论文部分内容阅读
【摘 要】对钢纤维混凝土中钢纤维对混凝土各项性能的改善进行了研究，分析了钢纤维对混凝土的各项力学性能、收缩以及抗冻性能的影响。
【关键词】钢纤维；混凝土；性能
Effect of Steel Fiber on Properties of Concrete
Jiang Zuo-jie
(School of Architecture and Civil Engineering, Hulunbeier University Inner MongoliaHailaer 021008)
【Abstract】The role of steel fiber in improving compressive of SFRC has been researched in this pape,and introduces the impact of steel fiber on concrete's mechanical property,shrinkage and frost resistance.
【Key words】Steel fiber；Concrete；Property
钢纤维增强混凝土(简称SFRC)是近30年来迅速发展起来的一种新型复合材料。在普通混凝土中加入适量的钢纤维不仅能改善抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能，而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能，显著提高结构的疲劳性能及其耐久性，加上它施工简便,且材料性价比好，因此在道路路面、桥面、混凝土枕轨、机场跑道、抗震抗爆结构等土建工程中应用日益广泛［1］。本文主要研究钢纤维对混凝土各方面性能的影响。
1. 钢纤维对混凝土力学性能的影响
1.1 钢纤维对混凝土抗压强度的影响。
混凝土的抗压强度主要取决于混凝土的基本性能，加入钢纤维对其影响不大，有时甚至因纤维的存在，是混凝土的和易性变差，内部界面微裂缝增多，抗压强度有所降低。但是，钢纤维改变了混凝土抗压破坏的形式，破坏后碎而不散，抗压韧性有明显提高，另外，钢纤维混凝土抗压强度的尺寸效应比普通混凝土更加显著［2］。
钢纤维混凝土可看成是由基相和分散相组成的多相复合材料，其力学性能受基相和分散相及其结合面力学性能的影响。由于浇注时期混凝土的泌水作用和干燥期间水泥浆的收缩受到骨料的限制，这些隐藏的结合面就逐渐形成微裂缝，即所谓骨料界面处的粘结裂缝。复合材料受荷后，这些微裂缝进一步发展，从界面到砂浆、水泥石、扩展为宏观裂缝，其破坏过程就是其裂缝的产生、扩展和失稳的过程。
混凝土内部众多裂缝尖端的应力集中是引起混凝土基体开裂的原因，而随着裂缝发展程度的不同，其全过程可分为弹性阶段、裂缝稳定扩展阶段、裂缝失稳扩展阶段、纤维拔出阶段。相应地，根据钢纤维混凝土材料组织结构的体系水平和裂缝发展程度，其破坏可分为四级，第一级为混凝土破坏，其对应于应力应变关系中弹性阶段的末端，此时砂浆和骨料结合面上的裂纹开始稳定、缓慢的发展。但由于骨料对钢纤维有边壁效应，钢纤维平行骨料边壁分布，与界面裂缝平行，起不到阻裂增强作用，此时对应的应力称之为不连续点强度活称为开裂强度。第二级为砂浆破坏，其对应于裂缝稳定扩展段的末端，此时裂缝扩展进入砂浆、砂和硬化水泥浆的结合面发生解体破坏，从而导致裂缝扩展即将进入硬化的水泥浆、跨越裂缝的钢纤维开始起增强作用，使裂缝扩展的速度减慢，但结构内裂缝体系开始变得不稳定，释放的应变足以使裂缝自行扩展直到材料完全破坏，随变形增加，达到混凝土的极限强度（抗压强度），进入第三级破坏，即硬化水泥浆体的解体破坏，此时裂缝迅速失稳扩展、宏观裂缝随之增长，横过裂缝的钢纤维有效地阻止裂缝的发展，使结构韧性增加。第四级为纤维拔出破坏，随宏观裂缝的增大，钢纤维逐渐拔出。综上分析可知，钢纤维的增强作用只有在钢纤维混凝土结构达到抗压强度之后，裂缝扩展到水泥石之中才得以充分发挥作用，这就是钢纤维加入后对抗压强度提高不大、抗压韧性有很大改善的根本原因。
