钢纤维增强混凝土建筑地坪试验研究陈世呜（同祷大学上海２０００９２）刘欣（上海贝＃尔特一二锕有限公司上海２咖９２）摘要：在混凝土地坪中适量掺人钢歼堆，可以有艘控制混蕞土裂缝，提高混凝土地坪的防裂和抗裂性能。通过对钢纤维棍疆土鼍基板的系科试验，研究在混凝土地基扳中掺＾不同数量以及不同类型的恫纤维，可使混凝土地坪的防裂和扰裂性蕾得爿量毫。并从地坪嗳收能■的观点．分折了钢纤维掘凝土地坪的极限承载力。关ｔ词：钢纤隼建筑鼍坪弯曲韧度承载力ＡＮ麒咒删衄ＮｒＡＬｇｒＵＤＹｏＦ舳ＥＬ衄耽髓矾ＦｏＲＣＥＤｃｏＮｃＲ脚Ｆ＇ＩＸｍＲＳＣｋｎＳＫｍｉ嵋ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬＧＲｏＵＮＤ（ＴｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｈａｎｇｈａｉ２０∞９２）ＨｕＸｉｎｆ＆ｍ蛐Ｂｅｋａｅｎ．Ｅ－㈣Ｃｏ．，Ｌｔｄ．ｓｌＩ∞鲥２００００９）Ａｌ恼ａ－ａｃｔ：Ｒｅｌｎｆｏｒｅｅｄｗｉｔｈｓｔｅｅｌｆｉｂｒｅｓ，ｔｈｅＩｎｔｈｅｃｒ啊ｂｉｎ弘ｄ讲—ｅｓｔｅｅｌｆｉｂｒｅｓｔｈｅ似∞瞅。Ｆ呻Ⅱｄｆｌｏｏｒｓｂｅｅ６ｅｅｔｉ＂ｌｙ如ｍｍ眦，ａｎｄｖｆｉｔｈＴｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｔｈｅｂｅｔｔｅｒｃｒａｃｋ—ｐ，∞ｆｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｐｅｘｐｅｒ．●ｓ耐岛ｏｆｔ舶ｈ帆ＳＦＲｃｇｍｕｎｄｎ∞ｎ陀ｉｎｆ，ａｃｅｄＳＦＲＣｄｉｆｆｅａｅｎｔ啉ａｎｄｄｉｆｆｅ忙ｎｔ“叼岛０ｆｂｅａｒｉｎｇｅａＶａｅｉｑｄ－ｔｈｅＳＦＲＣｃａｎ－Ⅻｏｕｔａｎｄｔｈｅａｈｏｃｒａｃｋ－ｐｒ００ｆＰ５ｂｒｍ—ｏｆｔｈｅＳ，ｏⅡｄｆｌｏｏｒｓａｒｅｍｄｌｅｃｌ＿硼埘ｎ—ａｒｅｗａ黑ｅｄｂａａｅｄ。ｎｔｈｅｖｉｅｗ０ｆ一啊ｍｈｅｏｘ州ｏｔｑ嚣ｑ＿Ｗ出：ｓｔｅｅｌｆｄｍ，ｔ山ｄｉｎｇｐ姐ｄｆｌｏｏｒⅡｅｘｕｒａｌ协埘删筠ｂｅａ她ｃａｐａｃｉｔｙ在混凝土地坪中适量掺人钢纤维，可以有效控制混凝土裂缝，提高混凝土地坪的防裂和抗裂性能。钢纤维混凝土与普通混凝土的主要区别在于：钢纤维混凝土开裂后，由于钢纤维的增强作用，对混凝土裂缝宽度起到限制，能继续承担荷载，具有良好的韧度性能。我国现行‘建筑地面设计规范＞（ＧＢ５００３７．９６）没有钢纤维混凝土设计内容，＜钢纤维混凝土结构设计与施工规程’（ＣＥＣＳ３８：９２）中有关地坪设计的条款仅将钢纤维混凝土的轴心抗拉强度代替普通混凝土的抗拉强度，采用普通混凝土地坪厚度计算公式来进行钢纤维混凝土垫层设计，在超低掺量钢纤维的情况下（体积率＜０．