴(kuò)展半徑達(dá)到500mm時(shí)所用時(shí)間，不僅可以檢驗(yàn)新拌混凝土的流動(dòng)性，還可觀察混凝土拌合物是否出現(xiàn)泌水及離析現(xiàn)象。具體試驗(yàn)方法是將坍落度筒置于坍落流動(dòng)度臺(tái)的中心位置，向筒中澆新拌混凝土，刮去多余的混凝土，并抹平混凝土表面。靜置時(shí)間不超過(guò)30s，然后平穩(wěn)、垂直地提起坍落度筒，記錄混凝土流動(dòng)到500mm刻度圈時(shí)所需的時(shí)間。待混凝土流動(dòng)穩(wěn)定后，測(cè)量坍落流動(dòng)度臺(tái)上的混凝土的水平流動(dòng)最大直徑及其垂直方向的直徑，并取其平均值為坍落流動(dòng)度值。圖1.2坍落流動(dòng)度測(cè)定工作性是混凝土拌合物最重要的性能，其影響因素很多，主要有單位用水量、砂率、集灰比、集料、水泥品種和細(xì)度以及外加劑、時(shí)間和溫度等。（1）單位用水量：混凝土拌合物中的水泥漿，賦予其一定的流動(dòng)性，在水泥用量不變的情況下，用水量越大，水灰比越大，混凝土聚合物流動(dòng)性越大，反之流動(dòng)性越小。流動(dòng)性過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致施工困難，不能保證混凝土的密實(shí)性；用水量過(guò)大會(huì)造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，導(dǎo)致流漿和離析現(xiàn)象，并影響混凝土的強(qiáng)度。（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。水泥砂漿在混凝土拌合物中起到潤(rùn)滑的作用。砂率過(guò)大時(shí)，集料的總表面積及空隙率都會(huì)增大，在水泥漿含量不變的情況下，相對(duì)地水泥漿顯得少了，減弱了水泥漿的潤(rùn)滑作用，使拌合物的流動(dòng)性減小；砂率過(guò)小時(shí)，不能保證粗集料之間有足夠的砂漿層，進(jìn)而降低拌合物的流動(dòng)性，且影響其粘聚性和保水性，易產(chǎn)生離析和流漿現(xiàn)象。（3）集料與集灰比：集料顆粒形狀和表面粗糙度直接影響混凝土拌合物的流動(dòng)性，形狀圓整、表面光滑，流動(dòng)性就大，反之由于使拌合物內(nèi)摩擦力增加，使其流動(dòng)性降低；級(jí)配良好的集料空隙率小，在水泥漿相同時(shí)，使包裹在集料表面的潤(rùn)滑層增加，改善其工作性；當(dāng)給定水灰比和集料時(shí)，集灰比（集料與水泥用量的比值）的減少意味著水泥量的相對(duì)增加，從而改善拌合物的工作性。（4）水泥品種和細(xì)度：水泥品種對(duì)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。但由于水泥用量在混凝土體積中所占體積相對(duì)較小，因此對(duì)拌合物工作性的影響并不顯著。常用普通硅酸鹽水泥配置的混凝土拌合物，其流動(dòng)性和保水性較好。水泥顆粒越細(xì)，用水量越大。在用水量相同時(shí)，拌合物流動(dòng)性減小,而粘聚性和保水性相應(yīng)改善。（5）外加劑與摻合料外加劑能夠使混凝土拌合物在不增加水泥用量的情況下獲得良好的工作性，增大流動(dòng)性、改善粘聚性、降低泌水性，進(jìn)而提高混凝土的耐久性。摻入粉煤灰能夠改善混凝土拌合物的流動(dòng)性。（6）時(shí)間與溫度混凝土拌合物攪拌后，隨著時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸變得干稠，流動(dòng)性減小，出現(xiàn)坍落度損失現(xiàn)象。因?yàn)樗嗨囊徊糠炙?，另一部分水被集料吸收，還有部分水被蒸發(fā)。而溫度的升高會(huì)加速水泥水化，降低混凝土拌合物的流動(dòng)性。1.1.3耐久性混凝土的耐久性，是指混凝土在設(shè)計(jì)使用年限中，在自然和人為環(huán)境的化學(xué)物理作用下，不出現(xiàn)無(wú)法接受的強(qiáng)度減小，使用功能降低和不能接受的外觀破損的能力。影響混凝土耐久性的主要因素有如下幾點(diǎn)：（1）凍融破壞：混凝土水化結(jié)硬后，內(nèi)部有很多毛細(xì)孔，在澆筑混凝土?xí)r，為得到必要的活易性，往往加入的水比水泥水化所需的水多一些，多余的水分滯留在混凝土毛細(xì)孔中。低溫時(shí)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(huì)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。防止混凝土凍融破壞的主要措施是降低水灰比，減少混凝土中的多余水分，在冬季施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，防止早期受凍，并摻入防凍劑等。（2）混凝土的碳化：水泥水化產(chǎn)生大量堿性的，在鋼筋表面形成能夠有效地保護(hù)鋼筋的氧化膜，而空氣中的氣體滲透到混凝體基體內(nèi)，與其堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土的值降低，混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，進(jìn)而造成混凝土的銹蝕的過(guò)程，成為混凝土的碳化。（3）侵蝕性介質(zhì)的腐蝕：在石化、化學(xué)、輕工、冶金及港灣工程中，化學(xué)介質(zhì)對(duì)混凝土的侵蝕很普遍，常見(jiàn)的侵蝕性介質(zhì)腐蝕有:①硫酸鹽腐蝕：硫酸鹽溶液與水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成石膏和硫鋁酸鹽，產(chǎn)生體積膨脹，造成混凝土破壞；②酸腐蝕：混凝土是一種堿性材料，遇到酸性物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；③海水腐蝕：海水中的等成分，尤其是和硫酸鎂對(duì)混凝土有極強(qiáng)的腐蝕作用。在海岸飛濺區(qū)，受到干濕的物理作用，利于和的滲入，極易造成對(duì)鋼筋的銹蝕。（4）堿集料反應(yīng)：混凝土集料中的堿性氧化物與集料中的二氧化硅成分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)生的堿-硅酸鹽凝膠，吸水后產(chǎn)生膨脹，體積可增大3-4倍，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂、剝落、強(qiáng)度降低，甚至導(dǎo)致破壞的現(xiàn)象稱(chēng)為堿集料反應(yīng)（AAR)?？刂茐A集料反應(yīng)的關(guān)鍵在于控制水泥及外加劑或摻合料中堿的含量和可溶型集料。（5）鋼筋銹蝕：鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最關(guān)鍵因素。混凝土中的鋼筋銹蝕為電化學(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(shì)差，形成局部的陽(yáng)極和陰極。圖1.3鋼筋銹蝕的電化學(xué)過(guò)程當(dāng)混凝土未被碳化時(shí)，其中的堿性物質(zhì)在鋼筋表面形成了一層致密的氧化膜，阻止了鋼筋銹蝕的電化學(xué)過(guò)程。然而，當(dāng)混凝土被碳化后，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有水分和氧氣的條件下，發(fā)生鋼筋銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)，鋼筋銹蝕產(chǎn)生的鐵銹，體積比鐵增加2-6倍，使保護(hù)層被擠裂，空氣和水分更易進(jìn)入，促進(jìn)銹蝕加速發(fā)展。