技术报告——钢纤维混凝土
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（1） （2） （3） （4）
f ftm, f f ftm /(1 0.25 f ) N e 0.057
0.0516 f ftm, f f ftm (1 0.22 f ) / N e
Ne——标准轴载作用下的等效疲劳循环次数 上述公式适用：（1）民用机场、（2）军用机场
（3）公路路面、（4）码头铺面
尺寸：
a）钢纤维的长度或标称长度宜为20~60mm， 钢纤维的直径或等效直径宜为0.3~1.2mm， 钢纤维的长径比宜为30~100。 b）在高速铁路、工业地坪等工程领域，也可采 用标称长度在10mm~15mm或100mm~120mm的钢 纤维或其他规格型号产品，但应根据工程对钢纤维 混凝土性能的要求，通过必要的试验确定其配合比 和施工工艺。
收缩、徐变性能
Swamy试验，ρf=1.0%、l/d=50 28天、180天 收缩降低50％左右。 持荷80天，在0.55弯拉强度下 受拉面徐变降低58～69％，受压面降低12～17％。
纤维分布均匀性的影响很大，确保混凝土拌合物的均匀 性和施工性能，防止纤维结团和分布不均十分重要。
0.8 11.0
钢纤维混凝土JG/T3064-1999 纤维混凝土试验方法标准CECS13:2009 纤维混凝土结构技术规程CECS38:2004 纤维混凝土应用技术规程JGJ/T221-2010
技术报告：钢纤维混凝土
2.钢纤维混凝土的特性
增强、增韧、阻裂；钢纤维做为微筋材 防止和减少早期收缩裂缝，同时提高抗裂性和降低荷载裂缝宽度
构件正截面承载力计算：
• 基本计算模型可采用有关混凝土结构设计规范的规定，但应考虑 极限状态时受拉区钢纤维混凝土的残余拉应力。 • 截面上受拉区钢纤维混凝土的残余拉应力可简化为等效矩形应力 分布图形，受拉区高度xt和残余拉应力fftu分别按下别公式计算：
x xt h 1
式中
f
ftu
f t tu f
抗冲切钢纤维混凝土配置范围
≥h ≥h
钢纤维混凝土
≥h
≥h
冲切破坏锥体斜面线
x x/ β 1
M
f py Ap fyAs Ap As b
ap a
as
fftu
a
xt
h0 h
• 钢纤维对梁受剪承载力提高主要来自下列因素：
斜裂缝上钢纤维作为微筋材的桥架作用，保持 一定拉力并增大了骨料的咬合力，降低了箍筋 的拉应力。 钢纤维使纵筋和箍筋的粘结力和握裹力提高， 延缓了裂缝附近钢筋的粘结滑移，增大了纵筋 的销栓作用，特别是钢纤维的存在可以延缓甚 至避免纵筋保护层剥离，使销栓作用得以维持。
C20~C45
C50~C80 C20~C45 C50~C80 C20~C45 C50~C80
0.55
0.63 0.70 0.84 0.52 0.62
0.79
0.93 0.92 1.10 0.73 0.91
耐疲劳性能
f ftm, f f ftm (0.944 0.077l g N e 0.12 f ) f ftm, f f ftm (0.885 0.0631 l g N e 0.12 f )
增大了受压区混凝土的极限压应变，提高了压 区的抗压能力和直剪能力。
钢纤维对梁抗剪的影响 f=0 f=1.0%
钢纤维混凝土梁剪切破坏延性提高
构件受剪承载力计算
V V fcs V p
V p 0.05N po
Asv V fcs 0.7 f t bh0 (1 v f ) 1.25 h0 s Asv 1.75 V fcs f t bh0 (1 v f ) f yv h0 1 s
技术报告：钢纤维混凝土
3.钢纤维
类型—生产工艺
3 7 2
1
4 5
4 5
8
7
2
7 6 （c） （a）
（a）
（b）
（d
4
4
5 7
4
4
5
8
8
5 7
6
5
6
9
9
） （b）
（c）（c）
（d） （d）