５％），钢纤维混凝土的抗拉强度增加值非常小，不能反映钢纤维混凝土良好的韧度特性对地坪承载能力的贡献。本文通过对钢纤维混凝土地基板的系列试验，研究混凝土地基板中掺人不同数量以及不同类型的钢纤维，可使混凝土地坪的防裂和抗裂性能得到提高。并从地坪吸收能量的观点，分析了钢纤维混凝土地坪的极限承载力。第一作者：陈世呜男１９５７年４月出生教授收稿日期：２０ＵＯ一１０—２２工业建筑２００１年第３ｌ●羊７期ｌ钢纤维增强混凝土机理和Ｄｒａｍｉｘ钢纤维参数特征在普通混凝土中掺入钢纤维，可提高原为脆性材料的混凝土的延性。钢纤维的掺人使混凝土结构在开裂后仍能继续承载，称为钢纤维混凝土的裂后效应。在混凝土出现细微裂缝后，钢纤维的增强效果才能充分发挥，在压、抗弯、剪、收缩和徐变作用下，混凝土的脆性破坏转变为受控制裂缝的缓慢增长。为了保证混凝土中掺入钢纤维的有效抗裂作用。理论上认为分布在混凝土中的钢纤维间距ｓ必须满足：３≤Ｏ．４５ｚｆ（１）式中ｌ，——钢纤维的长度。钢纤维的长径比、体积率和几何形状是决定钢纤维混凝土技术性能的重要参数。其中钢纤维的长径比与体积率确定丁混凝土中钢纤维的间距。当混万方数据 疆土中钢纤维的问距不能满足控制钢纤维最小间距的要求，钢纤维的抗裂作用就不能得到充分发挥。表１列出了本文试验采用的钢纤维类型、掺量和控制钢纤维最小问砸。寰Ｉ不同掺■相拜擎下的控■饲纤肇量小阃臣２混曩土地基板荷载试验２．１试件基本参数试验地基板的尺寸为１２０ｒａｍ厚，宽和长各为２ｍ的矩形板，混凝土采用Ｃ２５强度等级。４组试件编号和参数见表２。裹２铜拜生混簟±试件基本’数注：，ｃ为立方体抗压量度（２８ｄ赞期）。地基板下采用厚度为６０ｍｍ软木板垫层，基床系数为０．０５ＮＩｍｏ。混凝土地基板直接浇注在软木垫层上。试验采用板中心位置加集中荷载，加载位置放置一块１００ｍｘ１００ｈｍｌＸ２５ｒａｍ的钢垫板。图１为试验的加载布置。田Ｉ程麓士地基板荷羹试验加ｔ示意１一集中荷藏；２一摁疆土地基扳；２一木质地基垫层２．２地基板试验结果各地基板试件的荷载挠度曲线见图２。混凝土地基板试验结果见表３。试验结果显示：试件ＤＳｌ和试件ＤＳ２从板底出囊歼擎增强磊麓土建筑地坪试｜｜研完——陈世呜牛万 方数据蓍辚退板中心位移ｍｍ图２地基饭衙曩一位移曲线ｌ一构件Ｄ啦一麟瑚ＢＮ（３０ｋ晷／一，；２一构件ＤＳＩ—ＲＣ６５／６０ＢＮ∞叫一）；３一椅件ＰＳ一素混甏土；４一掏件船一ｘ型钢纤维（３０吲一）现裂缝发展到与板顶裂缝贯通，裂缝发展形态基本一致。钢纤维ＤｒａｍｉｘＲＣ６５／６０ＢＮ掺量为２０ｋ∥ｍ３的混凝土板试件的开裂荷载和板顶裂缝贯通时的荷载小于钢纤维ＤｉｌｌＩＩｌ；ｘＲＣ，６５／６０ＢＮ掺量为３０ｋｇ／ｍ３的混凝土板的相应荷载数值。试件ＰＳ为素混凝土构件，地基板裂缝贯通时的荷载明显低于其它掺入钢纤维的混凝土构件，地基板加载位置混凝土最终压碎，导致荷载迅速降低。