圖1.4鋼筋銹蝕示意圖氧氣和水分是鋼筋銹蝕的必要條件，混凝土的碳化僅僅為鋼筋銹蝕提供了可能當(dāng)構(gòu)件使用環(huán)境干燥或完全處于水中時(shí)，鋼筋的銹蝕極為緩慢，幾乎不發(fā)生銹蝕。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(guò)程得以開(kāi)始，但它對(duì)銹蝕速度不起控制作用。防止鋼筋銹蝕最重要的措施是增加混凝土的密實(shí)性和保護(hù)層的厚度。綜上所述，提高混凝土耐久性主要從以下三個(gè)方面：（1）選擇適當(dāng)?shù)脑牧希唬?）提高混凝土的密實(shí)度：關(guān)鍵在于嚴(yán)格控制水灰比和保證足夠的水泥用量，選擇適當(dāng)?shù)募霞?jí)配和砂率，使集料最密實(shí)堆積，以及采用適當(dāng)?shù)氖┕すに嚕鐢嚢杈鶆?、合理澆注、振搗密實(shí)、養(yǎng)護(hù)等，在配料中加入減水劑等均可提高混凝土密實(shí)度；（3）改善混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)。1.2混凝土的發(fā)展混凝土具有抗壓強(qiáng)度高、原材料容易獲得、耗能低、成本相對(duì)低廉、易成型、施工相對(duì)簡(jiǎn)便、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，但混凝土材料本身存在抗拉強(qiáng)度低、韌性差等固有弱點(diǎn)依然限制其優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。為克服混凝土的弱點(diǎn)，人們一直致力于混凝土的改性研究。自混凝土問(wèn)世至今，已經(jīng)經(jīng)歷了多次飛躍性的發(fā)展[1]：1.2.1鋼筋混凝土（SteelReinforcedConcrete）相較混凝土而言，鋼筋的抗拉強(qiáng)度非常高，一般在200MPa以上。由于鋼筋與混凝土有著近似相同的線(xiàn)膨脹系數(shù)，鋼筋與混凝土之間有良好的粘結(jié)力，而且混凝土中的氫氧化鈣提供的堿性環(huán)境，在鋼筋表面形成了一層鈍化保護(hù)膜，使鋼筋相對(duì)于中性與酸性環(huán)境下更不易腐蝕，所以鋼筋與混凝土可以共同工作。鋼筋的高抗拉強(qiáng)度彌補(bǔ)混凝土抗拉強(qiáng)度低的弱點(diǎn)，混凝土則對(duì)鋼筋起到保護(hù)的作用，同時(shí)發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)勢(shì)，極大地?cái)U(kuò)展了混凝土的工程使用范圍；1.2.2預(yù)應(yīng)力混凝土（Pre-stressedConcrete）為了擴(kuò)大鋼筋混凝土和高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用范圍，必須解決混凝土過(guò)早開(kāi)裂的問(wèn)題。由于混凝土抗壓強(qiáng)度很高，受拉區(qū)開(kāi)裂后，其受壓區(qū)混凝土的抗壓強(qiáng)度并沒(méi)有得到充分利用。如果在構(gòu)件使用前，通過(guò)預(yù)加外力，使受拉區(qū)預(yù)先產(chǎn)生壓應(yīng)力，以抵消或減少外荷產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這樣就可以利用混凝土構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度來(lái)彌補(bǔ)混凝土抗拉強(qiáng)度不足的缺陷，以達(dá)到防止受拉區(qū)混凝土過(guò)早開(kāi)裂的問(wèn)題，從而提高截面抗彎剛度和減小裂縫寬度，甚至可以做到在使用荷載下不出現(xiàn)裂縫，預(yù)應(yīng)力混凝土便應(yīng)運(yùn)而生。預(yù)應(yīng)力混凝土進(jìn)一步強(qiáng)化了鋼筋與混凝土兩種材料的利用效率，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)向輕質(zhì)、高強(qiáng)、高抗裂方向發(fā)展，促進(jìn)了橋梁等大跨度結(jié)構(gòu)的發(fā)展，以及高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用。1.2.3高強(qiáng)混凝土（HighStrengthConcrete）根據(jù)《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS104:99),將強(qiáng)度等級(jí)大于等于C50的混凝土稱(chēng)為高強(qiáng)混凝土。然而高強(qiáng)混凝土對(duì)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(lái)越差，其抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比僅為6%。當(dāng)混凝土強(qiáng)度超過(guò)100MPa后，材質(zhì)將變得非常脆，在軸壓作用下幾乎不存在應(yīng)變軟化性能，呈突然性爆裂破壞，嚴(yán)重限制了高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用。高強(qiáng)混凝土脆性的增大源于其微觀結(jié)構(gòu)的改變，眾所周知，在水泥漿體中存在兩類(lèi)獨(dú)立的孔隙：一種為無(wú)長(zhǎng)度但有體積的開(kāi)放孔；另一類(lèi)為無(wú)體積但有長(zhǎng)度的封閉孔。前者影響混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量，而后者決定混凝土的斷裂應(yīng)力，如抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。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(kāi)放孔，提高了彈性模量和抗壓強(qiáng)度，但卻對(duì)類(lèi)似裂紋的封閉孔影響甚微，即對(duì)抗拉強(qiáng)度的貢獻(xiàn)有限，因而導(dǎo)致拉壓比的下降。1.2.4高性能混凝土（HighPerformanceConcrete）高性能混凝土是當(dāng)今混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要方向，目前對(duì)高性能混凝土的定義，各國(guó)專(zhuān)家意見(jiàn)不一。美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(ACI)認(rèn)為滿(mǎn)足下列特殊性能和穩(wěn)定性要求的混凝土為高性能混凝土：主要包括易于澆筑、振搗不離析、早強(qiáng)、抗?jié)B性、密實(shí)性、水化溫升、韌性、體積穩(wěn)定性及惡劣環(huán)境下的較長(zhǎng)壽命。歐洲學(xué)者認(rèn)為高性能混凝土HPC是一種具有高彈性模量、高密度、抗侵蝕、低滲透的混凝土。美歐學(xué)者重視的是混凝土硬化后的性能，特別是耐久性。日本學(xué)者更重視新拌混凝土的流動(dòng)性和自密實(shí)性，他們認(rèn)為高性能混凝土是一種高填充能力的混凝土，新拌階段無(wú)需振搗便能完成澆筑，水化、硬化早期階段水化熱低、干縮小，具有足夠的強(qiáng)度和耐久性[2]。我國(guó)混凝土專(zhuān)家吳中偉院士對(duì)高性能混凝土定義如下[3]：高性能混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作，以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指針，針對(duì)不同用途要求，對(duì)下列性能有重點(diǎn)地予以保證：耐久性、施工性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性?？