b）按材质：碳钢型、低合金钢型和不锈钢型。 c）按形状：平直形和异形。异形钢纤维可分为压痕形、 波形、端钩形、大头形和不规则麻面形等。 d）按抗拉强度： 400级（抗拉强度不小于400MPa，小于700MPa）、 700级（抗拉强度不小于700MPa，小于1000MPa）、 1000级（抗拉强度不小于1000MPa，小于1300MPa）、 1300级（抗拉强度不小于1300MPa，小于1700MPa）、 1700级（抗拉强度不小于1700MPa）。
钢纤维混凝土抗震框架节点 35~60 钢纤维混凝土铁路轨枕 超高强钢纤维混凝土 路面、桥面 工业地坪 30~35 10-15 30-60 30-60
钢纤维混凝土应采用连续级配粗骨料，其最大粒径不宜大于26.5mm 和钢纤维长度的3/4。
钢纤维品种、掺量选择主要从以下两个方面考虑：
施工性能：钢纤维分散性、拌合物的和易性、流动性 纤维混凝土力学性能：阻裂、增强、增韧 光、直、粗、短，对施工性能有利 麻、钩、细、长，对阻裂、增强、增韧有利 需要综合考虑
1—钢纤维普通混凝土，2—层布式，3—二级配 3—钢纤维高强混凝土，3—钢纤维超高强混凝土
1.1
S
1.0
0.9
1 2 3 4 5
S=0.944-0.077lgNe+0.12λ f S=0.972-0.057lgNe S=1.000-0.063lgNe S=1.039-0.072lgNe S=0.989-0.057lgNe
0.8
Байду номын сангаас
0.7 0.6 0.5
1
2
3
4
5
6
lgNe
• 第一类结构设计方法：不改变混凝土结构计算模 式，将混凝土参数用钢纤维参数代替
R R ff , ak
式中 R（…） ——构件承载力函数，按有关混凝 土结构设计规范的规定采用； ff ——钢纤维混凝土的强度设计值； ak ——几何参数标准值；
例：配筋构件受弯正截面抗裂计算
M f ftkW0
• 结构设计方法第二类：按混凝土结构模式稍作修改， 引入考虑钢纤维影响的修正项
R Rf fc , fs , ak , f ,f
Rf（…）——以有关混凝土结构设计规范规定的承 载力函数为基础，并考虑钢纤维影响的钢纤维混凝 土构件的承载力函数； fc——据钢纤维混凝土强度等级按有关混凝土结 构设计规范确定的混凝土强度设计值； fs——钢筋强度设计值； βf ——钢纤维对承载力的影响系数。
钢纤维体积率应根据设计要求确定，且不应小于0.35%。使用 高强度（700级）异形钢纤维时，钢纤维体积率一般不应小于 0.25%，应用于工业地坪时，钢纤维体积率不应低于0.20%。
按假定质量密度法确定钢纤维混凝土配合比材料用量时，可按 下列公式计算：
mco mwo ms0 mg0 1 f mcp
5.钢纤维混凝土结构设计方法
钢纤维混凝土抗拉强度计算模式
f ftk ftk (1 t f )
f ftm = ftm (1 +a ml f )
f f l f / d f
fftk、 fftm ——钢纤维混凝土的抗拉、抗弯强度； ftk、ftm——不考虑钢纤维的影响按钢纤维混凝土的强度等 级确定的基体抗拉、抗弯强度； λf ——钢纤维的含量特征参数。 αt、 αtm——钢纤维对抗拉、抗弯强度的影响系数。
弯拉强度（Mpa）
10.0 9.0 8.0 7.0 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80
分散系数
0.7
0.6
0.5
1.0
1.5
2.0
钢纤维体积率（%）
分散系数
弯曲韧性
初裂
A
C
E G
初裂
A
C E G 10.5δ F H
荷载
T δ 3δ B 5.5δ D
10.5δ F H
荷载
3δ δ O' B
技术报告：钢纤维混凝土
4.钢纤维混凝土的配制
钢纤维几何参数参考范围
工程类别 一般浇筑钢纤维混凝土 钢纤维喷射混凝土 长 度 （ mm ） 直径（等效直径）（mm） 长径比 20~60 20~35 0.3~0.9 0.3~0.8 0.3~0.9 0.3~0.6 0.15-0.2 0.3-0.9 0.6-1.2 30~80 30~80 50~80 50~70 65-100 50-100 50-100