试件】（ｓ为掺入３０ｋｇ／ｍ３Ｈａｒｅｘ型钢纤维的混凝土地基板。地基板裂缝贯通时的荷载大于素混凝土地基板所对应的荷载值，但低于构件ＤＳＩ和ＤＳ２的相应荷载，地基板加载位置混凝土最终冲切和压碎破坏，并导致荷载迅速降低。衰３混凝土地基板试验结果往：荷ｔ１为混凝土板周边板庇出现开裂时对应的荷ｔ数值；荷藏２为穗氍土扳四周边裂缝和援顶疆ｔ贯适时对应的荷囊数值；板中心加韧荷载；最大荷藏为试验中地基板所承受的量大荷藏值和量鲣硅坏肘所对应的荷藏数值。上述各构件的初裂荷载较接近，说明混凝土掺人钢纤维对混凝土的初裂强度基本没有影响，对地基板裂缝贯通板顶的荷载值则有显著提高。比较图２各地基板的荷载位移曲线下所包围的面积可以发现．ＤＳＩ，ＤＳ２的荷载位移曲线下所包围的面积远大３７于ＰＳ和ｘｓ的荷载位移曲线下所包围的面积，表明：掺人２０ｋｇ／ｍ３或３０ｋｇ，ｏ的ＤｒａｍｉｘＲＣ６５／６０ＢＮ钢纤维后，混凝土地基板对荷载能量的吸收耗散能力ＪＳＣＥ－ＳＦ４标准ｎ１。共进行了４组标准梁韧度试验，每组为４个试件。粱试件的编号及试验结果见表５。图３为小粱试件的荷载挠度曲线。２５显著提高。另外，板的最终破坏荷载表明，钢纤维对提高地基板的抗冲切能力有明显作用。３试验结果讨论在混凝土中掺入钢纤维，能有效提高地基板的极限承载能力（地基板板边裂缝贯通到板顶时所对应的荷载值）。试件ＤＳｌ和ＤＳ２的承载能力比试件ＸＳ的承载能力高２７％一２８％，比试件Ｐｓ的承载能力高出４２％～４３％。表４给出了当板中心位移值为ｌＯｌａｌｎ时，各组混凝土地基板的吸收能量（弯曲韧度，荷载位移曲线下包围的面积）。地基板Ｐｓ（素混凝土板）的弯曲韧度与地基板ｘｓ（旋削型钢纤维增强）的弯曲韧度基本相同，而板ＤＳｌ和ＤＳ２的弯曲韧度则分别高于板Ｐｓ的弯曲韧度的３１％和４０％。从板对荷载的能量吸收来看，在板出现开裂之前，荷载位移曲线呈线性。板开裂后，板ＰＳ（素混凝土）和板ＸＳ（掺入旋削型钢纤维增强）的荷载位移曲线随即进人非线形段，并很快达到板的极限荷载值。采用ＤｒａｍｉｘＲＣ６５／６０ＢＮ冷拉型钢纤维增强的地基板（ＤＳｌ和ＤＳ２），裂缝出现后，仍有较大的荷载增大余量。表明：钢纤维对混凝土地基板内的变形和裂缝起到有效的弥散作用，使混凝土板的荷载能量吸收能力或板的弯曲韧度显著提高。衰４地基桩的弯曲翻度Ｉ蕾■暇收值童善２０ｌ，１０５４５颦０ｌ２３挠度／ｒａｍ图３混凝土小架韧度试验一荷羹挠度曲线寰５各组小粱的弯曲强度、帮度指数和立方体混凝土抗压强度注：，ｔ为试验弯拉强度；，Ｉ为荨效弯拉强度（ＪＳＣＥＳＦ４）；ｆｏ为立方体抗压强度；异。为当试件中心挠度达到３ｍ时１００．ｆ．／ｆ“』ｓ。Ｊ１０．ｋ为弯曲纫度指数（ＡＳＴＭＣ１０１８标准）。＊为试件挠度小于３一；＊＊为三十试件挠度达到３ｍｍ。