梢?jiàn)目前各國(guó)對(duì)高性能混凝土的定義都集中在高工作性、高耐久性和高強(qiáng)度三個(gè)方面，只是各有側(cè)重。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(shí)高性能混凝土。1.2.5纖維混凝土（FiberReinforcedConcrete）纖維混凝土是纖維增強(qiáng)混凝土的簡(jiǎn)稱(chēng)，隨著美國(guó)學(xué)者Romuldi從理論上闡述了鋼纖維的增強(qiáng)作用和增強(qiáng)機(jī)理，極大地促進(jìn)了纖維混凝土的研究和實(shí)際應(yīng)用，人們逐漸意識(shí)到采用纖維增強(qiáng)混凝土可以大大提高混凝土的抗拉強(qiáng)度、變形能力。普通混凝土抗拉強(qiáng)度低，且隨著強(qiáng)度的增大，脆性也明顯增大，在受荷時(shí)往往呈現(xiàn)出無(wú)明顯征兆的脆性破壞，將纖維摻入到混凝土中能夠明顯提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，通過(guò)阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展增強(qiáng)混凝土的韌性[4]。1.2.6自密實(shí)混凝土（Self-compactingconcrete）自密實(shí)混凝土作為高性能混凝土的一種，是通過(guò)對(duì)外加劑、凝膠材料、粗細(xì)骨料的選擇和配合比的設(shè)計(jì)，使混凝土拌合物具有良好的工作性，不離析、不泌水，在不用或基本不用振搗的情況下，依靠自重穿過(guò)鋼筋填充模板，實(shí)現(xiàn)自流平和密實(shí)結(jié)構(gòu)的一種高性能混凝土。硬化后的自密實(shí)混凝土具有與傳統(tǒng)振搗混凝土一樣的密實(shí)、均質(zhì)的特性，不但能減輕工人的勞動(dòng)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(guò)程中因?yàn)槁┱瘛⑦^(guò)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(guò)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(lái)了極大的方便。自密實(shí)混凝土工作性主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：流動(dòng)性能、抗離析能力和鋼筋間隙的通過(guò)能力。2纖維混凝土纖維混凝土是纖維增強(qiáng)混凝土的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是以水泥凈漿、砂漿或混凝土作為基材，以非連續(xù)的短纖維或連續(xù)的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)材所組成的水泥基復(fù)合材料的總稱(chēng)[4]。普通混凝土抗拉強(qiáng)度低，且隨著強(qiáng)度的增大，脆性也明顯增大，在受荷時(shí)往往呈現(xiàn)出無(wú)明顯征兆的脆性破壞，將纖維摻入到混凝土中能夠明顯提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，通過(guò)阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展增強(qiáng)混凝土的韌性。摻入混凝土的纖維按照其彈性模量可以分為兩類(lèi)：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。目前研究較多的是鋼纖維混凝土和聚丙烯纖維混凝土。摻入混凝土的纖維按照材料性質(zhì)的不同可以分為以下三類(lèi)：（1）金屬纖維，如鋼纖維、不銹鋼纖維；（2）無(wú)機(jī)纖維，主要有天然礦物纖維（如石棉纖維）和人造礦物纖維（如玻璃纖維、碳纖維）；（3）有機(jī)纖維，主要有合成纖維（如聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯腈纖維）和植物纖維（如竹纖維、麻纖維）。2.1纖維對(duì)混凝土基體增強(qiáng)增韌作用的影響因素纖維對(duì)混凝土基體的增強(qiáng)作用主要受以下幾個(gè)因素影響[5]：（1）纖維自身的力學(xué)性能：主要包括纖維的抗拉強(qiáng)度，纖維的彈性模量以及纖維的極限延伸率。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(shí)纖維的變形愈小，通過(guò)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(shuō)纖維對(duì)復(fù)合材料受荷時(shí)做出的貢獻(xiàn)也愈大。（2）纖維的幾何特征：主要包括纖維的集束狀況（單絲、束狀、膜裂等），纖維的長(zhǎng)度，纖維的長(zhǎng)徑比（長(zhǎng)度與直徑之比），纖維的截面形狀（圓形、矩形等），纖維的表面特性（光滑、粗糙）等。對(duì)于纖維長(zhǎng)度，為使短纖維的強(qiáng)度被充分利用，其長(zhǎng)度必須超過(guò)一定的臨界值，否則在纖維混凝土受拉或受彎達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，短纖維只限于由混凝土基體中拔出，而不能拉斷。鋼纖維的長(zhǎng)徑比越大，其增強(qiáng)效果越好，但長(zhǎng)徑比過(guò)大的鋼纖維會(huì)帶來(lái)攪拌的困難并且容易發(fā)生彎折，因此實(shí)際使用的鋼纖維長(zhǎng)徑比一般在40-80之間。（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。纖維在混凝土基體中的取向基本上分為四種:①一維定向，全部纖維沿一個(gè)方向排列；②二維定向，全部纖維在平面內(nèi)按規(guī)定的兩個(gè)方向排列；③二維亂向，全部纖維在平面內(nèi)任意排列；④三維亂向，全部纖維在空間內(nèi)任意排列。在纖維混凝土中纖維的取向?qū)奢d作用下纖維的利用效率有很大影響，纖維的取向愈接近外力的方向，纖維的利用效率就愈高。（4）纖維摻量，纖維的比表面積，纖維的平均間距，單位體積中纖維的根數(shù)：纖維摻量過(guò)大時(shí)，會(huì)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(guò)高等原因，致使纖維混凝土的抗拉或抗彎強(qiáng)度下降。纖維的比表面積（FiberSpecificSurface，F(xiàn)SS）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(shí)，裂縫間距與裂縫寬度主要取決于FSS，F(xiàn)SS愈大，裂縫間距愈小，裂縫寬度愈窄。（5）纖維與水泥基材之間界面層的微觀結(jié)構(gòu)及二者之間的界面粘結(jié)特性：纖維與水泥基材之間存在界面層主要是由于在纖維混凝土成型硬化的過(guò)程中，纖維與水泥砂漿之間不可避免地產(chǎn)生水膜層。為此應(yīng)盡可能減薄此界面層，從而提高纖維與水泥基材的界面粘結(jié)強(qiáng)度。2.2纖維混凝土國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史國(guó)外近代關(guān)于纖維混凝土的理論研究始于1910年，由美國(guó)的H.F.Porter首創(chuàng)。1911年，美國(guó)的Graham正式將鋼纖維摻合到混凝土中，并初步驗(yàn)證了其優(yōu)越性。20世紀(jì)40年代，英美法德等國(guó)先后取得了一系列相關(guān)專(zhuān)利。二戰(zhàn)期間，日本曾將鋼纖維混凝土用于抗爆結(jié)構(gòu)。