CN102459776A - 具有良好锚固性的高伸长率纤维 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于强化混凝土或砂浆的钢纤维。该纤维具有中部和锚固端部。中部具有最大载荷能力F_m和最大载荷伸长率A_g+e。该最大载荷伸长率A_g+e至少为2.5％。该钢纤维在混凝土或砂浆内的锚固力是最大载荷能力F_m的至少90％。锚固力是在一个锚固端部嵌入混凝土或砂浆内的钢纤维的拔出试验期间获得的最大载荷。该钢纤维的优点是能以常规剂量用在混凝土的承载结构中。

Description

具有良好锚固性的高伸长率纤维

技术领域

本发明涉及用于强化混凝土或砂浆的新型钢纤维。该钢纤维具有高的伸长率，并设置有锚固端部，从而在嵌入混凝土或砂浆内时可以获得良好的锚固性。

本发明还涉及具有这种钢纤维的混凝土或砂浆结构。

背景技术

众所周知，用钢纤维来强化混凝土或砂浆以便提高混凝土材料的质量。

EP-B1-851957(NV Bekaert SA)公开了一种带有扁平的钩形端部的钢纤维，通过采用这种纤维进行强化，从而很大地提高了混凝土的裂后弯曲强度。

US-A-4883713(Eurosteel)公开了一种钢纤维，该钢纤维包括圆柱形钢主体，该钢主体具有圆锥形端部，用于提高钢纤维在钢纤维强化混凝土内的锚固性能。

引用的这两篇文献以及其他一些文献公开了，由于提高了钢纤维在钢纤维混凝土内的锚固性，可以极大地改善常规钢纤维混凝土的性能。

目前，已知的用于混凝土强化的现有技术钢纤维能够很好地改善混凝土结构的正常使用极限状态(SLS)，也就是说，在典型的三点弯曲试验中，对于该试验参见欧洲标准EN14651(金属纤维混凝土试验方法，测量弯拉强度)，这种钢纤维很好地桥接了高达一般所需0.5mm的裂缝或裂缝嘴张开位移(CMOD)，例如CMOD的范围是0.1mm至0.3mm。

换言之，公知的钢纤维，例如带有钩状端部的钢纤维和带有圆锥形端部的钢纤维，能够很好地限制高达约0.5mm的裂缝宽度或生长(SLS)。

目前，这些纤维的缺点是在承载能力极限状态(ULS)下的性能较低。特别是，承载能力极限状态(ULS)与正常使用极限状态(SLS)下裂后强度的比值较低。该比值由载荷值F_R，1(CMOD＝0.5mm)及F_R，4(CMOD＝3.5mm)来确定。

一些现有技术的纤维在ULS下不能执行功能，因为它们在低于ULS所需的CMOD时断裂。其他纤维，例如具有钩状端部的纤维，设计成被拔出。由于拔出的缘故，这些纤维也已表现出在小位移情况下的位移软化行为。

尽管在ULS下的低性能，但是目前已知的纤维还是可以用在所谓的结构性应用中，以便改善承载能力极限状态(ULS)。这里，代替常规的强化手段或者除了常规的强化手段以外(常规的强化手段例如有钢筋、丝网、预应力以及后拉伸)，希望已知的钢纤维承受或承载载荷。但是，为了有效发挥载荷承载作用，这些现有的钢纤维不得不以显著超过20kg/m³至40kg/m³常规剂量的大剂量使用。这种大剂量会导致施工性能问题，例如混合和布料问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新型的钢纤维，一旦被嵌入混凝土或砂浆中就能够满足新的功能。

本发明的另一个目的是提供钢纤维，在根据欧洲标准EN 14651(2005年6月)的三点弯曲试验中，这些钢纤维能够永久桥接大于0.5mm的裂缝嘴张开位移。

本发明的一个目的是提供能够有利地以常规剂量用于结构应用中的钢纤维。

本发明的另一个目的是提供钢纤维，这些钢纤维允许减少或者避免在张力区采用这些钢纤维强化的混凝土结构的蠕变行为。

本发明的另一个目的是提供钢纤维，这些钢纤维允许不仅在SLS而且在ULS下计算纤维内应变(或者CMOD)引起的应力。

常规钢纤维基本表现出两种工作机理。

第一种机理是纤维拔出而纤维不会有任何断裂，例如对于EP-B1-851957中已知的带有钩状端部的钢纤维，以及对于一些波形纤维。在此情况下，CMOD和纤维内应变之间不存在直接关系。