1.2钢纤维对混凝土抗剪强度的影响。
1.2.1钢纤维特性对混凝土抗剪强度的影响。
钢纤维自身的特性对钢纤维混凝土的抗剪强度有一定影响。钢纤维的自身特性主要有钢纤维的类型、形状、长径比以及自身强度等。在抗剪破坏过程中，由于破坏形态的特殊性，钢纤维的微销栓作用对混凝土的抗剪强度产生了一定的影响，截面刚度和等效直径对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响变得更加显著［3］。
在基体强度相同时,铣削端钩形纤维对抗剪强度的增强效果最好。这是因为铣削型钢纤维的等效直径较大，并且纤维截面刚度和自身强度较高。另外铣削型纤维有一个侧面特别粗糙，与基体的粘结非常牢固。再加上该纤维的两端弯钩的存在，均使铣削型纤维对高强混凝土抗剪强度的改善能力大大增强。对于剪切端钩形纤维和剪切长直形纤维，其纤维均为剪切型,纤维截面为矩形，等效直径相近，纤维的表面粗糙程度也很相似，这两种纤维对高强混凝土抗剪强度的改善作用非常接近。.但剪切端钩形纤维由于其两端弯钩的存在，并且自身强度要高于剪切长直形纤维，其对混凝土抗剪强度的提高作用要略优于剪切长直形纤维。
冷拉钢丝切断型纤维的断面是圆形的，其等效直径是这几种纤维中最小的，且该纤维的表面非常光滑。尽管其自身强度非常高，而且两端设有坚固的弯钩，但该种纤维对混凝土抗剪强度的改善作用在这4种纤维中是最弱的。由此可见钢纤维横断面性质对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响非常大。钢纤维的其他自身性质对钢纤维高强混凝土抗剪强度也有一定的影响。
1.2.2钢纤维掺量对混凝土抗剪强度的影响。
钢纤维的掺量是影响钢纤维混凝土抗剪强度的另一个重要因素。随着钢纤维体积掺率的增加，钢纤维高强混凝土的抗剪强度逐步增高。在混凝土基体强度升高以后,提高钢纤维掺量对钢纤维混凝土抗剪强度的改善作用有减弱的趋势，但不明显。
随着钢纤维掺量的增大，钢纤维混凝土的剪切破坏明显由完全脆性破坏向半脆性破坏发展。由于钢纤维的存在，混凝土开裂之后，能继续保留一定的承载能力。
钢纤维的横断面性质对钢纤维混凝土抗剪强度的影响很大［3］。另外钢纤维的其他自身性质，如在纤维身长或两端的变形、纤维自身强度、纤维表面的粗糙程度等，对钢纤维混凝土抗剪强度也有较大影响。随着钢纤维体积掺率的增加，钢纤维混凝土的抗剪强度逐步增高。在混凝土基体强度较高时，提高钢纤维掺量对钢纤维高强混凝土抗剪强度的改善作用有所减弱。
1.3钢纤维对混凝土弯曲性能的影响。
1.3.1钢纤维体积分数对弯曲韧性的影响。
当基体混凝土强度相同时，钢纤维混凝土的抗弯初裂强度和极限强度随着纤维体积分数的增大而提高，弯曲荷载-挠度曲线随着纤维体积分数的增大而趋于丰满，达到峰值荷载的变形能力也不断增加，在荷载-挠度曲线的下降段由陡直渐趋平缓而能够继续承受较大的荷载，呈现出更大的持荷变形能力，使高强钢纤维混凝土的破坏形态由脆性破坏转变为韧性破坏［4］。
同样，钢纤维混凝土的弯曲韧性指数随着钢纤维体积分数的提高而增大，并接近于理想弹塑性材料的韧性指数值。钢纤维混凝土的弯曲承载力变化系数随纤维体积分数的增加而增大，表明了随着纤维体积含量的增大，钢纤维混凝土弯曲韧性趋于理想弹塑性材料。
1.3.2 钢纤维类型对弯曲韧性的影响。
钢纤维与混凝土基体的粘结力直接影响钢纤维对混凝土的增强、增韧和阻裂效果。由于钢纤维与基体的粘结性能起到阻止混凝土裂缝引发、扩散和吸收大量能量的作用，使混凝土开裂前后的性态发生根本性变化，从而改善了混凝土的变形性能［5］。
