纤维增强混凝土在提高建筑结构抗震性能中的应用研究

引言：

建筑结构为了强化抗震性能，引进利用纤维增强混凝土，以钢纤维混凝土为例，这种改进后的新型复合式混凝土物理性能、力学性能较之普通混凝土更加优秀，经济适用且绿色环保，对建筑结构提升抗震性能很有益处。建筑施工企业应用钢纤维混凝土期间，应围绕提升结构抗震性能核心目标，选择适用的钢纤维、水泥、骨料、外加剂以及掺合料等原料，还要在配比设计中控制钢纤维及外加剂的适度用量，做好水灰比以及砂率等参数控制。

1 纤维增强混凝土的性能表现

1.1 纤维增强混凝土的物理力学性能特征

纤维增强混凝土的物理和力学性能较传统混凝土材料具有显著优势。在混凝土基体中掺入钢纤维能够通过纤维的桥接作用有效改善材料的力学性能，这种增强效应在抗压强度和韧性提升方面表现尤为突出。钢纤维的加入使得复合材料在承受垂直荷载时表现出更高的承载能力和变形稳定性，其破坏模式从脆性断裂转变为更具延性的破坏形式。在动态荷载或地震等水平力作用下，钢纤维的分布与取向使其能够有效抑制混凝土内部微裂纹的扩展，从而显著提高材料的抗拉性能。这一机制对于防止混凝土结构在拉伸应力下的突然失效具有关键作用。此外，钢纤维混凝土的耐久性能优于普通混凝土，其对氯离子渗透、碳化作用等化学侵蚀的抵抗能力更强，同时在冻融循环、高温环境及磨损条件下的性能退化速率明显降低。

1.2 纤维混凝土抗震性能增强效果

钢纤维混凝土的抗震性能相较于普通混凝土具有显著提升，这主要归因于钢纤维在基体中的乱向分布及其与混凝土基质的协同作用。短钢纤维在混凝土内部形成三维空间网状结构，能够有效抑制微裂纹的萌生与扩展，延缓宏观裂缝的形成与发展。在外力作用下，钢纤维通过桥接效应阻碍裂缝的贯通，使能量得以在更广的范围内耗散，从而显著改善混凝土的变形能力和能量吸收特性。钢纤维与混凝土基质间的界面黏结性能对复合材料的整体力学行为具有重要影响。由于钢纤维表面与水泥浆体之间形成机械咬合与化学黏结，两者共同作用增强了界面的应力传递效率。这种增强的界面特性使得钢纤维混凝土在承受地震等动态荷载时能够维持更高的结构完整性，减少局部破坏导致的整体性能降低。

2 纤维增强混凝土提高抗震效果的实验

本研究通过对比分析三种不同配置的三层双肢剪力墙模型，系统考察了钢纤维掺量对结构抗震性能的影响规律。试验模型采用统一尺寸设计，高度均为3750mm ，宽度均为 1900mm ，连梁跨高比统一控制为 2，以保证试验结果的可比性。试验共设计三个试件，其中 SFSW-1 为普通钢筋混凝土基准试件，SFSW-2和 SFSW-3 分别掺入体积含量 1% 和 2% 的剪切波纹形钢纤维。试验所用钢纤维具有特定的几何参数和力学性能，其长细比为 42，等效直径为 0.76mm ，抗拉强度达到 380MPa 。试验结果表明，与普通钢筋混凝土试件 SFSW-1 相比，掺入钢纤维的试件 SFSW-2 和 SFSW-3 在材料强度方面表现出明显优势。具体表现为抗压强度和劈拉强度的显著提升，这种材料性能的改善直接反映在结构的抗震性能上。钢纤维的掺入有效改善了混凝土材料的力学性能，通过纤维的桥接作用抑制了裂缝的扩展，从而增强了结构的整体性和延性。不同钢纤维掺量试件的对比分析表明，钢纤维体积含量的增加对结构抗震性能的提升具有积极作用。试验数据证实，采用钢纤维混凝土的双肢剪力墙在抗震性能方面优于普通钢筋混凝土结构，这主要得益于钢纤维对混凝土基体的增强作用。钢纤维的特定几何特征和力学性能使其能够有效提升混凝土的抗裂性能和变形能力，从而改善结构在水平荷载作用下的力学响应。研究结果为钢纤维混凝土在抗震结构中的应用提供了试验依据。