第二种机理是纤维失效。在此情况下，纤维被很好地锚固，以便仅仅会发生有限的纤维拔出，但是由于制造纤维的丝的低应变能力，这些纤维将会在低于ULS所需的CMOD下失效。尤其地，ULS和SLS裂后强度之比值较低。当发生纤维失效时，在CMOD和纤维内应变之间不存在直接关系。

根据本发明的纤维完全或者几乎完全锚固在混凝土或砂浆内，但是因为这些纤维由失效应变高的钢丝制成，因此在达到ULS之前它们不会断裂。对于一根纤维，比值ULS/SLS等于或者大于1。对于根据本发明的纤维，纤维应变(从CMOD推出)几乎等于制成这些纤维的丝的应变，以便一根纤维内的应力可以从应变计算得出，不像常规纤维那样。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于强化混凝土或砂浆的钢纤维。该钢纤维具有中部和位于中部一端或两端的锚固端部。钢纤维的中部长度为L，最大载荷能力为F_m(N)，最大载荷伸长率为A_g+e。根据本发明的钢纤维，更具体而言是根据本发明的钢纤维的中部，最大载荷伸长率至少为2.5％。

根据本发明的钢纤维在混凝土或砂浆内的锚固力至少为最大载荷能力F_m的90％。

锚固力是通过拔出试验期间达到的最大载荷来确定。对于该拔出试验，将钢纤维的一端嵌入混凝土或砂浆内。后面将对该试验做进一步的更详细描述。

最大载荷伸长率

在本发明的上下文中，使用最大载荷伸长率A_g+e而不是使用断裂伸长率A_t，来表征钢纤维的伸长率，更具体而言是钢纤维中部的伸长率。

原因是：一旦达到最大载荷，钢纤维的有效表面就开始收缩，且不能够吸收更高的载荷。

最大载荷伸长率A_g+e是最大载荷塑性伸长率A_g和弹性伸长率之和。

最大载荷伸长率不包括结构伸长率A_s，该结构伸长率A_s可能由于钢纤维中部的波形特征(如果有的话)引起。在波形钢纤维的情况下，在测得A_g+e之前首先要拉直钢纤维。

根据本发明的钢纤维中部的最大载荷伸长率A_g+e至少为2.5％。

根据本发明的具体实施例，钢纤维中部的最大载荷伸长率A_g+e高于2.75％，高于3.0％，高于3.25％，高于3.5％，高于3.75％，高于4.0％，高于4.25％，高于4.5％，高于4.75％，高于5.0％，高于5.25％，高于5.5％，高于5.75％，或者甚至高于6.0％。

通过对制造钢纤维的钢丝进行特定的应力消除处理例如热处理，可以获得高的最大载荷伸长率A_g+e。

最大载荷能力F_m-拉伸强度R_m

根据本发明的钢纤维，即根据本发明的钢纤维的中部，优选具有高的最大载荷能力F_m。最大载荷能力F_m是在拉伸试验中钢纤维承受的最大载荷。

中部的最大载荷能力F_m与中部的拉伸强度R_m直接相关，因为拉伸强度R_m是最大载荷能力F_m除以钢纤维的原始横截面积。

对于根据本发明的钢纤维，钢纤维中部的拉伸强度优选大于1000MPa，更具体而言大于1400MPa，例如大于1500MPa，例如大于1750MPa，例如大于2000MPa，例如大于2500MPa。

