纤维增强混凝土
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复合材料机理的出发点是复合材料构成的加和原理， 将纤维增强混凝土看做是纤维强化的多相体系，其性 能是各项性能的加和值，并应用加和原理来推定纤维 混凝土的抗拉和抗弯强度。该机理用于混凝土时有如 下假设：
纤维与水泥基材均呈弹性变形； 纤维沿着应力作用方向排列，并且是连续的； 纤维、基材与纤维混凝土发生相同的变形值； 纤维与水泥基材的粘结良好，二者不发生滑动。
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2）按纤维增强混凝土的性能分类 普通纤维混凝土（如普通钢纤维混凝土、玻璃纤维混
凝土） 高性能增强混凝土（如流浆浸渍钢纤维混凝土、纤维
增强活均匀
体系、纤维增强宏观无缺陷水泥等）
6
三、纤维在混凝土中的作用
在混凝土中掺入均匀分布的纤维后，明显提高混凝 土的性能。纤维在混凝土中主要起着以下三方面的 作用： （1）阻裂作用 （2）增强作用 （3）增韧作用
纤维混凝土
学生：唐晶晶 张亚楠
1
主要内容
一、概述 二、纤维混凝土的发展与分类 三、纤维在混凝土中的作用 四、纤维增强机理 五、常用的纤维混凝土 六、纤维混凝土在工程中的应用
2
一、概述
纤维混凝土，或称纤维增 强混凝土是以水泥浆、砂 浆或混凝土为基材，以非 连续的短纤维或连续的长 纤维作为增强材料，均匀 地掺合在混凝土中而组成 的一种新型水泥基复合材 料的总称，是兴起于20世 纪后半叶的一种新型土木 工程材料。
由于拉力的作用，裂缝的端部产生应力集中系数k1, 。当裂缝扩展至纤维与基材的过渡区时，由于纤维的 拉伸应力所引起的粘结应力与k1方向相反的应力集中 系数k2，故总的应力集中系数下降为k1-k2.所以，混 凝土的初裂强度得以提高。
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SUCCESS
THANK YOU
2020/1/31
复合材料机理
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五、常用的纤维混凝土
工程中常用的纤维混凝土有钢纤维混凝土、玻璃纤维混 凝土、合成纤维混凝土。
钢纤维混凝土
普通钢纤维混凝土的纤维体积率在1%—2%之间，较之 普通混凝土，抗拉强度提高40%—80%，抗弯强度提高 60%—120%，抗剪强度提高50%一100%，钢纤维混凝土 的抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度，随着纤维掺量的 提高而明显增加，对提高受弯构件的承载能力，起很 大作用。
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（3）增韧作用
纤维混凝土在荷载作用下，即使混凝土发生开裂，纤 维还可横跨裂缝承受拉应力并可使混凝土具有良好的 韧性。韧性是表征材料抵抗变形性能的重要指标，一 般用混凝土的荷载—挠度曲线或拉应力—应变曲线下 的面积来表示的。
13
另外，还可提高和改善混凝土的抗冻性、抗渗性以及 耐久性等性能。
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钢纤维混凝土的抗压强度，随着纤维掺量的增加而稍 有增加，一般在0—25%之间，但抗压韧性却大幅度提 高。钢纤维混凝土的破坏改变了混凝土脆性破坏的形 式，由脆性破坏变为近似于延性断裂，在断裂前出现 较大变形，裂缝扩展速度较慢，提高了混凝土的韧性 和抗裂性。
在动荷载作用下，钢纤维混凝土在裂缝扩展时，首先 是钢纤维克服基材的粘结力而被拔出，或是钢纤维达 到屈服而被拉断。这都需要消耗大量的能量。因此， 钢纤维混凝土能提高抗冲击性能。
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四、纤维增强机理
对于混凝土中均匀而任意分布的短纤维对混凝土的增 强机理，存在两种不同的理论解释：美国人提出的纤 维间距机理；英国人提出的复合材料机理。
连续长纤维增强混凝土的理论主要是从复合材料力学 基础上发展出来的，包括多缝开裂理论、混合率法则 等。
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纤维间距机理
机理认为:混凝土内部原来就存在缺陷，要提高这种 材料的强度，必须尽可能减小缺陷的程度，提高材料 的韧性，降低内部裂缝尖端部的应力集中系数。
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（1）阻裂作用
