鋼纖維混凝土（SFRC）是一種新型的復(fù)合材料，可通過在普通混凝土中加入適量的短鋼纖維進(jìn)行澆注和噴射。近年來，它在國內(nèi)外發(fā)展迅速。它克服了混凝土抗拉強(qiáng)度低、極限伸長率小、脆性大的缺點(diǎn)。它具有優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度、抗彎性、抗剪切性、抗裂性、抗疲勞性和高韌性等性能。已應(yīng)用于水利工程、路橋、建筑等工程領(lǐng)域。
一．鋼纖維混凝土的發(fā)展
纖維增強(qiáng)混凝土（FRC）是纖維增強(qiáng)混凝土的縮寫。它通常是由水泥漿、砂漿或混凝土與金屬纖維、無機(jī)纖維或有機(jī)纖維增強(qiáng)材料組成的水泥基復(fù)合材料。它是將具有高抗拉強(qiáng)度、高極限伸長率和高耐堿性的短細(xì)纖維均勻分散在混凝土基體中而形成的一種新型建筑材料?；炷林械睦w維可以限制混凝土早期裂縫的產(chǎn)生和在外力作用下裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，有效克服混凝土抗拉強(qiáng)度低、易開裂、抗疲勞性差等固有缺陷，大大提高混凝土的抗?jié)B、防水、抗凍和鋼筋保護(hù)性能。纖維混凝土，特別是鋼纖維混凝土，由于其優(yōu)越的性能，在實(shí)際工程中越來越受到學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注。1907年蘇聯(lián)專家BП。Hekpocab開始使用金屬纖維增強(qiáng)混凝土；1910年，H.F.Porter發(fā)表了一份關(guān)于短纖維鋼筋混凝土的研究報(bào)告，建議短鋼纖維應(yīng)均勻分散在混凝土中，以增強(qiáng)基體材料；1911年，美國格雷厄姆在普通混凝土中加入鋼纖維，以提高混凝土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；到20世紀(jì)40年代，美國、英國、法國、德國、日本等國在利用鋼纖維提高混凝土的耐磨性和抗裂性、鋼纖維混凝土的制造技術(shù)、改善鋼纖維的形狀以提高纖維與混凝土基體的結(jié)合強(qiáng)度等方面做了大量研究；1963年，J.P.romualdi和G.B.Batson發(fā)表了一篇關(guān)于鋼纖維約束混凝土裂縫發(fā)展機(jī)制的論文，提出了鋼纖維混凝土的裂縫強(qiáng)度由在拉應(yīng)力中起有效作用的鋼纖維的平均間距決定的結(jié)論（纖維間距理論），從而開啟了這種新型復(fù)合材料的實(shí)際發(fā)展階段。到目前為止，隨著鋼纖維混凝土的普及和應(yīng)用，由于纖維在混凝土中的分布不同，主要有四種類型：鋼纖維混凝土、混合纖維混凝土、分層鋼纖維混凝土和分層混合纖維混凝土。
二.鋼纖維混凝土的加固機(jī)理
1.復(fù)合材料力學(xué)理論。復(fù)合材料力學(xué)理論以連續(xù)纖維復(fù)合材料理論為基礎(chǔ)，結(jié)合鋼纖維在混凝土中的分布特點(diǎn)。在該理論中，復(fù)合材料被視為纖維為一相、基體為另一相的兩相復(fù)合材料。
2.纖維間距理論。纖維間距理論，也稱為抗裂理論，是基于線彈性斷裂力學(xué)提出的。該理論認(rèn)為，纖維的增強(qiáng)效果只與均勻分布的纖維間距（最小間距）有關(guān)。
三．鋼纖維混凝土發(fā)展現(xiàn)狀分析
1.鋼纖維混凝土。鋼纖維混凝土是在普通混凝土中加入少量低碳鋼、不銹鋼和玻璃鋼纖維而形成的一種相對均勻、多向的鋼筋混凝土。鋼纖維的摻量一般為1%～2%（體積），每立方米混凝土按重量計(jì)摻70～100kg鋼纖維。鋼纖維的長度應(yīng)為25～60mm，直徑應(yīng)為0.25～1.25mm，長度與直徑的最佳比例應(yīng)為50～700。與普通混凝土相比，它不僅能提高混凝土的抗拉、抗剪、抗彎、耐磨、抗裂性能，而且能大大提高混凝土的斷裂韌性和抗沖擊性能，顯著提高結(jié)構(gòu)的抗疲勞性和耐久性，尤其是韌性可提高10～20倍。比較了我國鋼纖維混凝土與普通混凝土的力學(xué)性能。當(dāng)鋼纖維含量為15%～20%，水灰比為0.45時(shí)，抗拉強(qiáng)度提高50%～70%，彎曲強(qiáng)度提高120%～180%，沖擊強(qiáng)度提高10～20倍，沖擊疲勞強(qiáng)度提高15～20倍、彎曲韌性提高14～20倍。因此，鋼纖維混凝土比素混凝土具有更好的物理力學(xué)性能。
