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武汉新途工程新材料科技有限公司
原武汉新途工程纤维制造有限公司
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针对钢纤维作用机理进行分析说明
 

钢纤维基体开裂后,试件的拉伸变形主要来自初始裂缝的不断张开,在断裂面处SFRC通过纤维继续把载荷传递给未开裂的部分,这样,材料的力学性能就完全取决于纤维与基体界面的结合强度。随裂缝不断张开,纤维桥联纤维也不断被拔出,基体在阻碍纤维拔出的过程中,主要靠纤维-基体界面间的粘结力(包括粘着与剪摩约束两种作用)及纤维的异形造成的机械抗力。HAREX纤维由于是铣削工艺制作的,表面粗糙,而武东纤维的波纹状体形也相当于增大了纤维拔出过程中的摩擦,故在这两种纤维拔出过程中,摩擦力(包括动摩擦与弹性剪摩约束两种作用)起主要阻抗作用;而DRAMIX和浙萧纤维两种弓形纤维,由于其存在的弯钩段,在纤维拔出过程中又额外提供了机械抗力。

  取单根直线型短纤维(HAREX及武东)分析,假设断裂面垂直于拉应力方向,纤维沿拉应力方向分布,其拔出过程主要包括两步:首先,随裂缝不断地张开,纤维-基体界面首先从基体断裂面处产生破坏,随后沿纤维表面向基体内部扩展,此时基体通过粘结破坏段的动摩擦作用与未破坏段的弹性剪摩作用来对纤维的拔出实施阻力。当界面破坏至纤维端点后,纤维与混凝土之间的粘结已完全失效,纤维进入动态拔出过程,此时纤维只受到基体给予的动摩擦作用,故在我们观察到的SFRC试验全曲线后期,载荷与裂缝张开度之间有很好的线性关系.而对于弓形纤维(DRAMIX及浙萧),当纤维-基体界面粘结破坏至纤维端点时,由于纤维末端存在异形弯钩,纤维在继续拔出过程中,要克服该弯钩段拔出所需的机械抗力,而且该作用力是在拔出后期起主要作用的,所以该类SFRC在破坏后期能够表现出较大的韧性。

  从试验结果来看,试件断裂面形状极不规则,分布有几十根沿各种方向分布的纤维。纤维-基体界面上除了上述3种作用(动摩、剪摩、机械抗力)外,由于纤维与裂缝面不正交造成的纤维自身弯曲变形,同样增加了基体对纤维的机械阻拔作用[10]。然而从另一个角度上说,纤维对断裂区域混凝土的局部作用也因此大大增强了,再加上纤维的交错分布,使断裂面附近区域混凝土材料受力极不均衡,由此而形成的应力集中不断造成骨料和砂浆碎片的剥落损伤现象(对于增韧型纤维尤甚),第二峰值的出现过程很有可能与大颗粒骨料的剥落有关。这虽然形成了一定的能量消耗,但同时也造成了断裂区域处应力、应变的释放,减弱了钢纤维的增韧效果。一般情况下,该区域的厚度与所掺纤维长度的半长以及所用骨料的最大粒径有关。详细、定量的机理分析,是作者研究工作的后续。 

 
 
 
 

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