却是钢纤维混凝土力学性能的重要领域之一。依据线弹性 利用钢纤维拔出破坏机制。即由于钢纤维的阻裂增强作用， 断裂力学的基本观点，即关于临界应力强度因子（数值上 使钢纤维混凝土在破坏前有大范围的缓慢稳定裂缝扩展，裂 等于断裂韧度 。 ）造成裂缝快速扩展并引起最终断裂的观 缝尖端存在微裂缝扩展，以及裂缝尖端存在微裂区或裂缝过 点已被引入到研究钢纤维混凝土的断裂过程及破坏现象， 渡区。由此我们得出一些结论。 并据此提出了许多断裂模型。然而，目前直接将线弹性断 （１）掺人一定量钢纤维，可改善混凝土的断裂性能，有 裂力学应用于钢纤维混凝土研究存在不少问题，尤其是断 效地降低了材料脆性。有利于扩大混凝土的应用范围。 裂韧度是否能正确表征钢纤维混凝土的抗裂能力。故此， （２）断裂能更能准确评价钢纤维混凝土的断裂性能，线 使用ＩＮＳＴＲＯＮ万能试验机测试普通混凝土和钢纤维混凝土 弹性断裂参数 。 仅在材料可视为弹性材料条件下才具有相 的断裂全过程，确定钢纤维混凝土的断裂参数，对更好地 对意义。 认识和研究钢纤维混凝土有一定意义。 （３）采用异形钢纤维增强混凝土，由于抗拔力的构成 混凝土断裂参数不仅是评定混凝土性能优劣的指标， 不同，较平直纤维增强混凝土具有更高的抗破坏能力。 也是对混凝土断裂行为进行数值分析不可缺少的输人参数。 （４）钢纤维混凝土增韧机制主要依赖于钢纤维拔出破 线弹性断裂模型主要由断裂韧度表示材料抵抗裂缝扩展的 坏机制。在于钢纤维扩大了断裂过程区。 能力。而许多非线性断裂模型则依赖于断裂能这一参数， 断裂能指的是裂缝扩展单位面积所消耗的能量，它与断裂 ５钢纤维混凝土在工程中的应用 特征密切相关。对材料脆性，目前国内外还没有一个统一 ５．１支护工程 的明确的定义。而脆性则更不好衡量。尽管如此，Ｈｉｌｌｅｒ－ 钢纤维混凝土由于抗拉、抗弯、抗剪强度高，能承受 ｂｏｒｇ的特征长度ｆ 仍可在一定程度上定性地反映混凝土脆 较大的围岩和土体的变形作用而保持良好的整体性，因此 性的大小。 可用于隧洞支护、山体护坡等工程。如浙江省开化县齐溪 美国材料与试验学会ＡＳＴＭ提供了测定断裂参数的标 水电站有压隧洞在两个工程段内采用喷射钢纤维混凝土衬 准方法，采用有足够刚度的试验机，避免在试件破坏过程 砌，使围岩能在较大程度上发挥作用，减少了衬砌厚度， 中试验释放大量的能量，混凝土的应力一应变曲线会出现 由原来的钢筋混凝土衬砌厚度５００ ｍｍ减至钢纤维混凝土喷 明显的下降段，即可得到应力一应变全曲线，由此依据以 衬厚度６０ ｍｍ，省去了钢筋加工和绑扎工程量，同时不需立 下公式计算出Ｋ Ｃ 。 模和回填灌浆，造价由每米１ １７５元减至３９８元，施工工作 Ｐ ÷ｌ／（ｂｈ） 量减少３／４。工程至今正常运行。 ５．２储水、防渗、输水管道工程 式中：Ｐ为最大荷载；Ｌ为跨度；ｂ为梁宽； 为梁高；ｏ为 钢纤维混凝土由于抗裂性能好、收缩率低，因而防水、 切口深度； 孚ｌ为函数值，可通过查表得到，也可通过计算 防渗性能较好，可用于低压输水管、蓄水池、地下室防渗 公式得出。 等工程。而在储水和防渗结构中钢纤维混凝土可作防水层， 詈）：２、９（詈）１／２—４．６（詈）３ｔ２＋２・、８（詈） 一 有时也可兼作结构层代替钢筋混凝土。