1963年，J.R.Romualdi和G.B.Batson從理論上闡述了鋼纖維的強(qiáng)化作用和機(jī)理，使鋼纖維混凝土從小規(guī)模實(shí)驗(yàn)探索階段躍升到大規(guī)模開(kāi)發(fā)使用階段。此后，鋼纖維混凝土的開(kāi)發(fā)研究受到普遍重視。隨著高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性的纖維混凝土在高速公路、橋梁、隧道、地鐵等工程中的廣泛應(yīng)用，其取代傳統(tǒng)鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土的趨勢(shì)愈加明顯。我國(guó)在20世紀(jì)70年代開(kāi)始了鋼纖維混凝土的研究和應(yīng)用。中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)分別于1989年12月和1992年12月批準(zhǔn)頒布了《鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法》（CECS13：89）和《鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（CECS38：92）。并于2004年頒布了《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS38：2004）。這些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)為統(tǒng)一我國(guó)鋼纖維混凝土試驗(yàn)方法，推動(dòng)規(guī)范鋼纖維混凝土的研究和工程應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，為了更好地推動(dòng)纖維混凝土的發(fā)展，在中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)下專(zhuān)門(mén)設(shè)立了纖維混凝土委員會(huì)，并成立了纖維混凝土技術(shù)情報(bào)網(wǎng)，出版了《纖維混凝土技術(shù)簡(jiǎn)訊》。中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)纖維混凝土委員會(huì)于1986年在大連召開(kāi)了第一屆全國(guó)纖維混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議。此后又于1988-2008以?xún)赡暌粚玫男问椒謩e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(kāi)了多屆纖維混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議，并于1997年11月在廣州召開(kāi)了國(guó)際纖維混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議，對(duì)纖維混凝土的研究與開(kāi)發(fā)起到了的極大的促進(jìn)作用。盡管各種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料品類(lèi)繁多，各具特點(diǎn)，但目前應(yīng)用最廣、技術(shù)上最成熟、基本性能理解最深、商業(yè)化程度最高的還是鋼纖維混凝土。2.3鋼纖維混凝土（SteelFiberReinforcedConcrete）鋼纖維混凝土是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型復(fù)合材料，有水泥、粗細(xì)集料和隨機(jī)分布的鋼纖維組成。鋼纖維有效地阻止了裂縫擴(kuò)展，顯著提高了基體的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗沖擊耐久性，并大幅度增進(jìn)了韌性，使具有脆性特征的混凝土基體成為具有良好韌性的復(fù)合材料。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(duì)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]。2.3.1鋼纖維混凝土的優(yōu)點(diǎn)[24]鋼纖維混凝土中亂向分布的短纖維可阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展、限制宏觀裂縫發(fā)展以及提高構(gòu)件開(kāi)裂后的韌性。在受荷初期，混凝土基體與纖維共同承受外力，當(dāng)混凝土開(kāi)裂后，橫跨裂縫的纖維成為外力的主要承受者。鋼纖維的阻裂效應(yīng)體現(xiàn)在阻止硬化混凝土破壞時(shí)的裂縫擴(kuò)展上，是通過(guò)使硬化混凝土在裂后仍能保持一定的抗拉強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的，阻裂效應(yīng)作用的結(jié)果是提高了硬化混凝土的變形能力，使混凝土基材在破壞后仍保持一定的延性，因此，鋼纖維的阻裂能力和纖維彈性模量、界面粘結(jié)強(qiáng)度和自身的抗拉強(qiáng)度有關(guān)。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。在混凝土中摻入適量鋼纖維，其抗拉強(qiáng)度提高25%-50%，抗彎強(qiáng)度提高40%-80%，抗剪強(qiáng)度提高50%-100%；（3）具有卓越的抗沖擊性能。沖擊韌性指材料抵抗沖擊或震動(dòng)荷載作用的性能；（4）收縮性能明顯改善；（5）抗彎和抗疲勞性能顯著提高；（6）耐久性能顯著提高。鋼纖維混凝土除抗?jié)B性能與普通混凝土相比沒(méi)有明顯變化外，由于鋼纖維混凝土抗裂性、整體性好，因而耐凍融性、耐熱性、耐磨性、抗氣蝕性和抗腐蝕性均有顯著提高。2.3.2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(duì)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。高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度高,可以減小截面尺寸和自重,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(lái)越差，其抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比僅為6%。當(dāng)混凝土強(qiáng)度超過(guò)100MPa后，材質(zhì)將變得非常脆，在軸壓作用下幾乎不存在應(yīng)變軟化性能，呈突然性爆裂破壞，嚴(yán)重限制了高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用。鋼纖維高強(qiáng)混凝土可以發(fā)揮鋼纖維和高強(qiáng)混凝土各自的優(yōu)點(diǎn),并彌補(bǔ)彼此存在的不足。（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(guò)臨界值時(shí)，會(huì)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(guò)高等原因，致使纖維混凝土的抗拉或抗彎強(qiáng)度下降。為了解決這個(gè)問(wèn)題，砂漿滲澆鋼纖維混凝土（SlurryInfiltratedFiberConcrete，SIFCON）應(yīng)運(yùn)而生，其特點(diǎn)是先將鋼纖維亂向填滿(mǎn)于模具中，再澆注水泥凈漿或砂漿，與普通鋼纖維混凝土相比，其纖維摻量可由2%以下增至4%-20%，甚至高達(dá)27%。從而使SIFCON的強(qiáng)度和韌性成倍提高，在承受反復(fù)荷載和抗震抗爆結(jié)構(gòu)中優(yōu)越性更為顯著。