2. 钢纤维对混凝土收缩的影响
“收缩”简单地说，就是混凝土失水造成体积缩小的现象。严格地说，它是三维的变形，但通常以线性变形表示。通常所谓收缩，是指混凝土暴露在相对湿度小于100%的空气中产生“干燥收缩”的简称。混凝土干燥失水造成收缩是引起混凝土结构开裂而直接影响结构服役寿命的主要原因之一。钢纤维能够有效地抑制混凝土收缩，钢纤维抑制混凝土收缩的原因主要有以下2点：一是钢纤维在基体中能够形成均匀分布的、间距较小的纤维网络，所以当基体因失水收缩而引起收缩应力时，纤维网络起到了抑制收缩的作用，大大提高了钢纤维混凝土的限缩能力，同时也避免了收缩裂缝的产生；二是在钢纤维混凝土中,由于钢纤维的阻裂效应可以减少混凝土结构形成过程中原生裂缝的引发和次生裂缝的扩展，所以在一定程度上也减小了因毛细管压力而产生的收缩。钢纤维对混凝土的阻裂限缩作用将有利于混凝土耐久性的改善［6］。
然而由于环境的作用，混凝土还会产生许多其他种类的收缩变形。混凝土的收缩主要包括：化学减缩、干燥收缩、自收缩、温度收缩、塑性收缩和碳化收缩。上述各种收缩，它们彼此独立地发生或者同时出现。这些收缩的发生有一个主要的原因，即混凝土内部水分的迁移和散失。混凝土中加入一定量的钢纤维后，均匀分布的短细纤维在混凝土内部形成了复杂的三维乱向体系，不仅可以有效抑制混凝土中的骨料下沉，提高混凝土的匀质性，减少其固有缺陷，而且可以阻隔水分溢出的通道，减少或延缓水分的散失。此外，钢纤维能改善混凝土收缩性能的另一个原因是它可以改善混凝土的微观结构，掺入纤维后不仅累计水分损失比不掺时要小，且孔隙结构也出现了明显的变化，与不掺纤维的试件相比，孔隙结构中多了一些直径较大的孔，较大毛细孔使毛细孔的压力减小，从而能减少水分外逸。
3. 钢纤维对混凝土抗冻性能的影响
钢纤维混凝土在冻融循环过程中，由于温度的变化，在混凝土内形成温度应力场。钢纤维混凝土的基体组成部分的热膨胀系数不同，在温度应力作用下变形不协调，导致在混凝土内部界面产生拉应力，影响了界面的黏结性状。钢纤维体积率的增大，增加了混凝土内的界面,这些界面是混凝土的薄弱环节。当冻融次数不大时，钢纤维与砂浆的黏结性状良好，钢纤维能有效地发挥阻裂增强作用，减少裂缝源的数量和裂缝的宽度。所以，在冻融次数较低时，随钢纤维体积率的增加，使混凝土强度下降的幅度降低。随着冻融次数的进一步增大，混凝土的结构状态由冻融前的堆积状密实体逐步变成疏松状态，而在这一过程伴随着裂缝的出现和发展，这些微裂缝的数量和宽度随着冻融过程的进展而增多和加宽。在温度应力反复作用下，界面遭到疲劳破坏，钢纤维与水泥砂浆的黏结力遭到破坏。骨料、水泥砂浆和钢纤维趋于分离。
在冻融循环过程中，当混凝土基体冻胀开裂以后，掺入混凝土基体的钢纤维开始发挥阻裂作用，缓和了混凝土内部缺陷处的应力集中现象，提高了混凝土的变形能力和韧性。另外,跨越裂缝的钢纤维仍能传递应力，继续抵抗外力。由于钢纤维与水泥砂浆的紧密结合，增大了钢纤维对水泥砂浆的影响，水灰比越低，界面黏结越强，钢纤维对混凝土影响范围也越大，阻裂能力也相应得到提高。但是钢纤维的体积率是有范围性的，过多的钢纤维体积率，大大增加了钢纤维与水泥砂浆的界面,超过一定界限，就可能产生不利影响。
随着钢纤维体积率的增加，钢纤维混凝土力学性能均得到了改善，抗冻融性能提高。相对于钢纤维混凝土的抗压强度，钢纤维对钢纤维混凝土冻融作用下抗拉性能和抗折性能改善比较显著。
4. 结论
在混凝土中加入适量的钢纤维能改善混凝土的抗拉、抗弯、抗剪等力学性能，虽然对混凝土的抗压强度提高不大，但能明显改善混凝土的抗压韧性，同时也能改善混凝土的冲击韧性和抗折疲劳强度，而且能够提高混凝土的耐久性。
参考文献
［1］ 秦鸿根,刘斯凤,孙伟,庞超明,安平,钢纤维掺量和类型对混凝土性能的影响［J］建筑材料学报2003.6(4)364-368.