采用三十试件等效夸拉强度，｜的平均值根据日本土木工程协会的ＪＳＣＥ，ＳＦ４标准，试件组ＤＬｌ和ＤＬ２的等效弯拉强度＾分别大于ｘＬ试件组的等效弯拉强度５０％和７８％，而素混凝土试件ＰＬ则因挠度远低于ＪＳＣＥ—ＳＦ４所要求的３ｍｍ（或Ｌ／１５０，Ｌ为试件梁的跨度），不能计算该等效弯拉强度。在混凝土中掺人ＤｒａｍｉｘＲＣ６５／６０ＢＮ钢纤维后，粱的荷载挠度曲线下降段较平缓，这表明，掺人的冷拉型钢纤维，在混凝土开裂后，有助于混凝土粱对荷载能量的吸收。相比之下，试件组ＸＬ的荷载挠度曲线下降段明显低于试件组ＤＬＩ和ＤＬ２的荷载挠４钢纤维混凝土韧度评定钢纤维掺人对混凝土的增强是在混凝土出现开裂后的非线形阶段。前述地基板的荷载试验结果表明，在地基板周边板底出现开裂到裂缝贯通板顶，钢纤维对混凝土的增强作用得到了充分的体现。显然，根据钢纤维增强混凝土对变形能量的吸收或钢纤维的韧度性能指标能确切反映钢纤维对混凝土的增强作用。根据试验地基板的批量，制作了韧度试验混凝土粱标准试件。混凝土小梁的韧度试验采用三分点荷载试验，梁的跨距为４５０ｒａｍ，试验仪器为ＩｎａｔｒｏｎＭｏｄｅｌ度曲线下降部分。这也说明，试件组ＸＬ弯曲韧度（对荷载的能量吸收能力）低于试件组ＤＬｌ和ＤＬ２。根据ＡＳＴＭＣ１０１８标准”Ｊ，采用弯曲韧度指数（，），开裂时梁的挠度一般在０．０４～０．１ｍｍ，计算ｋ所对应的挠度则在０．６ｍｍ至１．５５ｒａｍ范围之问，当试件开裂时挠度接近上述下限值时，由于计算ｋ所对应的挠度值处于荷载位移曲线的下降初期阶段，采用Ｌ、，。和ｋ会较难区分两种弯曲韧度不同的材料。ＪＳＣＥ—ＳＦ４采用等效弯拉强度来评价钢纤维混凝土的弯曲韧性，是对应于挠度值为３ｍｍ时的等（下转第２０页）工业建筑２００１年第３ｌ毫第７期１３４３液压伺服式压力试验机。试验方法参照３８ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣａｎａｔｍｃｔｉｏｎ２００１．Ｖ０１．３１，Ｎｏ．７万方数据 （上接第３８页）效弯曲强度值。两者内在的联系为均反映钢纤维混凝土的弯曲韧度特性和对荷载能量吸收的能力。其差异在于ＡＳＴＭＣ１０１８标准弯曲韧度指数ｊ。ｋ值所对应是混凝土构件变形相对较小时的弯曲韧度（约在Ｌ／４５０至Ｌ／１０００之间，Ｌ为梁的跨度），而ＪＳＣＥ—ＳＦ４的等效弯拉强度则是当构件变形相对较大情况下的弯曲韧度（Ｌ／１５０）。图４为根据粱的弯曲韧度试验曲线绘出的弯曲韧度一挠度曲线。比较各组构件的弯曲韧度一挠度曲线，可以看到，当梁的挠度小于０．７ｍｍ时，构件ＤＬＩ，ＤＥ２和ｘＬ的弯曲韧度基本相同，随着变形增大，当粱的挠度大于１∞后，构件ＤＬｌ、ＤＬ２和ＸＬ问的弯血韧度差别也逐渐增大。