與SIFCON相類(lèi)似，美國(guó)Hackman等近來(lái)研究開(kāi)發(fā)了一種砂漿滲澆鋼纖維網(wǎng)混凝土(SlurryInfiltratedMatConcrete，SIMCON)。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。試驗(yàn)表明，SIFCON的增強(qiáng)率和增韌率可分別達(dá)到SIFCON的219-411倍和215-613倍。（3）鋼纖維鋼絲網(wǎng)水泥復(fù)合結(jié)構(gòu)亂向分布的鋼纖維摻入方向性強(qiáng)的鋼絲網(wǎng)水泥中，能夠充分發(fā)揮鋼纖維和鋼絲網(wǎng)彼此的長(zhǎng)處，提高鋼絲網(wǎng)水泥的抗裂性能。鋼絲網(wǎng)水泥的水泥用量較高，摻入鋼纖維可以防止因水泥用量較多出現(xiàn)的收縮裂縫。該結(jié)構(gòu)質(zhì)輕高強(qiáng)，已廣泛應(yīng)用于海上鉆井平臺(tái)、海上直升飛機(jī)停機(jī)坪、浮動(dòng)碼頭等工程。（4）鋼纖維鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在普通鋼筋混凝結(jié)構(gòu)中摻入鋼纖維，不但可以提高抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度，而且在使用性能如斷裂韌性、極限應(yīng)變、裂后承載和抗沖擊、抗疲勞等方面獲得顯著改善。2.4合成纖維混凝土聚丙烯纖維（PolypropyleneFiber）是目前應(yīng)用最普遍的合成纖維，主要包括兩種:聚丙烯短纖維和聚丙烯長(zhǎng)纖維。2.4.1聚丙烯短纖維（MicroPP-fiber）聚丙烯短纖維是一種單絲纖維。密度為0.91，抗拉強(qiáng)度270-700MPa，彈性模量為3-l0GPa，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(diǎn)為165，最高安全使用溫度為130)，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(duì)于混凝土的韌性并沒(méi)有明顯的改善。聚丙烯短纖維限制混凝土的早期塑性收縮裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。混凝土的塑性開(kāi)裂主要發(fā)生在混凝土硬化前，特別是在混凝土澆筑后4-5h內(nèi)，此階段由于水分的蒸發(fā)和轉(zhuǎn)移，混凝土內(nèi)部的抗拉能力低于塑性收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)變，引起混凝土內(nèi)部的塑性裂縫。摻入聚丙烯纖維后，減緩了由于粗粒料的快速失水所產(chǎn)生的裂縫，延緩了第1條塑性收縮裂縫的出現(xiàn)，同時(shí)，在混凝土開(kāi)裂后，纖維的抗拉作用阻止了裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。試驗(yàn)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(shuō)明聚丙烯短纖維有效地提高了混凝土的抗裂性能[22]。在混凝土中摻入適量聚丙烯短纖維后，均勻分布在混凝土基體中彼此相粘連的大量纖維起了“承托”骨料的作用，降低了混凝土表面的析水與集料的沉降，從而使混凝土中的孔隙含量大大降低，有效提高了混凝土抗?jié)B能力。此外，由于纖維的存在，減少了混凝土的收縮裂縫尤其是連通裂縫的產(chǎn)生，減少了滲水通道，進(jìn)而提高了混凝土的抗?jié)B性能。2.4.2聚丙烯長(zhǎng)纖維（MacroPP-fiber）聚丙烯長(zhǎng)纖維主要是指長(zhǎng)度大于30mm，直徑大于0.1mm的長(zhǎng)纖維，是一種相互纏繞的纖維束，這種纖維束在混凝土基體中能夠分散成單絲長(zhǎng)纖維。聚丙烯短纖維對(duì)阻止混凝土在早齡期的塑性開(kāi)裂十分有效，但由于短纖維的摻量一般較小，對(duì)于硬化混凝土韌性和抗裂性的改善很小。常常使用鋼纖維阻止硬化混凝土的開(kāi)裂，提高混凝土韌性和抗沖擊性能。但鋼纖維在特殊環(huán)境存在銹蝕問(wèn)題，且重量高，施工中有時(shí)有結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。聚丙烯長(zhǎng)纖維是一種新型增強(qiáng)增韌材料，可以在一些環(huán)境惡劣工程中代替鋼纖維，抵抗溫度應(yīng)力，提高混凝土的抗裂性和韌性，常用于噴射混凝土、混凝土路面、橋面及工業(yè)地坪、機(jī)場(chǎng)跑道、裝卸碼頭、停機(jī)坪和停車(chē)場(chǎng)等。特別是在鋼纖維易受腐蝕的環(huán)境中使用聚丙烯長(zhǎng)纖維更有意義[28]。2.4.3合成纖維與鋼纖維對(duì)混凝土基體阻裂效應(yīng)的區(qū)別在混凝土中摻入纖維是為了改善因混凝土抗拉強(qiáng)度不足而造成的易裂問(wèn)題。不同品種的纖維因彈性模量、抗拉強(qiáng)度、長(zhǎng)徑比、摻量等的不同，在混凝土中阻裂效應(yīng)的作用機(jī)理和效果也不相同。鋼纖維的阻裂效應(yīng)體現(xiàn)在阻止硬化混凝土破壞時(shí)的裂縫擴(kuò)展上，鋼纖維的存在使硬化混凝土開(kāi)裂后仍能保持一定的抗拉強(qiáng)度，有效地避免了無(wú)征兆的脆性破壞的發(fā)生。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)。阻裂效應(yīng)作用的結(jié)果是提高了硬化混凝土的變形能力，使混凝土構(gòu)件在破壞后仍保持一定的延性(假延性)。聚丙烯短纖維的阻裂效應(yīng)主要體現(xiàn)在消除或減輕了早期混凝土中原生裂縫的發(fā)生和發(fā)展，鈍化了原生裂縫尖端的應(yīng)力集中，使介質(zhì)內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng)更加連續(xù)和均勻。由于早期混凝土自身的抗拉強(qiáng)度很低，因此，聚丙烯短纖維的阻裂能力與自身的抗拉強(qiáng)度、彈性模量等并不明顯相關(guān)，而是隨著纖維細(xì)度的增大、混凝土中纖維間距的減小而增強(qiáng)。通過(guò)以上分析可見(jiàn)，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(shí)期混凝土的性能。2.5混雜纖維混凝土（HybridFiberReinforcedConcrete）混雜纖維混凝土是將兩種或多種纖維組合加入混凝土基體，形成一種既發(fā)揮不同纖維的優(yōu)點(diǎn)，又能體現(xiàn)不同纖維之間協(xié)同作用的復(fù)合材料。用單一纖維對(duì)混凝土基體的增強(qiáng)、增韌作用是有限的，混凝土是多相、多層次的復(fù)合材料，小到微米級(jí)的水泥石凝膠，粗到毫米級(jí)的砂子，大到厘米級(jí)的碎石，如果只是摻入單一纖維，僅改善了混凝土某一層次的性能，為了從整體上提高混凝土的性能，所加入的纖維理應(yīng)也是多層次的，即混雜纖維。復(fù)合材料理論將多種材料結(jié)合或混合之后所構(gòu)成的材料整體當(dāng)作一個(gè)多相系統(tǒng)，其性能乃是各相性能的疊加值。依據(jù)這一理論，通過(guò)不同類(lèi)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(huì)效益均較理想的復(fù)合材料。復(fù)合材料理論定義混雜復(fù)合材料可出現(xiàn)混雜效應(yīng)(hybrideffect),若出現(xiàn)單一復(fù)合材料所沒(méi)有的優(yōu)異性能，則此效應(yīng)稱(chēng)為正混雜效應(yīng)；若出現(xiàn)單一復(fù)合材料所沒(méi)有的明顯缺點(diǎn)，則此效應(yīng)稱(chēng)為負(fù)混雜效應(yīng)。