［2］ 高丹盈,黄承奎,钢纤维混凝土抗压强度［J］.河南科学1991.9(2)78-84.
［3］ 杨梦,黄承奎,刘毅,钢纤维高强混凝土抗剪性能试验研究［J］大连理工大学学报.2005.45(6)842-846.
［4］ 赵顺波,孙晓燕,李长永,勾彦敏,高强钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究［J］建筑材料学报2003.6(1)95-99.
［5］ 李丽,钱春香,孙伟,高性能钢纤维混凝土抗弯性能研究［J］郑州大学学报(理学版),2009,41(2)116-119.
［6］ 程红强,高丹盈, 钢纤维混凝土的收缩性能试验研究［J］.混凝土 2009.(2)57-58.
［文章编号］1006-7619（2010）12-08-104
［作者简介］ 姜作杰（1979.04.26），男，汉族，籍贯：内蒙古扎兰屯市，讲师，工程师，主要从事建筑类专业课程教学与研究，现在北京交通大学土建学院脱产攻读硕士研究生。
【关键词】钢纤维；混凝土；性能
Effect of Steel Fiber on Properties of Concrete
Jiang Zuo-jie
(School of Architecture and Civil Engineering, Hulunbeier University Inner MongoliaHailaer 021008)
【Abstract】The role of steel fiber in improving compressive of SFRC has been researched in this pape,and introduces the impact of steel fiber on concrete's mechanical property,shrinkage and frost resistance.
【Key words】Steel fiber；Concrete；Property
钢纤维增强混凝土(简称SFRC)是近30年来迅速发展起来的一种新型复合材料。在普通混凝土中加入适量的钢纤维不仅能改善抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能，而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能，显著提高结构的疲劳性能及其耐久性，加上它施工简便,且材料性价比好，因此在道路路面、桥面、混凝土枕轨、机场跑道、抗震抗爆结构等土建工程中应用日益广泛［1］。本文主要研究钢纤维对混凝土各方面性能的影响。
1. 钢纤维对混凝土力学性能的影响
1.1 钢纤维对混凝土抗压强度的影响。
混凝土的抗压强度主要取决于混凝土的基本性能，加入钢纤维对其影响不大，有时甚至因纤维的存在，是混凝土的和易性变差，内部界面微裂缝增多，抗压强度有所降低。但是，钢纤维改变了混凝土抗压破坏的形式，破坏后碎而不散，抗压韧性有明显提高，另外，钢纤维混凝土抗压强度的尺寸效应比普通混凝土更加显著［2］。
