均匀分布的微纤维对混凝土/砂浆的增强机理,存在两种解释模型:
“纤维间距理论”。美国的Romualdi根据弹性断裂力学来说明纤维对于裂缝发生和发展的约束作用。认为在混凝土内部原来就存在缺陷,欲提高强度,必须尽可能地减少缺陷的程度,提高韧性,降低内部裂缝端部的应力集中系数。理论分析与实验证明,当纤维的平均中心间距小于7.6mm时,纤维混凝土的抗拉或抗弯初裂强度均得以提高。
“复合材料机理”。英国的Swamy等人根据复合材料构成的混合原理,将纤维增强混凝土看作是纤维强化体系,提出了纤维增强混凝土的性能与纤维的掺入量、分布方向、长径比以及水泥与纤维之间的粘结力的关系。
每公斤的万堡纤维的单丝数量达到3000万根以上,单根纤维的直径约为45微米。万堡纤维在水泥基体内部均匀分布,形成乱向的三维网络加强体系,0.1%体积掺率的万堡纤维即可让每立方厘米水泥基体中分布二十多根纤维。如图1 所示的纤维阻裂理论模型,纤维在混凝土试块中按棋盘状均匀分布。由于拉力作用,水泥基体中的凸透镜状裂缝的端部产生应力集中系数Kc,当裂缝扩展到纤维时,在纤维与基体的界面上会产生对裂缝起约束作用的剪应力并使裂缝趋于闭合,此时在裂缝端部即会有一与Kc方向相反的另一应力集中系数KF ,故总的应力集中系数乃降为Kc- KF。
纤维的加入犹如在基体中掺入巨大数量的微细筋,这些纤维筋抑制了基体开裂的进程,提高了基体的断裂韧性,而这些是单靠钢筋所不能实现的。
万堡纤维通过物理力学作用而改善混凝土内部结构,并不改变混凝土中各种材料本身的化学性能及相互间的化学反应。因此不会影响混凝土的化学稳定性和耐久性。 |