1963年J.P.romualdi和G.B.Batson发表了关于钢纤维约束混凝土裂缝发展机理的论文,
并提出了钢纤维增强混凝土的抗裂强度取决于钢纤维平均间距,而钢纤维平均间距在拉应力中起有效作用
(纤维间距理论)的结论,从而开启了这种新型复合材料的实用化发展阶段。
目前,随着钢纤维增强混凝土的推广应用,由于混凝土中纤维分布的不同,主要有钢纤维增强混凝土、
混杂纤维增强混凝土、层布式钢纤维增强混凝土和层布式混杂纤维增强混凝土四种类型。
2. 钢纤维增强混凝土的增强机理
(1)复合力学理论。复合力学理论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。
该理论将复合材料视为以纤维为一相、基体为另一相的双相复合材料。
(2)纤维间距理论。纤维间距理论,又称抗裂理论,是基于线弹性断裂力学提出的。该理论认为,
纤维的增强效果仅与均匀分布的纤维间距(最小间距)有关。
三、钢纤维增强混凝土发展现状分析
1.钢纤维增强混凝土。钢纤维增强混凝土是在普通混凝土中添加少量低碳钢、不锈钢和玻璃钢纤维,
形成一种相对均匀、多向增强的混凝土。钢纤维掺量一般为体积分数的1%~2%,
每立方米混凝土按重量计掺入70~100kg钢纤维。钢纤维长度宜为25~60mm,
直径宜为0.25~1.25mm,最佳长径比为50~700。与普通混凝土相比,
它不但能提高混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、耐磨、抗裂性能,
而且能大幅度增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能,
明显提高结构的抗疲劳性能和耐久性,特别是韧性可提高10~20倍。
国内对钢纤维混凝土与普通混凝土的力学性能进行了比较,
当钢纤维掺量为15%~20%,水灰比为0.45时,抗拉强度提高50%~70%,抗弯强度提高120%~180%,
抗冲击强度提高10~20倍,冲击疲劳强度提高15~20倍,抗弯韧性提高14~20倍,耐磨性也有明显提高。
因此,钢纤维混凝土比普通混凝土具有更优良的物理力学性能。