钢纤维混凝土（SFRC）是在普通混凝土中掺入适量短钢纤维而形成的可浇筑、可喷射成型的一种新型复合材料，近年来在国内外得到迅速发展。它克服了混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、性脆等缺点，具有优良的抗拉、抗弯、抗剪、阻裂、耐疲劳、高韧性等性能，已在水工、路桥、建筑等工程领域得到应用。

纤维混凝土（FRC），是纤维增强混凝土的简称，通常是以水泥净浆、砂浆或者混凝土为基体，以金属纤维、无机纤维或有机纤维增强材料组成的一种水泥基复合材料。它是将短而细的，具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性的纤维均匀地分散在混凝土基体中形成的一种新型建筑材料。纤维在混凝土中可限制混凝土早期裂缝的产生及在外力作用下裂缝的进一步扩展，有效克服混凝土抗拉强度低、易开裂、抗疲劳性能差等固有缺陷，同时可大幅度提高混凝土的抗渗、防水、抗冻、护筋性等方面的性能。

纤维混凝土尤其是钢纤维混凝土，由于其优越的性能，在实际工程中日益得到学术界和工程界的关注。

1907年苏联专家B.П.HekpocaB开始用金属纤维增强混凝土；

1910年，美国H.F.Porter发表了有关短纤维增强混凝土的研究报告，建议把短钢纤维均匀地分散在混凝土中用以强化基体材料；

1911年，美国Graham曾把钢纤维掺入普通混凝土中，提高混凝土强度和稳定性；

到20世纪40年代，美、英、法、德、日等国先后做了许多关于用钢纤维来提高混凝土耐磨性和抗裂性、钢纤维混凝土制造工艺、改进钢纤维形状以提高纤维与混凝土基体的黏结强度等方面的研究；

1963年J.P.Romualdi和G.B.Batson发表了关于钢纤维约束混凝土裂缝开展机理的论文，提出了钢纤维混凝土开裂强度是由对拉伸应力起有效作用的钢纤维平均间距所决定的结论（纤维间距理论），从而开始了这种新型复合材料的实用开发阶段。

到目前，随着钢纤维混凝土的推广应用，因纤维在混凝土中的分布情况不同，主要有四类：钢纤维混凝土、混杂纤维混凝土、层布式钢纤维混凝土和层布式混杂纤维混凝土。

1  复合力学理论

复合力学理论是以连续纤维复合材料理论为基础，结合钢纤维在混凝土中的分布特点形成的。该理论是将复合材料视为以纤维为一相、基体为另一相的两相复合材料。

2  纤维间距理论

纤维间距理论又称阻裂理论，是根据线弹性断裂力学而提出的，该理论认为纤维的增强作用仅与均匀分布的纤维间距(最小间距)有关。

1  钢纤维混凝土

钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入少量低碳钢、不锈钢和玻璃钢的纤维后形成的一种比较均匀而多向配筋的混凝土。钢纤维的掺入量按体积一般为1%~2%，而按重量计每立方米混凝土中掺70~100kg钢纤维，钢纤维的长度宜为25~60mm，直径为0.25~1.25mm，长度与直径的最佳比值为50~700。

与普通混凝土相比，它不仅能改善抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能，而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能，显著提高结构的抗疲劳性能及其耐久性，尤其是韧性可增加10~20倍。

我国对钢纤维混凝土与普通混凝土力学性能做了比较试验，当钢纤维掺入量为15%~20%、水灰比为0.45时，其抗拉强度增长50%~70%，抗弯强度增长120%~180%，抗冲击强度增长10~20倍，抗冲击疲劳强度增长15~20倍，抗弯韧性增长14~20倍，耐磨损性能也明显改善。因此，钢纤维混凝土比素混凝土具有更优越的物理和力学性能。

2  混杂纤维混凝土

有关研究资料表明，钢纤维对混凝土的抗压强度并无明显促进作用，甚至还有所降低；与素混凝土相比，对于钢纤维混凝土的抗渗性、耐磨性、耐冲磨性及对防止混凝土早期塑性收缩等还存在正反(提高与降低)两方面甚至居中的观点。此外，钢纤维混凝土还存在用量较大、价格较高、生锈、对火灾引起的爆裂几乎无抵抗性等问题，使其应用受到了不同程度的影响。

近些年来，一些国内外学者开始将目光投向混杂纤维混凝土（HFRC），试图把具有不同性能和优点的纤维混杂，取长补短，在不同层次和受荷阶段发挥“正混杂效应”来增强混凝土各项性能，以适应不同工程的需要。

但是关于它的各种力学性能，尤其是其疲劳变形及疲劳损伤在静、动荷载以及等幅或变幅循环荷载作用下的变形发展规律和损伤特性，纤维的最佳掺配量、混杂比例，复合材料各组分的关系，增强效果及增强机理，抗疲劳性能，破坏机理，施工工艺，配合比设计等方面的问题还有待进一步研究。

3  层布式钢纤维混凝土

整体式纤维混凝土由于其不易搅拌均匀、纤维易结团、纤维用量较大、造价比较高等问题，影响到它大面积的推广应用。

通过大量的工程实践和理论研究，人们提出了一种新型钢纤维结构形式——上下层布式钢纤维混凝土（Layer SteelFiber Reinforced Concrete 简称LSFRC），它是将少量的钢纤维均匀撒布于路面板的上下两个表层，而中间仍为素混凝土层。LSFRC中的钢纤维一般由人工或机械撒布，钢纤维较长，长径比一般在70~120之间，呈二维分布。

在不影响力学性能的条件下，这种材料大大降低了钢纤维的用量，同时也避免了整体式纤维混凝土在搅拌时易出现纤维结团现象。此外，钢纤维在混凝土中的层布位置对混凝土的抗折强度影响很大，层布在混凝土底部增强效果最佳，随钢纤维层布位置上移，其增强效果明显减弱。

LSFRC比同配合比的素混凝土抗折强度提高35%以上，比整体式钢纤维混凝土略低，但LSFRC可节约大量材料成本，也不存在搅拌难的问题。因此，LSFRC是一种具有良好社会经济效益和广阔应用前景的新材料，值得在路面施工中推广应用。

4  层布式混杂纤维混凝土

布式混杂纤维混凝土（Layer Hybrid Fiber Reinforced Concrete，简称LHFRC）是在LSFRC基础上掺入0.1%的聚丙烯纤维，把大量细而短，具有较高抗拉强度、高极限延伸率的聚丙烯纤维均匀分布在上、下层钢纤维混凝土和中间层的素混凝土中形成的复合材料。

它可以克服LSFRC中间素混凝土层比较薄弱的缺点，防止表层钢纤维磨出后存在的安全隐患。LHFRC可明显增强混凝土的抗折强度，与素混凝土相比，其对素混凝土的抗折强度提高20%左右，与LSFRC相比，其抗折强度提高2.6%，但对混凝土的抗折弹性模量影响不大，LHFRC的抗折弹性模量比素混凝土的高1.3%，比LSFRC的低0.3%。LHFRC还可明显增强混凝土的弯曲韧性，其弯曲韧性指数是素混凝土的8倍左右，是LSFRC的1.3倍。

而且由于LHFRC中两种或多种纤维在混凝土中的表现不同，可以根据工程需要，利用合成纤维、钢纤维在混凝土中的正混杂效应，大幅度提高材料的延性、耐久性、韧性、抗裂强度、抗折强度、抗拉强度等，改善材料质量和延长材料使用寿命。

来源：砼心砼德