钢纤维对混凝土抗拉强度、弯拉强度的影响系数
钢纤维品种 纤维外形 基体强度等级 C20~C45 C50~C80 C20~C45 C50~C80 at 0.76 1.03 0.42 0.46 atm 1.13 1.25 0.68 0.75
钢丝切断型
端钩形
平直形
钢板剪切型 异形 钢锭铣削型 熔抽异型 端钩形 异形
V ——构件斜截面上最大剪力设计值； Vfcs ——构件斜截面上钢纤维混凝土和箍筋的受剪承载 力设计值； Vp ——由预应力所提高的构件受剪承载力设计值； Np0 ——计算截面积上混凝土法向预应力等于零时的纵向 预应力及非预应力筋的合力，按(GB50010)规定计算。
• 冲切强度计算
F l 0 . 7 h f t (1 p ) u m h 0
25
耐腐蚀性能
改变钢筋混凝土电化锈蚀状态，降低裂缝宽度，对防 止钢筋锈蚀有利； 海滨暴露10年，碳化深度小于5mm，钢纤维锈蚀限于 表面，不胀裂，强度不降低； 日本钢铁俱乐部用钢纤维混凝土做海中钢管桩保护 层，10年无锈，相同条件下钢筋混凝土已锈； 大水灰比、低强度混凝土钢纤维锈蚀后强度降低。
• 影响纤维增强效果的因素有： 基体强度 纤维体积率 纤维长径比 纤维与基体的粘结强度：纤维形状、基体强度 纤维排列方向：与应力方向的角度 纤维分布的均匀性：骨料粒径影响、拌合均匀性
钢纤维混凝土增强随体积率、长径比提高
长径比30～80，纤维体积率0～2.0％： 抗压强度 0～15％ 抗拉强度 0～80％ 弯拉强度 0～150％
技术报告
钢纤维混凝土
华北水利水电大学：赵顺波
技术报告：钢纤维混凝土 提纲： 1.现行规范 2.钢纤维混凝土的特性 3.钢纤维 4.钢纤维混凝土的配制 5.钢纤维混凝土结构设计方法 6.钢纤维混凝土的工程应用
技术报告：钢纤维混凝土
1.现行规范
钢纤维混凝土（ steel fiber reinforced concrete—SFRC）：在水泥基混凝土中均匀 掺入乱向分布的短钢纤维形成的复合材料。
ms 0 s 100% ms 0 mg 0 mf 0
mfo 7800f
搅拌时，可采用将钢纤维和粗细骨料、水泥先干拌，而后加水湿拌 的方法或采用在混合料拌合过程中加入钢纤维拌合的方法。 当钢纤维体积率较高或混凝土强度等级在C50以上时，可适当延长 搅拌时间。
技术报告：钢纤维混凝土
βh ——截面高度影响系数，当h≤80mm时，取βh=1.0；当 h≥2000mm时，βh=0.9；中间内插； um ——临界截面的周长，取为距局部荷载或集中荷载作 用面积周边h0/2处的周长； βp ——钢纤维对冲切承载力的影响系数，对于剪切平直 型纤维可取βp=0.45，当采用粘结性能好的纤维并有试 验依 据时，可提高βp的值。
x ——截面受压区高度； β1 ——等效矩形应力图形受压区高度与中性轴到受压边 缘距离的比值，按（GB50010）确定； βtu ——钢纤维对受拉区钢纤维混凝土抗拉作用的 影响 系数
• 矩形截面受弯承载力计算
ffc
a' s
p a' a'
f'A' y s ( p0'-f'p y )A'p
A's
A'p
25 水流速度：37m/s 0 20 40 60 80 100 暴露时间 （h） 120 140
抗冻性能
5
重量损失率（%）
0
200
400
冻融循环（8次/日） 600 800 1000
1200
1400
10 15
t 0% t 2% t 1%
t 1% t 2%
20
普通混凝土 加气混凝土（含气量5.0-5.8%） W/C=0.5
5.5δ D
O O'
应变
（a）凹面向上
应变
（b）凸面向上
破坏时吸收的能量（kN-m）
冲击性能
2.0
异形纤维 lf/df=60
1.5
1.0
圆直纤维 0.5×0.5×30mm
0.5
0
0.5
1.0
1.5
f (%)
2.0