正混雜效應(yīng)是高彈模纖維和高延性纖維在受荷的各個(gè)階段和不同結(jié)構(gòu)層次上協(xié)同作用的結(jié)果，負(fù)混雜效應(yīng)則是由于兩種纖維在基體中的平均間距小到一定程度后，互相干擾所致。2.5.1常見(jiàn)的纖維混雜模式目前實(shí)際工程中較為常見(jiàn)的纖維混雜模式為[7]:（1）彈性模量和低彈性模量纖維混雜：高彈模纖維增強(qiáng)、增韌效果均很好，但價(jià)格較高；低彈模纖維增強(qiáng)效果較差，但增韌效果較好，而且價(jià)格便宜。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(guò)試驗(yàn)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(shí)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。（2）不同幾何尺度的纖維混雜：不同幾何尺度的纖維對(duì)混凝土不同結(jié)構(gòu)和尺寸層次進(jìn)行改性，微細(xì)纖維主要起著對(duì)水泥基材的增強(qiáng)作用，阻止和延緩微裂紋在基材中的擴(kuò)展;當(dāng)基材局部產(chǎn)生大裂紋，微纖維在基材中被拔出而難以制止大裂紋時(shí)，大纖維則因其被拔出需消耗更大的能量而能夠起到阻止大裂紋的擴(kuò)張，從而改善混凝土的延性；（3）不同耐久性能纖維混雜：耐久性較差的纖維可以用于保證在運(yùn)輸和安裝等短期性能;耐久性好的纖維則可以用于提高混凝土在反復(fù)荷載作用下的強(qiáng)度和韌性。2.5.2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(duì)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(shí)的延性，不會(huì)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]。東南大學(xué)的焦楚杰和孫偉對(duì)聚丙烯纖維和鋼纖維混雜增強(qiáng)高強(qiáng)混凝土的彎曲性能進(jìn)行的試驗(yàn)研究表明:鋼纖維與聚丙烯纖維組成三維亂向支撐網(wǎng)，在一定程度上彌補(bǔ)了混凝土的原始缺陷，增強(qiáng)了基體的抗拉能力:鋼纖維與聚丙烯纖維纏繞在一起，在承受彎曲荷載時(shí)產(chǎn)生“纖維連鎖”效應(yīng)，更大程度地提高了試件的抗彎強(qiáng)度；在裂縫擴(kuò)展過(guò)程中，鋼纖維與聚丙烯纖維先后起到阻裂的主導(dǎo)作用，對(duì)裂縫的擴(kuò)展進(jìn)行全過(guò)程抑制，明顯增大了基體的韌性；從經(jīng)濟(jì)上考慮混雜纖維混凝土也有一定的優(yōu)勢(shì)，鋼纖維增強(qiáng)、增韌效果好，但會(huì)導(dǎo)致工程造價(jià)過(guò)高；聚丙烯纖維增韌效果好，價(jià)格較低，但聚丙烯纖維難以提高混凝土的強(qiáng)度，只能延緩后期破壞過(guò)程。在鋼纖維摻量較低的基礎(chǔ)上加入低摻量的聚丙烯纖維，工程造價(jià)提高少，但卻使混凝土的強(qiáng)度、韌性、阻裂能力等性能得到很大提高，大大改善了混凝土的脆性，特別適合抗震等級(jí)要求較高的工程[9-10]。2.6纖維混凝土的實(shí)際工程應(yīng)用纖維混凝土以其優(yōu)良的抗拉、抗彎、阻裂、耐沖擊、耐疲勞、高韌性等物理力學(xué)性能，目前已被廣泛應(yīng)用于建筑工程、水利工程、公路橋梁工程、公路路面和機(jī)場(chǎng)道面工程、鐵路公程、管道工程、內(nèi)河航道工程、防暴工程和維修加固工程等各個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。2.6.1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(zhǎng)使用壽命。纖維混凝土作橋面鋪裝層可有效地抑制和減少裂縫，增強(qiáng)橋面的防水性和抗破碎能力，減緩鋼筋銹蝕和延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的壽命。工程實(shí)例[11]：廣東肇慶北江大橋是鐵路公路兩用橋，于1984年底竣工交付使用，由于通車(chē)量大，三個(gè)月后，橋面鋪裝層即開(kāi)始出現(xiàn)各種損壞，嚴(yán)重影響行車(chē)安全和公路橋面的使用壽命。在隨后提出的改造方案中，為使瀝青混凝土層與鋼板橋面產(chǎn)生的大撓度變形相適應(yīng)，要求混凝土層具有一定的抗彎拉、抗剪切、抗沖擊、抗裂以及耐壓縮、耐磨損、耐疲勞等性能，最終在瀝青混凝土鋪裝層中摻入鋼纖維，以鋼纖維增強(qiáng)混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)，取得了良好的效果。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(chǎng)高架車(chē)道、青藏公路、大足朱溪大橋、廣州解放大橋等。2.6.2隧道和鐵路工程在隧道施工中使用噴射鋼纖維混凝土具有縮短工期，提高施工安全和施工質(zhì)量，節(jié)省人力等優(yōu)勢(shì)。在鐵路工程方面，鋼纖維混凝土主要用于預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土鐵路軌枕、雙塊式鐵路軌枕及搶修鐵路橋面防水保護(hù)層中。鐵路工程承受較大的荷載、較高的速度和數(shù)萬(wàn)次的振動(dòng)，所以要求混凝土必須具有較高的強(qiáng)度、較高的抗沖擊性及較大的塑性，進(jìn)而充分利用了鋼纖維混凝土的抗沖擊性及較好的塑性。工程實(shí)例：南昆鐵路西段二號(hào)隧道，處于高烈度地震區(qū)，穿越粉砂巖及炭質(zhì)頁(yè)巖地層，巖體嚴(yán)重風(fēng)化呈破碎狀。通過(guò)使用了鋼纖維混凝土，在提高襯砌的抗震性能的同時(shí)，還減少了混凝土的用量，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)已建成的工程有：沈陽(yáng)鐵路局長(zhǎng)達(dá)線(xiàn)維修工程、柳州鐵路局黔桂鐵路鋪設(shè)工程、南昆鐵路隧道工程和西安安康鐵路椅子山隧道等。鋼纖維混凝土的應(yīng)用，使鐵路維修工作量大為減少，并提高了線(xiàn)路的使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益良好。2.6.3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(diǎn)、屋面防水工程、地下防水工程等工程領(lǐng)域中。如抗震框架節(jié)點(diǎn)中使用鋼纖維混凝土，能代替箍筋滿(mǎn)足節(jié)點(diǎn)對(duì)強(qiáng)度、延性、耗能等方面的要求，而且還能提供類(lèi)似于箍筋約束混凝土的作用，并可以解決節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋過(guò)于密集導(dǎo)致混凝土難于澆注的施工問(wèn)題；用鋼纖維混凝土制成的自防水預(yù)應(yīng)力屋面板，不僅提高了自防水預(yù)應(yīng)力屋面板的抗裂性能，同時(shí)也減少了縱向預(yù)應(yīng)力筋的配筋率，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。鋼纖維混凝土在建筑中的應(yīng)用實(shí)例有：福州東方大廈、沈陽(yáng)市急救中心站綜合樓、江蘇省丹陽(yáng)市中醫(yī)院、遼陽(yáng)市食品公司辦公樓,沈陽(yáng)商業(yè)城采用鋼纖維混凝土成功解決了大懸挑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的復(fù)雜應(yīng)力問(wèn)題，沈陽(yáng)市急救中心在屋面結(jié)構(gòu)體系及剛性防水層中采用了鋼纖維混凝土，滿(mǎn)足了屋面直升機(jī)停機(jī)坪設(shè)計(jì)的特殊要求。