自1910年纖維混凝土問世以來,經(jīng)過多年的不懈努力,其增強機理才逐漸發(fā)展起來。
目前,對于混凝土中均勻而任意分布的短纖維對混凝土的增強機理存在著兩種不同的理論解釋:其一,為美國的J.P.Romualdi提出的“纖維間距機理”;其二,為英國的Swarny、Mamgat等提出的“復(fù)合材料機理”。
(1)纖維間距機理 J.P.Romualdi提出的“纖維間距機理”,是根據(jù)線彈性斷裂力學(xué)理論來說明纖維材料對于裂縫發(fā)生和發(fā)展的約束作用。這一機理認為:在混凝土內(nèi)部原來就存在缺陷,欲提高這種材料的強度,必須盡可能地減小缺陷的程度、提高這種材料的韌性、降低內(nèi)部裂縫端部的應(yīng)力集中系數(shù)。
纖維間距機理假定,纖維和基體間的黏結(jié)是完美無缺的。但是,事實卻不盡如此,它們之間的黏結(jié)肯定有薄弱之處。因此,后來有人將間距的概念擴大到包括不同長度和直徑的纖維,以及不同配合比的混合料,并提出了其他的間距計算公式。間距的概念一旦超出了比例極限就不再成立,因而還不能客觀反映纖維增強的機理。
(2)復(fù)合材料機理 復(fù)合材料機理的理論出發(fā)點是復(fù)合材料構(gòu)成的混合原理。將纖維增強混凝土看作是纖維強化體系,并應(yīng)用混合原理來推定纖維混凝土的抗拉和抗彎強度。在基體和纖維完全黏結(jié)的條件下,并在基體和連續(xù)纖維構(gòu)成的復(fù)合體上(設(shè)纖維是同方向配置于基體中)施加拉伸力時,該復(fù)合體的強度是由纖維和基體的體積比和應(yīng)力所決定的。
在具體運用復(fù)合材料機理時,應(yīng)當考慮復(fù)合體在拉伸應(yīng)力方向上有效纖維量的比例和非連續(xù)短纖維的長度修正,盡量同實際情況相符。由這一原理發(fā)展出了纖維混凝土強度與纖維的摻入量、方向、細長比以及黏結(jié)力間的關(guān)系。
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