纤维可阻碍混凝土中微裂缝的产生与扩展，这种阻裂 作用既存在于混凝土的未硬化的塑性阶段，也存在于 混凝土的硬化阶段。
水泥基体在浇注后的24 h内抗拉强度低，若处于约束 状态，当其所含水分急剧蒸发时，极易生成大量裂缝， 此时，均匀分布于混凝土中的纤维可承受因塑性收缩 引起的拉应力，从而阻止或减少裂缝的生成。
耐碱玻璃纤维：提高玻璃纤维的耐碱蚀能力，提高耐久 性。（原因：与其它纤维相比,玻璃纤维易被水泥中的 水化产物腐蚀）
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分类
1）按纤维配置方式分 乱向短纤维增强混凝土。短纤维呈乱向的2维和3维分
布。（玻璃纤维混凝土、石棉纤维混凝土、普通钢纤 维混凝土等） 连续长纤维（或网布）增强混凝土。长纤维呈1维或2 维定向分布。（如长玻璃纤维混凝土、长碳纤维混凝 土） 连续长纤维和乱向短纤维复合增强混凝土 不同尺度不同性质的纤维增强混凝土
混凝土硬化后，若仍处于约束状态，因周围环境温度 与湿度的变化而使干缩引起的拉应力超过其抗拉强度 时，也极易生成大量裂缝，在此情况下纤维仍可阻止 或减少裂缝的生成。
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（2）增强作用
混凝土不仅抗拉强度低，而且因存在内部缺陷而往往 难于保证。当混凝土中加入适量的纤维后，可使混凝 土的抗拉强度、弯拉强度、抗剪强度及疲劳强度等有 一定的提高。
钢纤维混凝土的轴心抗压强度、受压弹性模量和泊松 比与普通混凝土相比，均相差不多；但钢纤维混凝土 20 的极限应变大于普通混凝土。
玻璃纤维混凝土
玻璃纤维增强混凝土,是在混凝土基体中均匀分散一定 比例的特定玻璃纤维，使混凝土的韧性得到改善，抗弯 性抗压比得到提高的一种特种混凝土。
组成材料：
玻璃纤维混凝土的原材料与普通混凝土有很大的区别：
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二、发展与分类
纤维混凝土的发展
钢纤维混凝土研究时间最早，应用的也最广泛。20 世纪70年代，钢纤维混凝土的研究发展很快，且碳、 玻璃、石棉等高弹性纤维混凝土，尼龙、聚丙烯、 植物等低弹性纤维混凝土的研制也引起了各国的关 注。就目前情况来看，钢纤维混凝土在大面积混凝 土工程中应用最为成功。玻璃纤维、聚丙烯纤维在 混凝土中的应用也取得一定的经验，较多的应用于 管道、楼板、楼梯、梁、电线杆等。纤维混凝土由 于抗疲劳和抗冲击性能良好，预计将来在抗震建筑 中也会得到广泛应用。
纤维与水泥基材均呈弹性变形； 纤维沿着应力作用方向排列，并且是连续的； 纤维、基材与纤维混凝土发生相同的变形值； 纤维与水泥基材的粘结良好，二者不发生滑动。
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2）按纤维增强混凝土的性能分类 普通纤维混凝土（如普通钢纤维混凝土、玻璃纤维混
凝土） 高性能增强混凝土（如流浆浸渍钢纤维混凝土、纤维
增强活均匀
体系、纤维增强宏观无缺陷水泥等）
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三、纤维在混凝土中的作用
在混凝土中掺入均匀分布的纤维后，明显提高混凝 土的性能。纤维在混凝土中主要起着以下三方面的 作用： （1）阻裂作用 （2）增强作用 （3）增韧作用
纤维混凝土
学生：唐晶晶 张亚楠
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主要内容
一、概述 二、纤维混凝土的发展与分类 三、纤维在混凝土中的作用 四、纤维增强机理 五、常用的纤维混凝土 六、纤维混凝土在工程中的应用
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一、概述
纤维混凝土，或称纤维增 强混凝土是以水泥浆、砂 浆或混凝土为基材，以非 连续的短纤维或连续的长 纤维作为增强材料，均匀 地掺合在混凝土中而组成 的一种新型水泥基复合材 料的总称，是兴起于20世 纪后半叶的一种新型土木 工程材料。
由于拉力的作用，裂缝的端部产生应力集中系数k1, 。当裂缝扩展至纤维与基材的过渡区时，由于纤维的 拉伸应力所引起的粘结应力与k1方向相反的应力集中 系数k2，故总的应力集中系数下降为k1-k2.所以，混 凝土的初裂强度得以提高。
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SUCCESS
THANK YOU
2020/1/31
复合材料机理
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五、常用的纤维混凝土
