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(qiáng)機(jī)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(qiáng)機(jī)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(jī)理”;其二,為英國的Swarny、Mamgat等提出的“復(fù)合材料機(jī)理”。
(1)纖維間距機(jī)理 J.P.Romualdi提出的“纖維間距機(jī)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(jī)理認(rèn)為:在混凝土內(nèi)部原來就存在缺陷,欲提高這種材料的強(qiáng)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(jī)理假定,纖維和基體間的黏結(jié)是完美無缺的。但是,事實(shí)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(kuò)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(jì)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(qiáng)的機(jī)理。
(2)復(fù)合材料機(jī)理 復(fù)合材料機(jī)理的理論出發(fā)點(diǎn)是復(fù)合材料構(gòu)成的混合原理。將纖維增強(qiáng)混凝土看作是纖維強(qiáng)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(qiáng)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(shí),該復(fù)合體的強(qiáng)度是由纖維和基體的體積比和應(yīng)力所決定的。
在具體運(yùn)用復(fù)合材料機(jī)理時(shí),應(yīng)當(dāng)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(shí)際情況相符。由這一原理發(fā)展出了纖維混凝土強(qiáng)度與纖維的摻入量、方向、細(xì)長比以及黏結(jié)力間的關(guān)系。
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