钢纤维混凝土（SFRC）是一种新型的复合材料，可通过在普通混凝土中加入适量的短钢纤维进行浇注和喷射。近年来，它在国内外发展迅速。它克服了混凝土抗拉强度低、极限伸长率小、脆性大的缺点。它具有优异的抗拉强度、抗弯性、抗剪切性、抗裂性、抗疲劳性和高韧性等性能。已应用于水利工程、路桥、建筑等工程领域。
一．钢纤维混凝土的发展
纤维增强混凝土（FRC）是纤维增强混凝土的缩写。它通常是由水泥浆、砂浆或混凝土与金属纤维、无机纤维或有机纤维增强材料组成的水泥基复合材料。它是将具有高抗拉强度、高极限伸长率和高耐碱性的短细纤维均匀分散在混凝土基体中而形成的一种新型建筑材料。混凝土中的纤维可以限制混凝土早期裂缝的产生和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、抗疲劳性差等固有缺陷，大大提高混凝土的抗渗、防水、抗冻和钢筋保护性能。纤维混凝土，特别是钢纤维混凝土，由于其优越的性能，在实际工程中越来越受到学术界和工程界的关注。1907年苏联专家BП。Hekpocab开始使用金属纤维增强混凝土；1910年，H.F.Porter发表了一份关于短纤维钢筋混凝土的研究报告，建议短钢纤维应均匀分散在混凝土中，以增强基体材料；1911年，美国格雷厄姆在普通混凝土中加入钢纤维，以提高混凝土的强度和稳定性；到20世纪40年代，美国、英国、法国、德国、日本等国在利用钢纤维提高混凝土的耐磨性和抗裂性、钢纤维混凝土的制造技术、改善钢纤维的形状以提高纤维与混凝土基体的结合强度等方面做了大量研究；1963年，J.P.romualdi和G.B.Batson发表了一篇关于钢纤维约束混凝土裂缝发展机制的论文，提出了钢纤维混凝土的裂缝强度由在拉应力中起有效作用的钢纤维的平均间距决定的结论（纤维间距理论），从而开启了这种新型复合材料的实际发展阶段。到目前为止，随着钢纤维混凝土的普及和应用，由于纤维在混凝土中的分布不同，主要有四种类型：钢纤维混凝土、混合纤维混凝土、分层钢纤维混凝土和分层混合纤维混凝土。
二.钢纤维混凝土的加固机理
1.复合材料力学理论。复合材料力学理论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。在该理论中，复合材料被视为纤维为一相、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，也称为抗裂理论，是基于线弹性断裂力学提出的。该理论认为，纤维的增强效果只与均匀分布的纤维间距（最小间距）有关。
三．钢纤维混凝土发展现状分析
1.钢纤维混凝土。钢纤维混凝土是在普通混凝土中加入少量低碳钢、不锈钢和玻璃钢纤维而形成的一种相对均匀、多向的钢筋混凝土。钢纤维的掺量一般为1%～2%（体积），每立方米混凝土按重量计掺70～100kg钢纤维。钢纤维的长度应为25～60mm，直径应为0.25～1.25mm，长度与直径的最佳比例应为50～700。与普通混凝土相比，它不仅能提高混凝土的抗拉、抗剪、抗弯、耐磨、抗裂性能，而且能大大提高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和耐久性，尤其是韧性可提高10～20倍。比较了我国钢纤维混凝土与普通混凝土的力学性能。当钢纤维含量为15%～20%，水灰比为0.45时，抗拉强度提高50%～70%，弯曲强度提高120%～180%，冲击强度提高10～20倍，冲击疲劳强度提高15～20倍、弯曲韧性提高14～20倍。因此，钢纤维混凝土比素混凝土具有更好的物理力学性能。

2.混合纤维混凝土。相关研究数据表明，钢纤维对混凝土抗压强度没有显著的促进作用，甚至降低混凝土抗压强度；与素混凝土相比，对于钢纤维混凝土的抗渗性、耐磨性、抗冲击性和耐磨性以及防止混凝土早期塑性收缩，有积极的看法和消极的看法（增加和减少），甚至有中间的看法。此外，钢纤维混凝土还存在用量大、价格高、锈蚀、几乎不耐火灾爆裂等问题，不同程度地影响了其应用。近年来，国内外一些学者开始关注混杂纤维混凝土（HFRC），试图将具有不同性能和优势的纤维混合在一起，相互借鉴，在不同水平和荷载阶段发挥“正混杂效应”，增强混凝土的各种性能，以满足不同工程的需要。然而，就其各种力学性能，特别是疲劳变形和疲劳损伤，在静、动载荷和恒幅或变幅循环载荷下的变形发展规律和损伤特性，纤维的最佳掺量和配合比，复合材料成分之间的关系，增强效果和增强机理，抗疲劳性能，破坏机理和施工工艺等方面，配合比设计问题还有待进一步研究。

3.分层钢纤维混凝土。单片纤维混凝土不易搅拌均匀，纤维易结块，纤维用量大，成本相对较高，影响了其广泛应用。通过大量的工程实践和理论研究，提出了一种新型的钢纤维结构——层钢纤维混凝土。少量钢纤维均匀分布在路面板的上下表面，中间仍是素混凝土层。LSFRC中的钢纤维通常是手动或机械分配的。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情况下，这种材料不仅大大减少了钢纤维的用量，而且避免了整体纤维混凝土搅拌过程中纤维团聚的现象。此外，钢纤维层在混凝土中的位置对混凝土的抗弯强度有很大影响。混凝土底部的钢纤维层加固效果最好。随着钢纤维层位置的上移，加固效果显著下降。LSFRC的抗弯强度比相同配合比的素混凝土高35%以上，略低于整体钢纤维混凝土。然而，LSFRC可以节省大量的材料成本，并且不存在混合困难的问题。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型材料，值得在路面施工中推广应用。
4.分层混合纤维混凝土。层间混合纤维增强混凝土（LHFRC）是在LSFRC的基础上加入0.1%聚丙烯纤维，在上层、下层钢纤维混凝土和中层素混凝土中均匀分布大量高抗拉强度、高极限伸长率的细短聚丙烯纤维而成的复合材料。它可以克服LSFRC中间素混凝土层的弱点，防止表面钢纤维磨损后的安全隐患。LHFRC能显著提高混凝土的抗弯强度。与素混凝土相比，素混凝土的抗弯强度提高了约20%，与LSFRC相比，其抗弯强度增加了2.6%，但对混凝土的弯曲弹性模量影响不大。LHFRC的弯曲弹性模量比素混凝土高1.3%，比LSFRC低0.3%。LHFRC还可以显著提高混凝土的弯曲韧性，其弯曲韧性指数约为素混凝土的8倍和LSFRC的1.3倍。此外，由于LHFRC中两种或两种以上纤维在混凝土中的性能不同，根据工程需要，可以利用合成纤维和钢纤维在混凝土的正混合效应，大大提高材料的延展性、耐久性、韧性、抗裂强度、抗弯强度和抗拉强度，提高材料质量，延长材料的使用寿命。
----摘要（《山西建筑》第38卷第11期，陈慧卿）