抗冲磨性能
100 47h破坏 75 普通混凝土 钢纤维混凝土 50 138h破坏
f ftm, f f ftm /(1 0.25 f ) N e 0.057
0.0516 f ftm, f f ftm (1 0.22 f ) / N e
Ne——标准轴载作用下的等效疲劳循环次数 上述公式适用：（1）民用机场、（2）军用机场
（3）公路路面、（4）码头铺面
尺寸：
a）钢纤维的长度或标称长度宜为20~60mm， 钢纤维的直径或等效直径宜为0.3~1.2mm， 钢纤维的长径比宜为30~100。 b）在高速铁路、工业地坪等工程领域，也可采 用标称长度在10mm~15mm或100mm~120mm的钢 纤维或其他规格型号产品，但应根据工程对钢纤维 混凝土性能的要求，通过必要的试验确定其配合比 和施工工艺。
收缩、徐变性能
Swamy试验，ρf=1.0%、l/d=50 28天、180天 收缩降低50％左右。 持荷80天，在0.55弯拉强度下 受拉面徐变降低58～69％，受压面降低12～17％。
纤维分布均匀性的影响很大，确保混凝土拌合物的均匀 性和施工性能，防止纤维结团和分布不均十分重要。
0.8 11.0
钢纤维混凝土JG/T3064-1999 纤维混凝土试验方法标准CECS13:2009 纤维混凝土结构技术规程CECS38:2004 纤维混凝土应用技术规程JGJ/T221-2010
技术报告：钢纤维混凝土
2.钢纤维混凝土的特性
增强、增韧、阻裂；钢纤维做为微筋材 防止和减少早期收缩裂缝，同时提高抗裂性和降低荷载裂缝宽度
构件正截面承载力计算：
• 基本计算模型可采用有关混凝土结构设计规范的规定，但应考虑 极限状态时受拉区钢纤维混凝土的残余拉应力。 • 截面上受拉区钢纤维混凝土的残余拉应力可简化为等效矩形应力 分布图形，受拉区高度xt和残余拉应力fftu分别按下别公式计算：
x xt h 1
式中
f
ftu
f t tu f
抗冲切钢纤维混凝土配置范围
≥h ≥h
钢纤维混凝土
≥h
≥h
冲切破坏锥体斜面线
x x/ β 1
M
f py Ap fyAs Ap As b
ap a
as
fftu
a
xt
h0 h
• 钢纤维对梁受剪承载力提高主要来自下列因素：
斜裂缝上钢纤维作为微筋材的桥架作用，保持 一定拉力并增大了骨料的咬合力，降低了箍筋 的拉应力。 钢纤维使纵筋和箍筋的粘结力和握裹力提高， 延缓了裂缝附近钢筋的粘结滑移，增大了纵筋 的销栓作用，特别是钢纤维的存在可以延缓甚 至避免纵筋保护层剥离，使销栓作用得以维持。
C20~C45
C50~C80 C20~C45 C50~C80 C20~C45 C50~C80
0.55
0.63 0.70 0.84 0.52 0.62
0.79
0.93 0.92 1.10 0.73 0.91
耐疲劳性能
f ftm, f f ftm (0.944 0.077l g N e 0.12 f ) f ftm, f f ftm (0.885 0.0631 l g N e 0.12 f )
增大了受压区混凝土的极限压应变，提高了压 区的抗压能力和直剪能力。
钢纤维对梁抗剪的影响 f=0 f=1.0%
钢纤维混凝土梁剪切破坏延性提高
构件受剪承载力计算
V V fcs V p
V p 0.05N po
Asv V fcs 0.7 f t bh0 (1 v f ) 1.25 h0 s Asv 1.75 V fcs f t bh0 (1 v f ) f yv h0 1 s
技术报告：钢纤维混凝土
3.钢纤维
类型—生产工艺
3 7 2
1
4 5
4 5
8
7
2
7 6 （c） （a）
（a）
（b）
（d
4
4
5 7
4
4
5
8
8
5 7
6
5
6
9
9
） （b）
（c）（c）
（d） （d）
