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針對鋼纖維作用機理進行分析說明
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2014-06-20 17:51:09
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作者：重慶鋼纖維
在鋼纖維基體開裂后，試件的拉伸變形主要來自初始裂縫的不斷張開，在斷裂面處SFRC通過纖維繼續(xù)把載荷傳遞給未開裂的部分，這樣，材料的力學(xué)性能就完全取決于纖維與基體界面的結(jié)合強度。隨裂縫不斷張開，纖維橋聯(lián)纖維也不斷被拔出，基體在阻礙纖維拔出的過程中，主要靠纖維-基體界面間的粘結(jié)力(包括粘著與剪摩約束兩種作用)及纖維的異形造成的機械抗力。HAREX纖維由于是銑削工藝制作的，表面粗糙，而武東纖維的波紋狀體形也相當(dāng)于增大了纖維拔出過程中的摩擦，故在這兩種纖維拔出過程中，摩擦力(包括動摩擦與彈性剪摩約束兩種作用)起主要阻抗作用；而DRAMIX和浙蕭纖維兩種弓形纖維，由于其存在的彎鉤段，在纖維拔出過程中又額外提供了機械抗力。
取單根直線型短纖維(HAREX及武東)分析，假設(shè)斷裂面垂直于拉應(yīng)力方向，纖維沿拉應(yīng)力方向分布，其拔出過程主要包括兩步：首先，隨裂縫不斷地張開，纖維-基體界面首先從基體斷裂面處產(chǎn)生破壞，隨后沿纖維表面向基體內(nèi)部擴展，此時基體通過粘結(jié)破壞段的動摩擦作用與未破壞段的彈性剪摩作用來對纖維的拔出實施阻力。當(dāng)界面破壞至纖維端點后，纖維與混凝土之間的粘結(jié)已完全失效，纖維進入動態(tài)拔出過程，此時纖維只受到基體給予的動摩擦作用，故在我們觀察到的SFRC試驗全曲線后期，載荷與裂縫張開度之間有很好的線性關(guān)系.而對于弓形纖維(DRAMIX及浙蕭)，當(dāng)纖維-基體界面粘結(jié)破壞至纖維端點時，由于纖維末端存在異形彎鉤，纖維在繼續(xù)拔出過程中，要克服該彎鉤段拔出所需的機械抗力，而且該作用力是在拔出后期起主要作用的，所以該類SFRC在破壞后期能夠表現(xiàn)出較大的韌性。
從試驗結(jié)果來看，試件斷裂面形狀極不規(guī)則，分布有幾十根沿各種方向分布的纖維。纖維-基體界面上除了上述3種作用(動摩、剪摩、機械抗力)外，由于纖維與裂縫面不正交造成的纖維自身彎曲變形，同樣增加了基體對纖維的機械阻拔作用[10]。然而從另一個角度上說，纖維對斷裂區(qū)域混凝土的局部作用也因此大大增強了，再加上纖維的交錯分布，使斷裂面附近區(qū)域混凝土材料受力極不均衡，由此而形成的應(yīng)力集中不斷造成骨料和砂漿碎片的剝落損傷現(xiàn)象(對于增韌型纖維尤甚)，第二峰值的出現(xiàn)過程很有可能與大顆粒骨料的剝落有關(guān)。這雖然形成了一定的能量消耗，但同時也造成了斷裂區(qū)域處應(yīng)力、應(yīng)變的釋放，減弱了鋼纖維的增韌效果。一般情況下，該區(qū)域的厚度與所摻纖維長度的半長以及所用骨料的最大粒徑有關(guān)。詳細、定量的機理分析，是作者研究工作的后續(xù)。
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