根据本发明的钢纤维的高拉伸强度允许钢纤维承受高载荷。

因此，较高的拉伸强度直接反映在纤维的低剂量上。

锚固力

具有嵌入混凝土或砂浆内的锚固端部的钢纤维的锚固力通过拔出试验来确定。更具体而言，该锚固力与拔出试验期间达到的最大载荷相对应。后面将进一步更详细解释该拔出试验。

本发明的钢纤维在混凝土或砂浆内提供了非常好(几乎完美)的锚固性。根据本发明，钢纤维在混凝土或砂浆内的锚固力至少为钢纤维中部最大载荷能力F_m的90％。

在一些实施例中，该锚固力高于钢纤维中部最大载荷能力F_m的92％，95％，98％，或者甚至高于99％。

由于可以使用钢丝全部强度的90％或以上，因此在混凝土中的高程度锚固将给强化混凝土结构带来更大的剩余强度。实际上，这将防止钢纤维从混凝土中脱出。

可以通过不同的方式获得在混凝土中的高程度锚固，例如通过加厚或者加大端部、通过冷锻、通过压平钢纤维、通过在钢纤维端部形成突出的钩、通过使端部呈波形或者上述的组合。锚固端部例如是加厚锚固端部、加大锚固端部、冷锻锚固端部、压平锚固端部、弯曲锚固端部、波形锚固端部或者上述的任意组合。

尚未完全清楚为何一些锚固端部比另一些锚固端部表现更好的机理，并且例如通过数学建模还不能预测锚固程度。因此，根据本发明，提出了通过在混凝土或砂浆中嵌入具有锚固端部的钢纤维并对该钢纤维进行拔出试验(载荷位移试验)来确定钢纤维的锚固力。如果锚固力为最大载荷能力F_m的至少90％，那么钢纤维就满足本发明对于锚固的要求。

拔出试验包括下面的步骤：

-将本发明钢纤维的一个锚固端部嵌入所述混凝土或者砂浆中，优选嵌入混凝土或砂浆的块中。因此，钢纤维中部的一部分被嵌入混凝土或砂浆中(＝钢纤维中部的嵌入部分)，并且钢纤维中部的一部分伸出混凝土或砂浆(＝钢纤维中部的伸出部分)。

-将夹具固定在所述钢纤维中部的伸出部分上；

-在所述夹具上施加位移。

通过该试验，记录载荷-伸长率曲线。

在拔出试验中，钢纤维的一个锚固端部完全嵌入混凝土或砂浆内。

钢纤维中部嵌入部分的长度为L_嵌入中部或者L_MP emb。

中部伸出部分至夹具的长度为L_{中部伸出夹具}或L_MPpr夹具。

长度L_MP emb和L_MPpr夹具之和定义为中部至夹具的长度L_中部夹具或L_MP夹具。

优选地，钢纤维嵌入50x50x50mm，60x60x50mm或80x80x60mm的混凝土或砂浆块内。

L_嵌入中部优选为至少15mm。

在拔出试验中能够获得的最大载荷下，本发明的钢纤维允许在该拔出试验中的绝对位移为x＊L_中部夹具/100，其中，x至少为2.5。优选地，x至少等于最大载荷伸长率A_g+e。

在一个优选实施例中，本发明的钢纤维允许在拔出试验中最大载荷下的绝对位移至少为4＊L_中部夹具/100，至少为5＊L_中部夹具/100，或者至少为6＊L_中部夹具/100。

由于本发明钢纤维的高延展性或高伸长率，这些钢纤维在依据EN14651进行的三点弯曲试验中在CMOD大于1.5mm、大于2.5mm或大于3.5mm时都不会断裂。

除了高的最大载荷伸长率A_g+e以外，本发明钢纤维的特征还在于高锚固程度。如上所述，高锚固程度将避免钢纤维被拔出。高锚固程度结合高的最大强度伸长率将能够避免钢纤维被拔出，并将能够避免钢纤维失效。

本发明钢纤维的高拉伸强度R_m允许钢纤维承受高载荷。高锚固程度结合高拉伸强度允许在出现裂缝之后更好地利用拉伸强度。

因此，较高的拉伸强度直接反映在常规混凝土所需的较低剂量纤维上。

由于钢纤维低的最大应变能力导致的钢纤维拔出或者失效是时间依赖性的现象，并决定了拉伸状态下结构的蠕变行为。用本发明钢纤维强化的混凝土预期具有较低的蠕变行为，因为本发明的钢纤维不会被拔出并且不会过早断裂。

钢纤维，更具体而言是钢纤维的中部，直径D一般为0.10mm至1.20mm。如果钢纤维的横截面并且更具体而言钢纤维中部的横截面不是圆形的，那么其直径将等于与钢纤维中部横截面具有相同表面积的圆的直径。

该钢纤维，更具体而言是钢纤维中部的长度与直径之比L/D一般为40至100。

钢纤维中部可以是直的或直线形的，或者可以是波形的或波浪式的。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括本发明钢纤维的混凝土结构。