b）按材质：碳钢型、低合金钢型和不锈钢型。 c）按形状：平直形和异形。异形钢纤维可分为压痕形、 波形、端钩形、大头形和不规则麻面形等。 d）按抗拉强度： 400级（抗拉强度不小于400MPa，小于700MPa）、 700级（抗拉强度不小于700MPa，小于1000MPa）、 1000级（抗拉强度不小于1000MPa，小于1300MPa）、 1300级（抗拉强度不小于1300MPa，小于1700MPa）、 1700级（抗拉强度不小于1700MPa）。
钢纤维混凝土抗震框架节点 35~60 钢纤维混凝土铁路轨枕 超高强钢纤维混凝土 路面、桥面 工业地坪 30~35 10-15 30-60 30-60
钢纤维混凝土应采用连续级配粗骨料，其最大粒径不宜大于26.5mm 和钢纤维长度的3/4。
钢纤维品种、掺量选择主要从以下两个方面考虑：
施工性能：钢纤维分散性、拌合物的和易性、流动性 纤维混凝土力学性能：阻裂、增强、增韧 光、直、粗、短，对施工性能有利 麻、钩、细、长，对阻裂、增强、增韧有利 需要综合考虑
1—钢纤维普通混凝土，2—层布式，3—二级配 3—钢纤维高强混凝土，3—钢纤维超高强混凝土
1.1
S
1.0
0.9
1 2 3 4 5
S=0.944-0.077lgNe+0.12λ f S=0.972-0.057lgNe S=1.000-0.063lgNe S=1.039-0.072lgNe S=0.989-0.057lgNe
0.8
Байду номын сангаас
0.7 0.6 0.5
1
2
3
4
5
6
lgNe
• 第一类结构设计方法：不改变混凝土结构计算模 式，将混凝土参数用钢纤维参数代替
R R ff , ak
式中 R（…） ——构件承载力函数，按有关混凝 土结构设计规范的规定采用； ff ——钢纤维混凝土的强度设计值； ak ——几何参数标准值；
例：配筋构件受弯正截面抗裂计算
M f ftkW0
• 结构设计方法第二类：按混凝土结构模式稍作修改， 引入考虑钢纤维影响的修正项
R Rf fc , fs , ak , f ,f
Rf（…）——以有关混凝土结构设计规范规定的承 载力函数为基础，并考虑钢纤维影响的钢纤维混凝 土构件的承载力函数； fc——据钢纤维混凝土强度等级按有关混凝土结 构设计规范确定的混凝土强度设计值； fs——钢筋强度设计值； βf ——钢纤维对承载力的影响系数。
钢纤维体积率应根据设计要求确定，且不应小于0.35%。使用 高强度（700级）异形钢纤维时，钢纤维体积率一般不应小于 0.25%，应用于工业地坪时，钢纤维体积率不应低于0.20%。
按假定质量密度法确定钢纤维混凝土配合比材料用量时，可按 下列公式计算：
mco mwo ms0 mg0 1 f mcp
5.钢纤维混凝土结构设计方法
钢纤维混凝土抗拉强度计算模式
f ftk ftk (1 t f )
f ftm = ftm (1 +a ml f )
f f l f / d f
fftk、 fftm ——钢纤维混凝土的抗拉、抗弯强度； ftk、ftm——不考虑钢纤维的影响按钢纤维混凝土的强度等 级确定的基体抗拉、抗弯强度； λf ——钢纤维的含量特征参数。 αt、 αtm——钢纤维对抗拉、抗弯强度的影响系数。
弯拉强度（Mpa）
10.0 9.0 8.0 7.0 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80
分散系数
0.7
0.6
0.5
1.0
1.5
2.0
钢纤维体积率（%）
分散系数
弯曲韧性
初裂
A
C
E G
初裂
A
C E G 10.5δ F H
荷载
T δ 3δ B 5.5δ D
10.5δ F H
荷载
3δ δ O' B
技术报告：钢纤维混凝土
4.钢纤维混凝土的配制
钢纤维几何参数参考范围
工程类别 一般浇筑钢纤维混凝土 钢纤维喷射混凝土 长 度 （ mm ） 直径（等效直径）（mm） 长径比 20~60 20~35 0.3~0.9 0.3~0.8 0.3~0.9 0.3~0.6 0.15-0.2 0.3-0.9 0.6-1.2 30~80 30~80 50~80 50~70 65-100 50-100 50-100