上海等地在預(yù)應(yīng)力管柱和預(yù)制方樁的生產(chǎn)中，在樁頭或樁尖部分加入鋼纖維，以增強(qiáng)樁的抗錘擊性能和貫穿能力，都取得了良好效果。2.6.4大壩、水庫(kù)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。這些部位對(duì)混凝土材料自身的抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度以及抗裂性能的要求都比較高，極大發(fā)揮了鋼纖維混凝土自身的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)在實(shí)際工程中應(yīng)用的有：三峽工程、小浪底水利樞紐工程、三門(mén)峽泄水排砂底孔等工程。以上工程都獲得了較為滿(mǎn)意的效果，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。2.6.5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(duì)鋼筋的銹蝕，延緩海水中硫酸鹽、鎂離子對(duì)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。挪威奧斯陸集裝箱碼頭，為防止海水對(duì)建筑物的腐蝕，提高碼頭抗集裝箱的撞擊破壞能力，并防止嚴(yán)寒氣候條件下，冰凍對(duì)混凝土的滲透膨脹破壞，較早地采用了纖維混凝土。美國(guó)在巴拿馬的海軍港口，為提高原碼頭鋼筋混凝土抗海水侵蝕的能力，采用纖維混凝土進(jìn)行加固。日本鋼鐵俱樂(lè)部采用鋼纖維混凝土作鋼管樁防腐層，在海水中浸泡10年，鋼纖維混凝土防腐完好，鋼管表面無(wú)銹蝕，仍有金屬光澤。2.6.6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。北京景山飯店用噴射鋼纖維混凝土加固出現(xiàn)質(zhì)量事故的剪力墻及柱，長(zhǎng)春一大連鐵路石砌橋墩灰縫失效，用噴射鋼纖維混凝土加固等等。這些工程應(yīng)用證明采用噴射鋼纖維混凝土修補(bǔ)加固工程質(zhì)量方案正確，質(zhì)量可靠，可以達(dá)到預(yù)期目的。2.6.7軍事工程鋼纖維混凝土以其優(yōu)良的抗爆裂、抗破碎、抗震塌及抗沖擊性能，在掩體工事等軍事工程中得到了廣泛的應(yīng)用。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(duì)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。由于以上優(yōu)點(diǎn)，纖維混凝土近年來(lái)的應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大。纖維混凝土在美國(guó)、歐洲各國(guó)、日本的使用已經(jīng)相當(dāng)普遍，國(guó)內(nèi)纖維混凝土的應(yīng)用和研究相對(duì)較晚，纖維混凝土在我國(guó)具有良好的發(fā)展前景。2.7纖維混凝土的增強(qiáng)理論目前，對(duì)纖維混凝土增強(qiáng)機(jī)理主要有兩種理論解釋[12]：一種立在復(fù)合材料混合原理基礎(chǔ)上的復(fù)合材料理論；另一種是建立在假設(shè)纖維與混凝土基體完美粘結(jié)基礎(chǔ)上的纖維間距理論。2.7.1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(gè)多相系統(tǒng)，其性能是各個(gè)相性能的疊加。一般情況下，混凝土材料是非勻質(zhì)的，因此當(dāng)混凝土構(gòu)件受到拉力作用時(shí)，其界面各點(diǎn)受力不均勻，存在大量不規(guī)則的應(yīng)力集中點(diǎn)。這些應(yīng)力集中點(diǎn)的應(yīng)力首先達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度，引起局部塑性變形。此時(shí)，如果混凝土沒(méi)有配筋約束，便會(huì)在應(yīng)力集中部位出現(xiàn)裂縫。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]。針對(duì)纖維混凝土，該理論的假設(shè)前提是：（1）基體為各向同性材料；（2）纖維沿應(yīng)力方向一維分布且連續(xù)；（3）纖維與基體變形協(xié)調(diào)一致，無(wú)相對(duì)滑移。圖2.1復(fù)合材料受力情況在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維與基體通過(guò)兩種材料的界面相互作用的。纖維與混凝土基體的粘結(jié)力直接影響纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)、增韌和阻裂效果[14]。當(dāng)沿纖維方向施加外力時(shí)，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（2.1）式中，—纖維混凝土的平均應(yīng)力；—纖維的應(yīng)力；—混凝土基體的應(yīng)力；—纖維在復(fù)合材料中的體積百分比，即纖維的體積率；—混凝土體積率，。由于纖維與基體變形協(xié)調(diào)一致，無(wú)相對(duì)滑移，由上式得：（2.2）當(dāng)纖維與基體都是彈性材料時(shí)，上式變?yōu)椋?.3）式中，—纖維混凝土的彈性模量；—混凝土的彈性模量；—纖維的彈性模量；—纖維的體積率。考慮纖維不連續(xù)、亂向分布以及分散性的影響，分別引入有效粘結(jié)長(zhǎng)度系數(shù)、纖維方向有效系數(shù)和分散度影響系數(shù)：（2.4）式中，—纖維混凝土的平均應(yīng)力；—混凝土基體的應(yīng)力；—纖維的體積率；—纖維方向有效系數(shù)；—分散度影響系數(shù)；—有效粘結(jié)長(zhǎng)度系數(shù)；，—纖維的長(zhǎng)度、直徑；—纖維與混凝土間的粘結(jié)平均應(yīng)力平均值。2.7.2纖維間距理論纖維間距理論，又稱(chēng)纖維阻裂理論。該理論認(rèn)為當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)受到外力作用時(shí)，混凝土內(nèi)部固有的微裂縫、孔隙和缺陷等部位會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，引起裂縫的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。因此均勻分布在混凝土基體中的纖維，可以起到阻止基體內(nèi)微裂縫發(fā)展的作用。假定混凝土基體內(nèi)部存在有產(chǎn)生微裂縫的傾向，當(dāng)任何一條微裂縫產(chǎn)生、并且可能向任意方向發(fā)展時(shí)，在最遠(yuǎn)不超過(guò)纖維在混凝土基體內(nèi)纖維平均中心距的路程之內(nèi)，該裂縫必將遭遇到橫亙?cè)谒胺降囊桓w維。由于這根纖維的存在，裂縫發(fā)展受阻，只能在混凝土基體內(nèi)形成類(lèi)似于無(wú)害孔洞的封閉空腔或者內(nèi)徑非常細(xì)小的孔洞。RomualdiMandel于1964年提出當(dāng)纖維混凝土中纖維三維亂向分布時(shí)，纖維的取向系數(shù)為0.407，得到纖維平均中心間距的表達(dá)式[15]：（2.5）式中，—纖維直徑；—纖維摻量。而Krenchel則指出，當(dāng)纖維排列不成正交矩陣時(shí)，考慮纖維取向的影響，得出一維、二維和三維的纖維間距與體積率的關(guān)系：一維情形：（2.6）二維情形：（2.7）三維情形：（2.8）式中，、、—纖維間距；—纖維截面面積；—纖維直徑；—纖維摻量。