钢纤维混凝土可看成是由基相和分散相组成的多相复合材料，其力学性能受基相和分散相及其结合面力学性能的影响。由于浇注时期混凝土的泌水作用和干燥期间水泥浆的收缩受到骨料的限制，这些隐藏的结合面就逐渐形成微裂缝，即所谓骨料界面处的粘结裂缝。复合材料受荷后，这些微裂缝进一步发展，从界面到砂浆、水泥石、扩展为宏观裂缝，其破坏过程就是其裂缝的产生、扩展和失稳的过程。
混凝土内部众多裂缝尖端的应力集中是引起混凝土基体开裂的原因，而随着裂缝发展程度的不同，其全过程可分为弹性阶段、裂缝稳定扩展阶段、裂缝失稳扩展阶段、纤维拔出阶段。相应地，根据钢纤维混凝土材料组织结构的体系水平和裂缝发展程度，其破坏可分为四级，第一级为混凝土破坏，其对应于应力应变关系中弹性阶段的末端，此时砂浆和骨料结合面上的裂纹开始稳定、缓慢的发展。但由于骨料对钢纤维有边壁效应，钢纤维平行骨料边壁分布，与界面裂缝平行，起不到阻裂增强作用，此时对应的应力称之为不连续点强度活称为开裂强度。第二级为砂浆破坏，其对应于裂缝稳定扩展段的末端，此时裂缝扩展进入砂浆、砂和硬化水泥浆的结合面发生解体破坏，从而导致裂缝扩展即将进入硬化的水泥浆、跨越裂缝的钢纤维开始起增强作用，使裂缝扩展的速度减慢，但结构内裂缝体系开始变得不稳定，释放的应变足以使裂缝自行扩展直到材料完全破坏，随变形增加，达到混凝土的极限强度（抗压强度），进入第三级破坏，即硬化水泥浆体的解体破坏，此时裂缝迅速失稳扩展、宏观裂缝随之增长，横过裂缝的钢纤维有效地阻止裂缝的发展，使结构韧性增加。第四级为纤维拔出破坏，随宏观裂缝的增大，钢纤维逐渐拔出。综上分析可知，钢纤维的增强作用只有在钢纤维混凝土结构达到抗压强度之后，裂缝扩展到水泥石之中才得以充分发挥作用，这就是钢纤维加入后对抗压强度提高不大、抗压韧性有很大改善的根本原因。
1.2钢纤维对混凝土抗剪强度的影响。
1.2.1钢纤维特性对混凝土抗剪强度的影响。
钢纤维自身的特性对钢纤维混凝土的抗剪强度有一定影响。钢纤维的自身特性主要有钢纤维的类型、形状、长径比以及自身强度等。在抗剪破坏过程中，由于破坏形态的特殊性，钢纤维的微销栓作用对混凝土的抗剪强度产生了一定的影响，截面刚度和等效直径对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响变得更加显著［3］。
在基体强度相同时,铣削端钩形纤维对抗剪强度的增强效果最好。这是因为铣削型钢纤维的等效直径较大，并且纤维截面刚度和自身强度较高。另外铣削型纤维有一个侧面特别粗糙，与基体的粘结非常牢固。再加上该纤维的两端弯钩的存在，均使铣削型纤维对高强混凝土抗剪强度的改善能力大大增强。对于剪切端钩形纤维和剪切长直形纤维，其纤维均为剪切型,纤维截面为矩形，等效直径相近，纤维的表面粗糙程度也很相似，这两种纤维对高强混凝土抗剪强度的改善作用非常接近。.但剪切端钩形纤维由于其两端弯钩的存在，并且自身强度要高于剪切长直形纤维，其对混凝土抗剪强度的提高作用要略优于剪切长直形纤维。
冷拉钢丝切断型纤维的断面是圆形的，其等效直径是这几种纤维中最小的，且该纤维的表面非常光滑。尽管其自身强度非常高，而且两端设有坚固的弯钩，但该种纤维对混凝土抗剪强度的改善作用在这4种纤维中是最弱的。由此可见钢纤维横断面性质对钢纤维高强混凝土抗剪强度的影响非常大。钢纤维的其他自身性质对钢纤维高强混凝土抗剪强度也有一定的影响。
1.2.2钢纤维掺量对混凝土抗剪强度的影响。