该混凝土结构在ULS下的平均裂后剩余强度超过3MPa，例如大于4MPa，例如大于5MPa，6MPa，7MPa，7.5MPa。

在该混凝土结构中钢纤维的剂量优选但不是必须小于80kg/m³，优选小于60kg/m³。混凝土中钢纤维的剂量一般可以为20kg/m³至50kg/m³，例如30kg/m³至40kg/m³。

优选的混凝土结构的钢纤维剂量小于40kg/m³，在ULS下的平均裂后剩余强度超过5MPA。

根据本发明的第三方面，将上述钢纤维用于混凝土的承载结构。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明，其中：

图1表示钢纤维的拉伸试验(载荷-应变试验)；

图2表示嵌入混凝土或砂浆内的钢纤维的拔出试验(载荷-位移试验)；

图3a和图4a表示两根现有技术钢纤维和一根本发明钢纤维的载荷-应变曲线；

图3b和图4b表示两根现有技术钢纤维和一根本发明钢纤维的载荷-位移曲线；

图5a，图5b和图5c表示本发明的带有锚固端部的钢纤维。

具体实施方式

现在将针对具体实施例并参照某些附图描述本发明，但是本发明不限于此，而是仅由权利要求书限定。附图仅用于示意地描述，并非用于限制。在附图中，为了说明的目的，一些元件的尺寸被夸大了，并未按比例画出。尺寸和相对尺寸并不对应于为了实施本发明时的实际缩减。

下面的术语仅用于帮助理解本发明。

-最大载荷能力(F_m)：在拉伸试验期间钢纤维承受的最大载荷；

-最大载荷伸长率(％)：在最大力时钢纤维标距长度的增加量，表示为原始标距长度的百分比；

-断裂伸长率(％)：在断裂瞬间标距长度的增加量，表示为原始标距长度的百分比；

-拉伸强度(R_m)：对应于最大载荷(F_m)的应力；

-应力：力除以钢纤维原始横截面积；

-剂量：加入一定体积混凝土内的纤维的量(用kg/m³表示)。

为了解释本发明，对多个不同钢纤维，包括现有技术的钢纤维和本发明的钢纤维，进行了多个不同的试验：

-拉伸试验(载荷-应变试验)；以及

-拔出试验(载荷-位移试验)。

对钢纤维，更具体而言是对钢纤维中部进行拉伸试验。可选地，对用于制造钢纤维的丝进行拉伸试验。

该拉伸试验用于确定钢纤维的最大载荷能力F_m以及确定最大载荷伸长率A_g+e。

对以一个锚固端部嵌入混凝土或砂浆内的钢纤维进行拔出试验。该拔出试验用于测量钢纤维在混凝土和砂浆内的锚固力，以及确定嵌入混凝土或砂浆内的钢纤维的绝对位移。

这些试验分别表示在图1和图2中。

图1表示试验装置60，用于测量适合混凝土强化的钢纤维的伸长率。首先切断待试验钢纤维的锚固端部(例如放大端或钩形端)。钢纤维余下的中部14被固定在两对夹具62和63之间。通过夹具62和63，逐渐增大的拉伸力F被施加在钢纤维的中部14上。通过测量伸长仪的夹爪64和65的位移，测量由于该逐渐增加的拉伸力F而引起的位移或伸长率。L₁是钢纤维中部的长度，例如为50mm，60mm或70mm。L₂是夹具之间的距离，例如为20mm或25mm。L₃是伸长仪标距长度，最小为10mm，例如为12mm，例如为15mm。为了改善伸长仪对钢纤维中部14的夹持，钢纤维中部可以涂覆或者覆盖薄胶带，以避免伸长仪在钢纤维上打滑。通过该试验，记录载荷-伸长率曲线。

总的最大载荷伸长率百分数通过下面的公式计算：

A_g+e＝(最大载荷伸长量/伸长仪标距长度L₃)x100

借助试验装置60，对多个不同丝进行试验，从而获得最大载荷能力F_m(断裂载荷)、拉伸强度R_m以及总的最大载荷伸长率A_g+e。总共对十根丝进行了试验：9根现有技术的丝以及一根本发明的丝。对每个试样进行五次试验。表1概述了所获得的结果。