如浙江省余姚岭水 库混凝土坝面多次出现裂缝、下游面局部出现渗水，在混 ３７．６、 ａ）＋３８・７＼ ａ） 凝土面层采用喷射钢纤维混凝土，厚度５０ ｒｎｌｎ，达到了防 渗效果。与高频振荡钢丝网水泥砂浆防渗面板相比，具有 ＧＦ＝（ ＋－￣ｇＳｏ）／Ａ。 工艺简单、施工方便、造价低等优点。 式中： 为荷载一挠度曲线下的面积；ｍ为梁跨自重；岛 ５．３ 高速水流冲刷磨损部位 为梁断裂时最大挠度值；Ａ。为梁的韧带面积；ｇ为重力加速 钢纤维混凝土具有较高的抗冲磨、抗气蚀能力，因此 度。 可用于溢洪道、消力池、闸底板等承受高速水流作用的部 脆性指标ｔ 按下式计算： 位。如：大渡河支流南桠河石棉二级电站，该电站是引水 ｔ ｈ＝ＧＦ、 式径流电站，１９６５年建成发电。当年汛期后，冲砂闸底板 式中：Ｅ为弹性模量；Ｇ 为断裂能 为抗拉强度。 和护坦被冲成深槽，最深处达０．７ ｍ，埋设的２８ ｍｍ钢筋 脆性指标越大，材料的脆性越小。 全部磨断，１９６８年和１９６９年先后两次用辉绿岩铸石板、环 ４ 钢纤维混凝土的增韧机理 氧混凝土、呋喃混凝土进行修补加固对比试验，除环氧混 凝土在一个汛期内磨损１Ｏ一５０ ｒｎｌｎ外（后来也被冲毁了）， 水泥基复合材料的破坏过程，主要存在三种破坏机制， 其余材料不到一个汛期全部被砸碎冲掉。１９７７年在毁坏处 即水泥石基体中的破坏机制（如微裂缝屏蔽机制）、集料偏转 采用硅锰渣铸石板、改性环氧砂浆、胶乳水泥砂浆、ＭＣ尼 裂缝破坏机制和拔出破坏机制。利用这些机制，增加断裂过 龙板、高强混凝土、钢纤维混凝土等材料进行补强试验， 程中的能量耗散是降低材料脆性、改变混凝土断裂特性的主 结果表明钢纤维混凝土是较好的抗冲耐磨材料。 要措施。增加能量耗散有两种方式：强的分散相使裂缝受阻 ５．４处于腐蚀环境中的构件 并产生裂缝偏转；薄弱的缺陷（微集料、界面）在裂缝扩展过 钢纤维混凝土具有良好的耐腐蚀性能，可用于海水等 程中的引发而耗能。钢纤维混凝土增韧属第三种方式，主要 腐蚀环境中的闸门、输水管道等构件的防蚀层或结构层。 四川建筑第２７卷２期２００７．０４ ２１９ 维普资讯 http://www.cqvip.com
５．５动力荷裁作用部位和抗震结构节点 二期，杭州市德胜坝闸门门体等。钢纤维混凝土在以上工 由于钢纤维混凝土具有较高的抗拉强度、断裂韧性和 程应用均取得良好效果。 抗疲劳等性能，因此，可用于承受动力荷载的机墩、抗震 结构的框架节点等部位。 ６结束语 ５．６复杂应力部位 目前钢纤维混凝土在应用中主要的问题是钢纤维生产 钢纤维混凝土中的钢纤维一般呈三维乱向分布，沿每 成本较高，造成钢纤维混凝土初始造价较高。为了使钢纤 个方向都有增强和增韧作用。钢纤维对混凝土结构复杂应 维混凝土得到广泛应用，一方面，应努力降低钢纤维生产 力区增强是非常有利的，而且容易浇筑成型，比钢筋更能 成本从而降低钢纤维混凝土的造价；另一方面，在应用 适应各种复杂的结构形式。此外，钢纤维限制混凝土裂缝 时，不应只计一次性投资，而应考虑钢纤维混凝土的优越 的作用也是钢筋不能相比的。因此，可用于大坝内廊道、 使用性能、较低的维修费和使用寿命延长等综合经济效 泄水孔等孔口复杂应力区和牛腿等受弯构件的抗剪以及板 益。 