鋼纖維混凝土的力學(xué)特性及機(jī)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(jì)與研究鋼纖維混凝土的力學(xué)特性及機(jī)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(bǔ)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(jiǎn)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(diǎn)，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：鋼纖維混凝土；力學(xué)特性；機(jī)理解釋中圖分類(lèi)號(hào)：TU528572文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(guó)外運(yùn)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(shí)世界上最長(zhǎng)，也是最深的海底二車(chē)道隧道。全長(zhǎng)5830m隧道的支護(hù)采用錨桿加鋼纖維噴混凝土作為永久襯砌支護(hù)，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(chē)道，長(zhǎng)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(hù)襯砌。我國(guó)近年來(lái)對(duì)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(hù)己在Ⅱ～V級(jí)圍巖中進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)研究，并取得了成功。如：西康鐵路秦嶺特長(zhǎng)隧道全長(zhǎng)185km，最大埋深1600m左右。隧道通過(guò)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(jì)選擇Ⅱ～Ⅲ級(jí)圍巖地段采用鋼纖維噴混凝土作為單層永久支護(hù)鋼纖維摻量40kg／m。，現(xiàn)場(chǎng)噴射試驗(yàn)得出抗壓強(qiáng)度為34MPa左右，等效抗彎強(qiáng)度為21～44MPa[大量工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及試驗(yàn)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(bǔ)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(guò)程可分為4階段

5、：彈性階段、裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展階段、裂縫失穩(wěn)擴(kuò)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(guò)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(shí)驗(yàn)測(cè)定值(表1)，表現(xiàn)出鋼纖維的加入，并沒(méi)有提高混凝土的單軸抗壓強(qiáng)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(cè)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(duì)C40，C

6、60鋼纖維混凝土(纖維體積率為1％、2％、3％)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、圖2。收稿日期：2014—08—3l作者簡(jiǎn)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(guò)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(tái)圍欄等措施來(lái)防護(hù)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(jī)動(dòng)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(kù)容。(2)政府主導(dǎo)，群眾參與，對(duì)渠系進(jìn)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(xiàng)工程建設(shè)投資的積極參與者之一。政府調(diào)動(dòng)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(shí)行“一事一議”；跨村鎮(zhèn)工程，實(shí)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(fù)責(zé)農(nóng)民

9、出工出資事宜，來(lái)完成金川渠系工程的整修加固。(3)嚴(yán)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(yán)格按“四”制進(jìn)行建設(shè)。嚴(yán)格按相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要有章可循，有據(jù)可依，檢測(cè)、檢查要現(xiàn)場(chǎng)填寫(xiě)，真實(shí)有效。嚴(yán)格檢測(cè)管理認(rèn)真驗(yàn)收，采用現(xiàn)場(chǎng)人工檢查和儀器檢測(cè)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(yán)格把關(guān)，確保質(zhì)量。(4)加強(qiáng)管理，確保渠系安全運(yùn)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(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié)。盡可能做到按需配水。②對(duì)于西干渠等有垃圾淤積的渠道，采用“高水位、大流量、速灌速停”的引水方案，既可以減輕干旱淤積達(dá)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(shí)間得以保證：由于輸水時(shí)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(shí)，相應(yīng)地可增加灌

11、區(qū)的用水保證率，擴(kuò)大灌溉面積，促進(jìn)整體管理水平的提高。③改革水費(fèi)，加大征繳力度做到財(cái)務(wù)上自我維持。對(duì)于渠系應(yīng)進(jìn)行分段承包。水主管部門(mén)給承包單位(承包人)按期劃撥年修經(jīng)費(fèi)，進(jìn)行正常的維護(hù)、整修。同時(shí)提高管理人員生活待遇，改善工作條件，穩(wěn)定隊(duì)伍，維護(hù)好灌溉基礎(chǔ)設(shè)施。保證渠系工程正常發(fā)揮作用，促進(jìn)整個(gè)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。4結(jié)語(yǔ)綜上所述金川灌區(qū)輸水渠系現(xiàn)狀存的問(wèn)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(guò)分析存在問(wèn)題產(chǎn)生的

12、原因，從優(yōu)化設(shè)計(jì)、加大投入、嚴(yán)控施工、加強(qiáng)管理等方面提出了輸水渠系改造對(duì)策以期從根本上解決金川灌區(qū)輸水渠系現(xiàn)狀存的問(wèn)題。(上接第1o頁(yè))擴(kuò)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(jìn)一步擴(kuò)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(duì)力學(xué)機(jī)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(duì)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(guò)改善鋼纖維形狀，混凝土各項(xiàng)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(xiàn)：[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(lái)，徐必根單軸受壓狀態(tài)下鋼纖