钢纤维的掺量是影响钢纤维混凝土抗剪强度的另一个重要因素。随着钢纤维体积掺率的增加，钢纤维高强混凝土的抗剪强度逐步增高。在混凝土基体强度升高以后,提高钢纤维掺量对钢纤维混凝土抗剪强度的改善作用有减弱的趋势，但不明显。
随着钢纤维掺量的增大，钢纤维混凝土的剪切破坏明显由完全脆性破坏向半脆性破坏发展。由于钢纤维的存在，混凝土开裂之后，能继续保留一定的承载能力。
钢纤维的横断面性质对钢纤维混凝土抗剪强度的影响很大［3］。另外钢纤维的其他自身性质，如在纤维身长或两端的变形、纤维自身强度、纤维表面的粗糙程度等，对钢纤维混凝土抗剪强度也有较大影响。随着钢纤维体积掺率的增加，钢纤维混凝土的抗剪强度逐步增高。在混凝土基体强度较高时，提高钢纤维掺量对钢纤维高强混凝土抗剪强度的改善作用有所减弱。
1.3钢纤维对混凝土弯曲性能的影响。
1.3.1钢纤维体积分数对弯曲韧性的影响。
当基体混凝土强度相同时，钢纤维混凝土的抗弯初裂强度和极限强度随着纤维体积分数的增大而提高，弯曲荷载-挠度曲线随着纤维体积分数的增大而趋于丰满，达到峰值荷载的变形能力也不断增加，在荷载-挠度曲线的下降段由陡直渐趋平缓而能够继续承受较大的荷载，呈现出更大的持荷变形能力，使高强钢纤维混凝土的破坏形态由脆性破坏转变为韧性破坏［4］。
同样，钢纤维混凝土的弯曲韧性指数随着钢纤维体积分数的提高而增大，并接近于理想弹塑性材料的韧性指数值。钢纤维混凝土的弯曲承载力变化系数随纤维体积分数的增加而增大，表明了随着纤维体积含量的增大，钢纤维混凝土弯曲韧性趋于理想弹塑性材料。
1.3.2 钢纤维类型对弯曲韧性的影响。
钢纤维与混凝土基体的粘结力直接影响钢纤维对混凝土的增强、增韧和阻裂效果。由于钢纤维与基体的粘结性能起到阻止混凝土裂缝引发、扩散和吸收大量能量的作用，使混凝土开裂前后的性态发生根本性变化，从而改善了混凝土的变形性能［5］。
2. 钢纤维对混凝土收缩的影响
“收缩”简单地说，就是混凝土失水造成体积缩小的现象。严格地说，它是三维的变形，但通常以线性变形表示。通常所谓收缩，是指混凝土暴露在相对湿度小于100%的空气中产生“干燥收缩”的简称。混凝土干燥失水造成收缩是引起混凝土结构开裂而直接影响结构服役寿命的主要原因之一。钢纤维能够有效地抑制混凝土收缩，钢纤维抑制混凝土收缩的原因主要有以下2点：一是钢纤维在基体中能够形成均匀分布的、间距较小的纤维网络，所以当基体因失水收缩而引起收缩应力时，纤维网络起到了抑制收缩的作用，大大提高了钢纤维混凝土的限缩能力，同时也避免了收缩裂缝的产生；二是在钢纤维混凝土中,由于钢纤维的阻裂效应可以减少混凝土结构形成过程中原生裂缝的引发和次生裂缝的扩展，所以在一定程度上也减小了因毛细管压力而产生的收缩。钢纤维对混凝土的阻裂限缩作用将有利于混凝土耐久性的改善［6］。
然而由于环境的作用，混凝土还会产生许多其他种类的收缩变形。混凝土的收缩主要包括：化学减缩、干燥收缩、自收缩、温度收缩、塑性收缩和碳化收缩。上述各种收缩，它们彼此独立地发生或者同时出现。这些收缩的发生有一个主要的原因，即混凝土内部水分的迁移和散失。混凝土中加入一定量的钢纤维后，均匀分布的短细纤维在混凝土内部形成了复杂的三维乱向体系，不仅可以有效抑制混凝土中的骨料下沉，提高混凝土的匀质性，减少其固有缺陷，而且可以阻隔水分溢出的通道，减少或延缓水分的散失。此外，钢纤维能改善混凝土收缩性能的另一个原因是它可以改善混凝土的微观结构，掺入纤维后不仅累计水分损失比不掺时要小，且孔隙结构也出现了明显的变化，与不掺纤维的试件相比，孔隙结构中多了一些直径较大的孔，较大毛细孔使毛细孔的压力减小，从而能减少水分外逸。