的抗冲切部位等。 ５．７部分应用钢纤维混凝土的水利水电工程 参考文献 浙江省文成县百丈际水电站引水隧洞、葛洲坝二江泄 ［１］赵国藩，彭少民．钢纤维混凝土结构［Ｍ］．中国建筑工业出版 水闸、三门峡泄水排砂底孔、贵州乌江渡水电站、江西大 社． 港水电站的工程修补，湖南省永川市向阻坝渡槽局部槽身 ［２］ 中国力学学会英斯特朗材料试验协作委员会．第二届学术交流 加强，浙江省玉环县四海闸闸槽二期，三峡临时船闸闸槽 会论文集［ｃ］．无锡，１９９６． （上接第２１７页） 承载能力。 少开采砂石对生态环境的破坏； 在土壤酶的上述特点和作用原理下，土颗粒不再具有 （９）施工速度快，可较传统工艺节约３０％左右的工 亲水性，从而变为非常理想的０ ０７４ ｍｍ以下的级配材料。 期。 它可以与砂石混和成为很好的筑路材料，并且填补了传统 筑路工艺的细级配料的不足，使级配理想，压实度大为提 ３工程应用成果 高，工后使用效果更好。 根据土壤酶的技术特点，我们首先将该技术应用于成 ２．３新技术优点 都某住宅小区道路的建设。基层工后１０天，弯沉值为７２， 根据土壤酶的工作原理，利用该新技术筑路有以下优 （１／１００ ｍｍ），较传统工艺提高４７％，为此将该小区沥青面 点。 层从８０ ｍｍ直接减薄为４０ ｍｍ，使用至今已一年余，效果 （１）强度随道路投入使用时间增长而不断增强。强度 非常好。此后我们先后将该工艺在住宅小区、景区、矿区、 曲线峰值出现在工后３０—１８０天，且随后呈保持稳势； 国道、乡村公路、市政道路等不同等级的道路中应用，取 （２）抗渗性好，较传统基层高３０倍左右。可以有效保 得了良好的工程应用效果及社会效益，并在实际工程应用 持自身结构并保护路基，增加道路的使用寿命； 中，经现场检测证明了上述技术优点的完整性。现举一项 （３）在土壤酶的不断催化作用下，使粘土不断分散成 测试结果加以说明，基层施工后７日，弯沉值普遍低于８６， 不亲水的０．０７５ ｍｍ以下的微小颗粒。使级配更佳，压实度 （１／１００ ｍｍ），１５天后普遍低于６７，（１／１００ ｍｍ），其它室 大大提高，混合料的最大干密度可提高５％一１０％； 内及现场检测数据应编写施工规范要求，在这里不便赘述。 （４）节约造价１０％一２０％，同时工后维护费可节约 ５０％一７０％： ４总结 （５）基层弯沉值较传统工艺大大降低，通常小于９０， 通过近２０余条路的建设应用，证明土壤酶固化基 （１／１００ ｍｍ）； 层的施工工艺完全适用于各种等级的道路。鉴于我国的 （６）与沥青有良好亲和性，针对沥青面层道路节约投 现有国情，笔者建议先在住宅（或单位）小区道路、低 资更佳； 等级公路中应用并能节约可观的建设资金。待明年上半 （７）既可作为道路基层，也可以作为低等级道路面层 年规范编制完毕后，完全可以在高等级公路中使用，使 （基层和面层二合一，比如景区路、乡镇路）； 用效果较传统工艺为好，又可以一定程度上弥补道路建 （８）环保。可以就地使用土壤，节约投资并可大大减 设的资金缺口。 四川建筑第２７卷２期２００７．０４
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