小林一輔等根據(jù)纖維混凝土試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步提出了基于纖維間距理論的抗拉強(qiáng)度公式:（2.9）式中，—纖維混凝土抗拉強(qiáng)度；—主要由纖維粘結(jié)強(qiáng)度決定的常數(shù)；—纖維間距；—纖維產(chǎn)生增強(qiáng)效果的纖維間距上限值；—混凝土基體強(qiáng)度。纖維間距理論的假設(shè)前提是纖維均勻分散，如果纖維不能均勻分散，則纖維間距理論可能失效或部分失效。纖維在混凝土中的分散性是保證纖維混凝土抗裂效果的關(guān)鍵。如果纖維在混凝土基體內(nèi)部不能均勻分散，即便滿(mǎn)足纖維中心距離S不大于7.6mm的理論條件，也會(huì)因?yàn)橄噜弲^(qū)域存在纖維密布與纖維相對(duì)稀疏的差異而導(dǎo)致如同裂縫般的開(kāi)裂。2.8纖維混凝土的開(kāi)裂機(jī)理纖維混凝土斷裂時(shí)，裂縫擴(kuò)展過(guò)程中可以遇到下列三種物理效應(yīng)[1]:（1）裂縫尖端遇到纖維時(shí)引起纖維與基體的解離，從而減緩裂縫尖端的應(yīng)力集中，甚至終止裂縫的擴(kuò)展；（2）當(dāng)纖維所在區(qū)域的拉應(yīng)力大于纖維的抗拉強(qiáng)度時(shí)，纖維被拉斷，這種情況通常出現(xiàn)在硬化后低彈模纖維增強(qiáng)混凝土的破壞中；（3）在高彈模纖維增強(qiáng)混凝土中，當(dāng)纖維所在區(qū)域的拉應(yīng)力大于纖維與基體的粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)，纖維從基體中拔出。姚武在研究鋼纖維高強(qiáng)混凝土的抗壓、劈拉、抗彎強(qiáng)度以及抗彎韌性指數(shù)等參數(shù)的規(guī)律后，將鋼纖維高強(qiáng)混凝土受荷破壞過(guò)程分為4個(gè)層次[16]:（1）混凝土破壞，即裂紋沿砂漿和粗骨料結(jié)合面穩(wěn)定、緩慢地發(fā)展，或裂紋貫穿粗骨料。由于骨料對(duì)鋼纖維有邊壁效應(yīng)，鋼纖維平行于骨料邊壁分布，與界面裂紋和貫穿裂縫平行，起不到阻裂增強(qiáng)的作用；（2）砂漿破壞，當(dāng)裂紋擴(kuò)展進(jìn)入砂漿，砂子和硬化水泥漿的結(jié)合面發(fā)生解體破壞，從而導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，隨即擴(kuò)展進(jìn)入硬化的水泥漿。在此階段，跨越裂縫的鋼纖維開(kāi)始起增強(qiáng)作用，使裂縫的擴(kuò)展速度減慢；（3）硬化水泥漿解體破壞，此時(shí)裂縫迅速失穩(wěn)擴(kuò)展，宏觀裂紋隨之增長(zhǎng)，橫跨裂縫的鋼纖維有效地阻止裂縫的發(fā)展；（4）鋼纖維拔出破壞，隨宏觀裂紋寬度的增大，鋼纖維克服與基體的粘結(jié)力，逐漸認(rèn)基體中拔出。3纖維混凝土的基本力學(xué)性能將纖維摻入混凝土中使混凝土性能發(fā)生明顯的改善，參考文獻(xiàn)[6]，纖維混凝土的特點(diǎn)歸納如下:（1）與普通混凝土相比，纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度(又稱(chēng)折斷模量、抗彎強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度)、抗剪強(qiáng)度均有提高，尤其是對(duì)于高彈模纖維混凝土或高摻量纖維混凝土提高的幅度更大；（2）纖維在基體中可明顯降低早期收縮裂縫，并可降低溫度裂縫和長(zhǎng)期收縮裂縫，阻止水泥基體原有缺陷--微裂縫的擴(kuò)展并有效延緩新裂縫的出現(xiàn)；（3）纖維混凝土的收縮變形和徐變變形較基體混凝土有一定程度的降低；（4）纖維混凝土的抗壓疲勞和彎拉疲勞性能，以及抗沖擊和抗爆裂性能顯著提高；（5）高彈模纖維增強(qiáng)混凝土用于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，可顯著提高構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度、抗沖切強(qiáng)度、局部受壓強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度并延緩裂縫出現(xiàn)，降低裂縫寬度，提高構(gòu)件的裂后剛度，提高構(gòu)件的延性；（6）由于纖維可降低混凝土微裂縫和阻止宏觀裂縫擴(kuò)展，故可使其耐磨性、耐空蝕性、耐沖刷性、抗凍融性和抗?jié)B性有不同程度的提高;使侵蝕介質(zhì)浸入基體的速率降低，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的防腐蝕有利；（7）某些特殊纖維配制的混凝土，其熱學(xué)性能、電學(xué)性能、耐久性能較普通混凝土也有變化。如碳纖維混凝土導(dǎo)電性能顯著提高，并具有一定的“壓阻效應(yīng)”，低熔點(diǎn)的合成纖維配制的纖維混凝土在火災(zāi)環(huán)境下，細(xì)微纖維熔化可降低混凝上的爆裂。3.1纖維混凝土的抗壓性能鋼纖維混凝土抗壓強(qiáng)度隨著鋼纖維摻量的增加而有所提高，但提高幅度不大。因在加入鋼纖維后，雖然說(shuō)鋼纖維約束了混凝土橫向膨脹，對(duì)提高混凝土強(qiáng)度有益，但由于鋼纖維加入增加了界面的薄弱層，因此鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果其實(shí)并不明顯。雖然鋼纖維混凝土的抗壓性能比普通混凝土沒(méi)有大的提升，但其受壓韌性卻有很大的提高。這是因?yàn)殇摾w維增大了試件的壓縮變形，提高了受壓破壞時(shí)的韌性。在宏觀上表現(xiàn)為壓縮破壞時(shí)沒(méi)有明顯的碎塊和崩落，保持了良好的整體性[20]。3.2纖維混凝土的抗拉性能纖維混凝土直接抗拉強(qiáng)度的確定存在較大的難度，一般用試驗(yàn)操作較容易的劈拉強(qiáng)度代替。試驗(yàn)證明：鋼纖維對(duì)混凝土的劈拉強(qiáng)度的影響非常顯著。而且振搗方式對(duì)纖維混凝土也有影響，外部振搗混凝土的劈拉強(qiáng)度高于振搗棒振搗后的纖維混凝土劈拉強(qiáng)度[22]。高丹盈等[23]在《鋼纖維混凝上試驗(yàn)方法》(CECS13:89)的基礎(chǔ)上，對(duì)劈拉試驗(yàn)方法和測(cè)試裝置進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，測(cè)定了纖維(鋼纖維和聚丙烯纖維)高強(qiáng)混凝上的劈裂抗拉強(qiáng)度和變形性能。試驗(yàn)表明鋼纖維類(lèi)型是影響高強(qiáng)混凝土劈拉強(qiáng)度的重要因素。鋼纖維外形和長(zhǎng)徑比的改變，影響鋼纖維與高強(qiáng)混凝上粘結(jié)性能，從而影響鋼纖維高強(qiáng)混凝上的劈拉強(qiáng)度。劈拉強(qiáng)度尺寸效應(yīng)對(duì)高強(qiáng)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(yīng)的提高，荷載一位移曲線(xiàn)下所包圍的面積增大。因此，鋼纖維的加入，提高了高強(qiáng)混凝上劈拉破壞的強(qiáng)度，改善了高強(qiáng)混凝上劈拉破壞的變形性能；在相同鋼纖維摻量下，不同類(lèi)型的鋼纖維對(duì)高強(qiáng)混凝上劈拉破壞的強(qiáng)度和韌性的提高幅度是不同的。3.3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(biāo),也是纖維混凝土較之素混凝土的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)之一。韌性是材料延性和強(qiáng)