3. 钢纤维对混凝土抗冻性能的影响
钢纤维混凝土在冻融循环过程中，由于温度的变化，在混凝土内形成温度应力场。钢纤维混凝土的基体组成部分的热膨胀系数不同，在温度应力作用下变形不协调，导致在混凝土内部界面产生拉应力，影响了界面的黏结性状。钢纤维体积率的增大，增加了混凝土内的界面,这些界面是混凝土的薄弱环节。当冻融次数不大时，钢纤维与砂浆的黏结性状良好，钢纤维能有效地发挥阻裂增强作用，减少裂缝源的数量和裂缝的宽度。所以，在冻融次数较低时，随钢纤维体积率的增加，使混凝土强度下降的幅度降低。随着冻融次数的进一步增大，混凝土的结构状态由冻融前的堆积状密实体逐步变成疏松状态，而在这一过程伴随着裂缝的出现和发展，这些微裂缝的数量和宽度随着冻融过程的进展而增多和加宽。在温度应力反复作用下，界面遭到疲劳破坏，钢纤维与水泥砂浆的黏结力遭到破坏。骨料、水泥砂浆和钢纤维趋于分离。
在冻融循环过程中，当混凝土基体冻胀开裂以后，掺入混凝土基体的钢纤维开始发挥阻裂作用，缓和了混凝土内部缺陷处的应力集中现象，提高了混凝土的变形能力和韧性。另外,跨越裂缝的钢纤维仍能传递应力，继续抵抗外力。由于钢纤维与水泥砂浆的紧密结合，增大了钢纤维对水泥砂浆的影响，水灰比越低，界面黏结越强，钢纤维对混凝土影响范围也越大，阻裂能力也相应得到提高。但是钢纤维的体积率是有范围性的，过多的钢纤维体积率，大大增加了钢纤维与水泥砂浆的界面,超过一定界限，就可能产生不利影响。
随着钢纤维体积率的增加，钢纤维混凝土力学性能均得到了改善，抗冻融性能提高。相对于钢纤维混凝土的抗压强度，钢纤维对钢纤维混凝土冻融作用下抗拉性能和抗折性能改善比较显著。
4. 结论
在混凝土中加入适量的钢纤维能改善混凝土的抗拉、抗弯、抗剪等力学性能，虽然对混凝土的抗压强度提高不大，但能明显改善混凝土的抗压韧性，同时也能改善混凝土的冲击韧性和抗折疲劳强度，而且能够提高混凝土的耐久性。
参考文献
［1］ 秦鸿根,刘斯凤,孙伟,庞超明,安平,钢纤维掺量和类型对混凝土性能的影响［J］建筑材料学报2003.6(4)364-368.
［2］ 高丹盈,黄承奎,钢纤维混凝土抗压强度［J］.河南科学1991.9(2)78-84.
［3］ 杨梦,黄承奎,刘毅,钢纤维高强混凝土抗剪性能试验研究［J］大连理工大学学报.2005.45(6)842-846.
［4］ 赵顺波,孙晓燕,李长永,勾彦敏,高强钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究［J］建筑材料学报2003.6(1)95-99.
［5］ 李丽,钱春香,孙伟,高性能钢纤维混凝土抗弯性能研究［J］郑州大学学报(理学版),2009,41(2)116-119.
［6］ 程红强,高丹盈, 钢纤维混凝土的收缩性能试验研究［J］.混凝土 2009.(2)57-58.
［文章编号］1006-7619（2010）12-08-104
［作者简介］ 姜作杰（1979.04.26），男，汉族，籍贯：内蒙古扎兰屯市，讲师，工程师，主要从事建筑类专业课程教学与研究，现在北京交通大学土建学院脱产攻读硕士研究生。