工程中常用的纤维混凝土有钢纤维混凝土、玻璃纤维混 凝土、合成纤维混凝土。
钢纤维混凝土
普通钢纤维混凝土的纤维体积率在1%—2%之间，较之 普通混凝土，抗拉强度提高40%—80%，抗弯强度提高 60%—120%，抗剪强度提高50%一100%，钢纤维混凝土 的抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度，随着纤维掺量的 提高而明显增加，对提高受弯构件的承载能力，起很 大作用。
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（3）增韧作用
纤维混凝土在荷载作用下，即使混凝土发生开裂，纤 维还可横跨裂缝承受拉应力并可使混凝土具有良好的 韧性。韧性是表征材料抵抗变形性能的重要指标，一 般用混凝土的荷载—挠度曲线或拉应力—应变曲线下 的面积来表示的。
13
另外，还可提高和改善混凝土的抗冻性、抗渗性以及 耐久性等性能。
19
钢纤维混凝土的抗压强度，随着纤维掺量的增加而稍 有增加，一般在0—25%之间，但抗压韧性却大幅度提 高。钢纤维混凝土的破坏改变了混凝土脆性破坏的形 式，由脆性破坏变为近似于延性断裂，在断裂前出现 较大变形，裂缝扩展速度较慢，提高了混凝土的韧性 和抗裂性。
在动荷载作用下，钢纤维混凝土在裂缝扩展时，首先 是钢纤维克服基材的粘结力而被拔出，或是钢纤维达 到屈服而被拉断。这都需要消耗大量的能量。因此， 钢纤维混凝土能提高抗冲击性能。
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四、纤维增强机理
对于混凝土中均匀而任意分布的短纤维对混凝土的增 强机理，存在两种不同的理论解释：美国人提出的纤 维间距机理；英国人提出的复合材料机理。
连续长纤维增强混凝土的理论主要是从复合材料力学 基础上发展出来的，包括多缝开裂理论、混合率法则 等。
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纤维间距机理
机理认为:混凝土内部原来就存在缺陷，要提高这种 材料的强度，必须尽可能减小缺陷的程度，提高材料 的韧性，降低内部裂缝尖端部的应力集中系数。
10
（1）阻裂作用
纤维可阻碍混凝土中微裂缝的产生与扩展，这种阻裂 作用既存在于混凝土的未硬化的塑性阶段，也存在于 混凝土的硬化阶段。
水泥基体在浇注后的24 h内抗拉强度低，若处于约束 状态，当其所含水分急剧蒸发时，极易生成大量裂缝， 此时，均匀分布于混凝土中的纤维可承受因塑性收缩 引起的拉应力，从而阻止或减少裂缝的生成。
耐碱玻璃纤维：提高玻璃纤维的耐碱蚀能力，提高耐久 性。（原因：与其它纤维相比,玻璃纤维易被水泥中的 水化产物腐蚀）
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分类
1）按纤维配置方式分 乱向短纤维增强混凝土。短纤维呈乱向的2维和3维分
布。（玻璃纤维混凝土、石棉纤维混凝土、普通钢纤 维混凝土等） 连续长纤维（或网布）增强混凝土。长纤维呈1维或2 维定向分布。（如长玻璃纤维混凝土、长碳纤维混凝 土） 连续长纤维和乱向短纤维复合增强混凝土 不同尺度不同性质的纤维增强混凝土
混凝土硬化后，若仍处于约束状态，因周围环境温度 与湿度的变化而使干缩引起的拉应力超过其抗拉强度 时，也极易生成大量裂缝，在此情况下纤维仍可阻止 或减少裂缝的生成。
11
（2）增强作用
混凝土不仅抗拉强度低，而且因存在内部缺陷而往往 难于保证。当混凝土中加入适量的纤维后，可使混凝 土的抗拉强度、弯拉强度、抗剪强度及疲劳强度等有 一定的提高。
钢纤维混凝土的轴心抗压强度、受压弹性模量和泊松 比与普通混凝土相比，均相差不多；但钢纤维混凝土 20 的极限应变大于普通混凝土。
玻璃纤维混凝土
玻璃纤维增强混凝土,是在混凝土基体中均匀分散一定 比例的特定玻璃纤维，使混凝土的韧性得到改善，抗弯 性抗压比得到提高的一种特种混凝土。
组成材料：
玻璃纤维混凝土的原材料与普通混凝土有很大的区别：
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二、发展与分类
纤维混凝土的发展
钢纤维混凝土研究时间最早，应用的也最广泛。20 世纪70年代，钢纤维混凝土的研究发展很快，且碳、 玻璃、石棉等高弹性纤维混凝土，尼龙、聚丙烯、 植物等低弹性纤维混凝土的研制也引起了各国的关 注。就目前情况来看，钢纤维混凝土在大面积混凝 土工程中应用最为成功。玻璃纤维、聚丙烯纤维在 混凝土中的应用也取得一定的经验，较多的应用于 管道、楼板、楼梯、梁、电线杆等。纤维混凝土由 于抗疲劳和抗冲击性能良好，预计将来在抗震建筑 中也会得到广泛应用。