鋼纖維混凝土的力學(xué)特性及機理解釋

1、第50卷第9期2014年9月甘肅水利水電技術(shù)GANSUWATERRES0URCESANDHYOWERTECHN0LOGYVo150No9Sep，2014設(shè)計與研究鋼纖維混凝土的力學(xué)特性及機理解釋王俊鑫蔣正波(成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川成都610059)摘要：鋼纖維混凝土是現(xiàn)代工程中應(yīng)用廣泛的高性能混凝土材料，補充了普通混凝土在抗拉性能、抗剪性能、抗彎性能等方面的不足，且工藝較為簡單，易于普遍推廣使用。闡述了鋼纖維混凝土的性質(zhì)特

2、點，并對其機理進行了分析。關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土；力學(xué)特性；機理解釋中圖分類號：TU528572文獻標(biāo)志碼：A文章編號：2095—0144(2014)09—0009—021前言鋼纖維混凝土在工程結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用，國外運起步比較早，且較為成熟。如：1992年完工的挪威西海岸Byfjord隧道是當(dāng)時世界上最長，也是最深的海底二車道隧道。全長5830m隧道的支護采用錨桿加鋼纖維噴混凝土作為永久襯砌支護，噴射混凝土中的鋼纖維直徑為025mm。摻量為

3、55kg／m，，噴層厚度僅為60～80mill。2001年建成的西班牙Paracuellos隧道為高速公路雙車道，長4672m洞身段采用噴層厚度5～20cm的鋼纖維混凝土作為隧道的單層永久支護襯砌。我國近年來對于鋼纖維噴射混凝土作為隧道工程的單層永久襯砌及初期支護己在Ⅱ～V級圍巖中進行過試驗研究，并取得了成功。如：西康鐵路秦嶺特長隧道全長185km，最大埋深1600m左右。隧道通過巖層為以混合片麻巖和混合花崗巖為主的硬巖地段，洞身褶皺斷

4、裂發(fā)育，設(shè)計選擇Ⅱ～Ⅲ級圍巖地段采用鋼纖維噴混凝土作為單層永久支護鋼纖維摻量40kg／m。，現(xiàn)場噴射試驗得出抗壓強度為34MPa左右，等效抗彎強度為21～44MPa[大量工程的實踐經(jīng)驗，以及試驗數(shù)據(jù)的積累和研究，顯示出鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)彌補了不同混凝土在一些特性上的不足2鋼纖維混凝土的基本力學(xué)特性21鋼纖維混凝土的抗壓性能鋼纖維混凝土與普通混凝土在壓應(yīng)力一應(yīng)變曲線(圖1)表明，鋼纖維噴混凝土試件隨著裂縫發(fā)展程度的不同，其全過程可分為4階段

5、：彈性階段、裂縫穩(wěn)定擴展階段、裂縫失穩(wěn)擴展階段和纖維拔出破壞階段塞＼b應(yīng)變8／％圖1鋼纖維噴混凝土破壞過程根據(jù)《單軸受壓狀態(tài)下鋼纖維混凝土損傷本構(gòu)模型研究》中的實驗測定值(表1)，表現(xiàn)出鋼纖維的加入，并沒有提高混凝土的單軸抗壓強度。但隨鋼纖維體積率的增大，鋼纖維混凝土單軸受壓峰值應(yīng)力、峰荷應(yīng)變均有不同程度的提高。表1單軸受壓下參數(shù)測定值2_2鋼纖維混凝土抗壓、抗剪性能及其韌性比較鋼纖維混凝土的靜態(tài)力學(xué)性能，東南大學(xué)蔣金洋等曾對C40，C

6、60鋼纖維混凝土(纖維體積率為1％、2％、3％)進行了實驗，實驗結(jié)果見表2、圖2。收稿日期：2014—08—3l作者簡介：王俊鑫(1990一)，男，四川閬中人，碩士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)工程，E—mail：529942147@qqtom92014年第9期甘肅水利水電技術(shù)第50卷礙洪水渲瀉，在填方渠段，要設(shè)置適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模的渠下涵，保證沖溝及低洼地的洪水暢通。③改造和整修老化渠段，減輕襯砌的破壞和增加必要的調(diào)蓄工程。首先，為防止襯砌破壞，可

7、調(diào)整渠線和渠道斷面，采用弧形渠底切線邊坡、平底弧角直線邊坡“U”形斷面大塊板澆筑等形式。襯砌過程中采取抗凍措施是關(guān)鍵，在干渠下部適當(dāng)坡面的范圍內(nèi)鋪設(shè)憎水珍珠巖保溫板，或換填非凍脹性土等方式或減緩坡面，增加襯砌與坡面的摩擦力等結(jié)構(gòu)形式，防止襯砌破壞；其次是為防止渠道沖淤，可調(diào)整渠線或在人口密集的渠段增設(shè)岸坡平臺圍欄等措施來防護渠道防止垃圾傾倒。再次是在灌溉系統(tǒng)中增加蓄水調(diào)節(jié)物，使渠道流量能夠在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，使上游控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橄掠慰刂葡到y(tǒng)