3 纤维增强混凝土在提高建筑结构抗震性能中的应用施工技术

3.1 钢纤维混凝土施工关键技术及材料选择标准

在材料配比设计阶段，需综合考虑钢纤维与水泥基体的相容性问题。水泥的细度和矿物组成会影响其与钢纤维的界面过渡区性能，进而影响复合材料的耐久性。同时，水泥的凝结时间需与施工工艺相匹配，以确保钢纤维在混凝土中保持理想的分布状态。这些材料选择原则共同构成了钢纤维混凝土质量控制的基础环节。

1）钢纤维的选择。钢纤维混凝土结构的质量控制始于原材料的严格筛选。在钢纤维的选择方面，需重点考察其力学性能和界面特性。作为混凝土的主要增强相，钢纤维应具备足够的抗拉强度和变形能力，以确保在荷载作用下能够有效发挥桥接裂纹的作用。纤维表面经过特殊处理形成的微观粗糙度有助于提高与水泥基体的机械咬合力，这种界面粘结性能对复合材料的整体力学行为具有决定性影响。纤维的几何参数需经过优化设计，以保证在混凝土拌合过程中能够均匀分布而不发生结团现象。

2）水泥的选择。水泥作为胶凝材料，其性能指标直接影响钢纤维混凝土的工作性和硬化后的力学特性。硅酸盐水泥因其稳定的水化特性和强度发展规律被推荐作为首选胶结材料。该类型水泥的水化放热曲线较为平缓，有利于减少早期温度裂缝的产生，同时其后期强度增长稳定，能够保证结构的长期性能。水泥采购过程中需严格执行质量认证制度，确保其各项性能指标满足工程设计要求。根据结构所处的环境条件和荷载特征，应选择相应强度等级的水泥产品。

3）骨料的选择。钢纤维混凝土的原材料选择直接影响其最终性能。钢纤维需具备足够的强度和表面粗糙度以保证与基体的有效粘结。水泥宜选用性能稳定的硅酸盐水泥，其水化特性和强度发展能满足工程要求。骨料级配应合理，确保形成密实结构，并严格控制杂质含量。

4）掺合料和外加剂的选择。掺合料和外加剂的选择需考虑其与钢纤维的相容性，通过优化配比改善混凝土的工作性和耐久性。所有原材料均应符合相关标准规范要求。

3.2 钢纤维混凝土配合比优化设计方法

钢纤维混凝土配合比设计需综合考虑多因素协同作用。钢纤维掺量应控制在合理范围内，过低无法有效增强，过高则影响工作性能。水灰比需根据钢纤维特性进行优化，过高导致强度降低，过低则影响水泥水化。砂率选择应确保骨料合理级配，既要保证密实度又要防止离析。外加剂掺量需通过试验确定，以改善混凝土工作性和力学性能。各参数间存在相互制约关系，需通过系统试验确定最优配比。配合比设计应满足工程对强度、耐久性和施工性能的要求，同时符合相关规范标准。

结束语：由此可见，纤维增强混凝土是在普通混凝土成料基础上额外添加纤维材料制成，作为一种现代复合材料，它优化混凝土力学性能，有效弥补了普通混凝土抗拉强度不高且太脆的缺陷，促进混凝土结构提升韧性，降低裂缝危害。抗震性能关乎建筑结构整体安全，需要通过通过适用技术手段及材料选型，提升建筑抗震能力，保障人民生命财产安全。建筑结构施工应用纤维增强混凝土，可以通过材料优化改善建筑结构质量性能，达到地震灾害预防为主，防震抗震救灾相结合的防控成效。

参考文献：

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