2.混合纖維混凝土。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，鋼纖維對混凝土抗壓強(qiáng)度沒有顯著的促進(jìn)作用，甚至降低混凝土抗壓強(qiáng)度；與素混凝土相比，對于鋼纖維混凝土的抗?jié)B性、耐磨性、抗沖擊性和耐磨性以及防止混凝土早期塑性收縮，有積極的看法和消極的看法（增加和減少），甚至有中間的看法。此外，鋼纖維混凝土還存在用量大、價(jià)格高、銹蝕、幾乎不耐火災(zāi)爆裂等問題，不同程度地影響了其應(yīng)用。近年來，國內(nèi)外一些學(xué)者開始關(guān)注混雜纖維混凝土（HFRC），試圖將具有不同性能和優(yōu)勢的纖維混合在一起，相互借鑒，在不同水平和荷載階段發(fā)揮“正混雜效應(yīng)”，增強(qiáng)混凝土的各種性能，以滿足不同工程的需要。然而，就其各種力學(xué)性能，特別是疲勞變形和疲勞損傷，在靜、動載荷和恒幅或變幅循環(huán)載荷下的變形發(fā)展規(guī)律和損傷特性，纖維的最佳摻量和配合比，復(fù)合材料成分之間的關(guān)系，增強(qiáng)效果和增強(qiáng)機(jī)理，抗疲勞性能，破壞機(jī)理和施工工藝等方面，配合比設(shè)計(jì)問題還有待進(jìn)一步研究。
3.分層鋼纖維混凝土。單片纖維混凝土不易攪拌均勻，纖維易結(jié)塊，纖維用量大，成本相對較高，影響了其廣泛應(yīng)用。通過大量的工程實(shí)踐和理論研究，提出了一種新型的鋼纖維結(jié)構(gòu)——層鋼纖維混凝土。少量鋼纖維均勻分布在路面板的上下表面，中間仍是素混凝土層。LSFRC中的鋼纖維通常是手動或機(jī)械分配的。鋼纖維較長，長徑比一般在70~120之間，呈二維分布。在不影響力學(xué)性能的情況下，這種材料不僅大大減少了鋼纖維的用量，而且避免了整體纖維混凝土攪拌過程中纖維團(tuán)聚的現(xiàn)象。此外，鋼纖維層在混凝土中的位置對混凝土的抗彎強(qiáng)度有很大影響。混凝土底部的鋼纖維層加固效果最好。隨著鋼纖維層位置的上移，加固效果顯著下降。LSFRC的抗彎強(qiáng)度比相同配合比的素混凝土高35%以上，略低于整體鋼纖維混凝土。然而，LSFRC可以節(jié)省大量的材料成本，并且不存在混合困難的問題。因此，LSFRC是一種具有良好社會經(jīng)濟(jì)效益和廣闊應(yīng)用前景的新型材料，值得在路面施工中推廣應(yīng)用。
4.分層混合纖維混凝土。層間混合纖維增強(qiáng)混凝土（LHFRC）是在LSFRC的基礎(chǔ)上加入0.1%聚丙烯纖維，在上層、下層鋼纖維混凝土和中層素混凝土中均勻分布大量高抗拉強(qiáng)度、高極限伸長率的細(xì)短聚丙烯纖維而成的復(fù)合材料。它可以克服LSFRC中間素混凝土層的弱點(diǎn)，防止表面鋼纖維磨損后的安全隱患。LHFRC能顯著提高混凝土的抗彎強(qiáng)度。與素混凝土相比，素混凝土的抗彎強(qiáng)度提高了約20%，與LSFRC相比，其抗彎強(qiáng)度增加了2.6%，但對混凝土的彎曲彈性模量影響不大。LHFRC的彎曲彈性模量比素混凝土高1.3%，比LSFRC低0.3%。LHFRC還可以顯著提高混凝土的彎曲韌性，其彎曲韌性指數(shù)約為素混凝土的8倍和LSFRC的1.3倍。此外，由于LHFRC中兩種或兩種以上纖維在混凝土中的性能不同，根據(jù)工程需要，可以利用合成纖維和鋼纖維在混凝土的正混合效應(yīng)，大大提高材料的延展性、耐久性、韌性、抗裂強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，提高材料質(zhì)量，延長材料的使用壽命。
----摘要（《山西建筑》第38卷第11期，陳慧卿）