钢纤维对混凝土抗拉强度、弯拉强度的影响系数
钢纤维品种 纤维外形 基体强度等级 C20~C45 C50~C80 C20~C45 C50~C80 at 0.76 1.03 0.42 0.46 atm 1.13 1.25 0.68 0.75
钢丝切断型
端钩形
平直形
钢板剪切型 异形 钢锭铣削型 熔抽异型 端钩形 异形
V ——构件斜截面上最大剪力设计值； Vfcs ——构件斜截面上钢纤维混凝土和箍筋的受剪承载 力设计值； Vp ——由预应力所提高的构件受剪承载力设计值； Np0 ——计算截面积上混凝土法向预应力等于零时的纵向 预应力及非预应力筋的合力，按(GB50010)规定计算。
• 冲切强度计算
F l 0 . 7 h f t (1 p ) u m h 0
25
耐腐蚀性能
改变钢筋混凝土电化锈蚀状态，降低裂缝宽度，对防 止钢筋锈蚀有利； 海滨暴露10年，碳化深度小于5mm，钢纤维锈蚀限于 表面，不胀裂，强度不降低； 日本钢铁俱乐部用钢纤维混凝土做海中钢管桩保护 层，10年无锈，相同条件下钢筋混凝土已锈； 大水灰比、低强度混凝土钢纤维锈蚀后强度降低。
• 影响纤维增强效果的因素有： 基体强度 纤维体积率 纤维长径比 纤维与基体的粘结强度：纤维形状、基体强度 纤维排列方向：与应力方向的角度 纤维分布的均匀性：骨料粒径影响、拌合均匀性
钢纤维混凝土增强随体积率、长径比提高
长径比30～80，纤维体积率0～2.0％： 抗压强度 0～15％ 抗拉强度 0～80％ 弯拉强度 0～150％
技术报告
钢纤维混凝土
华北水利水电大学：赵顺波
技术报告：钢纤维混凝土 提纲： 1.现行规范 2.钢纤维混凝土的特性 3.钢纤维 4.钢纤维混凝土的配制 5.钢纤维混凝土结构设计方法 6.钢纤维混凝土的工程应用
技术报告：钢纤维混凝土
1.现行规范
钢纤维混凝土（ steel fiber reinforced concrete—SFRC）：在水泥基混凝土中均匀 掺入乱向分布的短钢纤维形成的复合材料。
ms 0 s 100% ms 0 mg 0 mf 0
mfo 7800f
搅拌时，可采用将钢纤维和粗细骨料、水泥先干拌，而后加水湿拌 的方法或采用在混合料拌合过程中加入钢纤维拌合的方法。 当钢纤维体积率较高或混凝土强度等级在C50以上时，可适当延长 搅拌时间。
技术报告：钢纤维混凝土
βh ——截面高度影响系数，当h≤80mm时，取βh=1.0；当 h≥2000mm时，βh=0.9；中间内插； um ——临界截面的周长，取为距局部荷载或集中荷载作 用面积周边h0/2处的周长； βp ——钢纤维对冲切承载力的影响系数，对于剪切平直 型纤维可取βp=0.45，当采用粘结性能好的纤维并有试 验依 据时，可提高βp的值。
x ——截面受压区高度； β1 ——等效矩形应力图形受压区高度与中性轴到受压边 缘距离的比值，按（GB50010）确定； βtu ——钢纤维对受拉区钢纤维混凝土抗拉作用的 影响 系数
• 矩形截面受弯承载力计算
ffc
a' s
p a' a'
f'A' y s ( p0'-f'p y )A'p
A's
A'p
25 水流速度：37m/s 0 20 40 60 80 100 暴露时间 （h） 120 140
抗冻性能
5
重量损失率（%）
0
200
400
冻融循环（8次/日） 600 800 1000
1200
1400
10 15
t 0% t 2% t 1%
t 1% t 2%
20
普通混凝土 加气混凝土（含气量5.0-5.8%） W/C=0.5
5.5δ D
O O'
应变
（a）凹面向上
应变
（b）凸面向上
破坏时吸收的能量（kN-m）
冲击性能
2.0
异形纤维 lf/df=60
1.5
1.0
圆直纤维 0.5×0.5×30mm
0.5
0
0.5
1.0
1.5
f (%)
2.0
抗冲磨性能
100 47h破坏 75 普通混凝土 钢纤维混凝土 50 138h破坏