8、，增加調(diào)水的機動性?？稍谶m當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置備用蓄水池，或增加部分渠道斷面。利用渠道上的節(jié)制閘建立以渠道容積為基礎(chǔ)的調(diào)節(jié)庫容。(2)政府主導(dǎo)，群眾參與，對渠系進行整修加固。政府應(yīng)該是工程建設(shè)的投資者農(nóng)民應(yīng)該是該項工程建設(shè)投資的積極參與者之一。政府調(diào)動農(nóng)民參與建設(shè)投資，建議村內(nèi)工程按照“量力而行、群眾受益、事前預(yù)算、上限控制”的原則。實行“一事一議”；跨村鎮(zhèn)工程，實行‘‘一渠一議”還可以按照工程的受益范圍組建用水合作組織。由用水合作組織負責(zé)農(nóng)民

9、出工出資事宜，來完成金川渠系工程的整修加固。(3)嚴控施工，確保工程質(zhì)量。建立健全施工質(zhì)量控制、保證體系，嚴格按“四”制進行建設(shè)。嚴格按相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)進行施工?，F(xiàn)場檢測要有章可循，有據(jù)可依，檢測、檢查要現(xiàn)場填寫，真實有效。嚴格檢測管理認真驗收，采用現(xiàn)場人工檢查和儀器檢測相結(jié)合的辦法，確定工程的合格率，尤其是渠坡基土的夯筑、建筑物基礎(chǔ)工程、砌體接縫處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一定要嚴格把關(guān)，確保質(zhì)量。(4)加強管理，確保渠系安全運行。①改善渠道

10、控制方式，以節(jié)約灌溉用水為目標(biāo)，改“供水主導(dǎo)型”調(diào)配方式為“需求主導(dǎo)型”，提高供水的安全性、可靠行和適時性。這就要求加大協(xié)調(diào)力度，或應(yīng)用上述新增設(shè)的蓄水工程進行調(diào)節(jié)。盡可能做到按需配水。②對于西干渠等有垃圾淤積的渠道，采用“高水位、大流量、速灌速?！钡囊桨福瓤梢詼p輕干旱淤積達到分散沉沙的目的，又可以縮短灌溉周期，使灌水用工減少，灌溉時間得以保證：由于輸水時間的縮短，渠道的滲漏損失也減少了，提高了灌溉水的利用率，同時，相應(yīng)地可增加灌

11、區(qū)的用水保證率，擴大灌溉面積，促進整體管理水平的提高。③改革水費，加大征繳力度做到財務(wù)上自我維持。對于渠系應(yīng)進行分段承包。水主管部門給承包單位(承包人)按期劃撥年修經(jīng)費，進行正常的維護、整修。同時提高管理人員生活待遇，改善工作條件，穩(wěn)定隊伍，維護好灌溉基礎(chǔ)設(shè)施。保證渠系工程正常發(fā)揮作用，促進整個區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展。4結(jié)語綜上所述金川灌區(qū)輸水渠系現(xiàn)狀存的問題是多方面的，但主要表現(xiàn)為工程老化、磨損，渠基變形破壞，凍脹破壞。通過分析存在問題產(chǎn)生的

12、原因，從優(yōu)化設(shè)計、加大投入、嚴控施工、加強管理等方面提出了輸水渠系改造對策以期從根本上解決金川灌區(qū)輸水渠系現(xiàn)狀存的問題。(上接第1o頁)擴展，大大縮小了剪應(yīng)力集中的區(qū)域從而起到了良好的抗剪效果。同樣，在斷裂性能表現(xiàn)上，也可由纖維間距理論解釋。在阻止微裂縫的進一步擴展和由于此處鋼纖維所提供的抗力。起到了降低應(yīng)力集中區(qū)域的效果。不僅如此鋼纖維的添加，使得基體的脆性降低，大大改善了在結(jié)構(gòu)受力方面的延展性。4結(jié)論鋼纖維混凝土的基本力學(xué)性質(zhì)研究方

13、面較為廣泛，但對力學(xué)機制研究和闡述方面仍有許多不足。在混凝土材料與鋼纖維的協(xié)同工作的微觀原理方面，仍有不足之處。能夠針對材料圍觀結(jié)構(gòu)的協(xié)同56工作原理，找出鋼纖維混凝土的短板，通過改善鋼纖維形狀，混凝土各項的材料配比，鋼纖維的摻人量等材料參數(shù)，增添外加劑等措施，使鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)具有更為廣泛的適用性。參考文獻：[1]祝云華鋼纖維混凝土力學(xué)特性及在隧道單層襯砌中的應(yīng)用研究[D]重慶：重慶大學(xué)，2009[2]王春來，徐必根單軸受壓狀態(tài)下鋼纖