９０言６０堇４０＿盏２０００１２３４５挠度Ｊｒｃ口ｎ图４粱的弯曲韧度一挠度曲线５结论（１）在Ｃ２５混凝土地基板中掺入钢纤维，可有效地提高地基板的承载能力，掺人ＤｒａｍｌｘＲＣ６５／００ＢＮ冷拉型钢纤维后，混凝土地基板的承载能力明显大于掺入旋削型钢纤维的混凝土地基板以及素混凝土地基板的承载能力，地基板的抗裂性能明显改善，且２０万 方数据有效地提高了混凝土的局部抗承压和抗冲切能力。（２）掺人不同含量的ＤｒａｍｉｘＲＣ６５／６０ＢＮ钢纤维（２０一３０ｋｅ；矗），提高钢纤维掺量，对混凝土地基板的承载能力有所改善，混凝土梁的抗弯强度略有增加．混凝土的韧度指数变大。（３）掺人相同含量的钢纤维（３０ｋｇ／ｍ’），ＤｒａｍｉｘＲＣ６５／６０ＢＮ冷拉型钢纤维混凝土地基板（ＤＳ２）的承载能力（裂缝贯通到板顶）比旋削型钢纤维混凝土地基板的承载能力提高了４４％，韧度指数提高了２．２％（ｋ），从小梁的韧度曲线可以发现，ＤｒａｍｉｘＲＣ６５／６０ＢＮ钢纤维混凝土的荷载下降过程明显缓于旋削型钢纤维混凝土的荷载下降，表明在混凝土中掺人了ＤｒａｍｉｘＲＣ６５／００ＢＮ钢纤维，可以有效地使混凝土中的裂缝均匀弥散，其提高混凝土韧度的作用，优于旋削型钢纤维。（４）采用等效弯曲强度（ＪＳＣＥ—ｓＦ４）评判钢纤维的韧度，可以反映弯曲韧度较大的钢纤维混凝土的优良韧度特性，能反映混凝土对荷载弯曲能量的吸收能力。（５）混凝土地基板荷载试验中采用了木质地基垫层，其基床系数为０、０５Ｎ／岫３，此参数在砂土以及粘土，粉质粘土和软弱粘性土等的天然地基的基床系数的变化范围内，本项试验研究成果对推广钢纤维在上海软土地基地区的混凝土地坪中的应用中具有重要的参考价值。参考文献１ＪＳＣＥ—ＳＦ４Ｍｅｄａｏｄｏｆ１ｂｂｈｎＨｕｒａｌｓ臼舶ｇ山ａｎｄＦｌｅｘＬｗａｌＴｏＩＪｇｂ·ｏｆＳｋｄＦｉｂｒｅＲｄｒ怖ｅｄＣｏｎ珊ｋ．１９８４２ＡＳＴＭＣ１０１８—８９ＳｔａｎｄａｒｄＴｅｅｌＭｅｔｈｏｄｈＦｌｅｘｕｒａｌＴｏｕｇｈｎ嘶ａｎｄＦｉｍｔ－ｅｗｋｓｎｌｌｇｄｌ０ｆＦｔｈｒｅ－ｒｅｉｎｆｏｍｅｄＣｏｙｏｔｅ．１９８９工业建筑２００１年第３ｌ掌第７期钢纤维增强混凝土建筑地坪试验研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
陈世鸣， 刘欣
陈世鸣(同济大学)， 刘欣(上海贝卡尔特-二钢有限公司)工业建筑
INDUSTRIAL CONSTRUCTION2001，31(7)0次
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1.杨萌 钢纤维高强混凝土增强、增韧机理及基于韧性的设计方法研究[学位论文]博士 20062.王健 钢纤维混凝土工业地坪设计程序及数值分析[学位论文]硕士 2006
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