表1

纤维类型	直径(mm)	Fm(N)	Rm(MPa)	Ag+e(％)
					现有技术1	0.90	879±8	1382±12	1.37±0.07
现有技术2	1.0	911±14	1160±18	1.86±0.24
					现有技术3	1.0	1509±12	1922±15	2.36±0.19
现有技术4	1.0	873±10	1111±13	1.95±0.21
					现有技术5	1.0	1548±15	1972±19	1.99±0.27
现有技术6	1.0	1548±45	1971±58	2.33±0.29
					现有技术7	0.75	533±19	1206±43	2.20±0.24
现有技术8	0.9	751±29	1181±46	2.16±0.13
					现有技术9	0.77	1051±20	2562±44	1.88±0.15
本发明丝	0.89	1442±3	2318±4	5.06±0.32

只有本发明的丝的最大载荷伸长率超过2.5％。

图2表示试验装置200，用于测量钢纤维202在混凝土中的锚固性。钢纤维202具有中部204和锚固端部206。钢纤维202以其一个锚固端部206锚固在混凝土立方块208内。混凝土立方块208例如为50x50x50mm的立方块。可选地，该混凝土立方块208为60x60x50mm的立方块或者80x80x60mm的立方块。该混凝土立方块208例如用常规的混凝土制成。

钢纤维202嵌入混凝土立方块208一个面210的中心内，嵌入方向垂直于该面210。锚固端部206因此完全嵌入混凝土立方块内。

嵌入混凝土或砂浆内的钢纤维中部的长度被定义为L_嵌入中部或者L_MP emb，并由附图标记222表示。

未嵌入混凝土或砂浆内的钢纤维中部直至夹具的长度被定义为L_{中部伸出夹具}或者L_MPpr夹具，并用附图标记224表示。

长度L_MP emb与L_MPpr夹具之和定义为中部直至夹具的长度L_中部夹具或L_MP夹具，并用附图标记226表示。

L_嵌入中部优选至少为15mm。

混凝土立方块208接着被放置在平台214上，该平台带有可供钢纤维202延伸穿过的中心开口216。

平台214由多个杆218保持，这些杆218在混凝土立方块208周围构成了护栏。钢纤维202的另一端被切掉并固定在夹具220内。使钢纤维202产生位移，直至钢纤维202断裂或者被拔出混凝土立方块208为止。记录力-位移或者载荷-位移图。

图3a表示直径为0.90mm的三种不同钢纤维的载荷-应变曲线：

-载荷-应变曲线32是一种现有技术丝的载荷-应变曲线，更具体而言是表1中现有技术1丝的载荷-应变曲线；

-载荷-应变曲线33是第二种现有技术丝的载荷-应变曲线，更具体而言是表1中现有技术8的丝的载荷-应变曲线；

-载荷-应变曲线34是本发明钢纤维使用的丝的载荷-应变曲线，更具体而言是表1中本发明丝的载荷-应变曲线。

这些载荷-应变曲线都是通过对钢纤维进行图1所述的试验而得到的。

载荷-应变曲线32和载荷-应变曲线33相似。

载荷应变曲线32表示最大载荷能力F_m为879N。该最大载荷能力F_m相当于最大拉伸强度R_m约为1382MPa。载荷应变曲线32还表示最大载荷伸长率A_g+e为1.37％。

载荷应变曲线33表示最大载荷能力F_m为751N。该最大载荷能力F_m相当于最大拉伸强度R_m约为1181MPa。载荷应变曲线33还表示最大载荷伸长率A_g+e为2.16％。

当将本发明钢纤维的载荷-应变曲线34与现有技术钢纤维的载荷应变曲线32和33进行比较时，将注意到两个差别：

首先，最大载荷能力F_m大于1400N，即，远远大于曲线32和33的现有技术纤维的最大载荷能力F_m。

其次，最大载荷伸长率A_g+e也远远大于曲线32和33的现有技术纤维的最大载荷伸长率A_g+e。本发明钢纤维的最大载荷伸长率A_g+e大于2.5％，或者甚至大于3.0％或4.0％，更特别地大于5％。

图3b表示图3a中载荷-应变试验中试验的纤维的载荷-位移曲线：

-载荷-位移曲线42是第一种现有技术钢纤维的载荷-位移曲线，更具体而言是表1中现有技术1丝制成的钢纤维的载荷-位移曲线，该钢纤维两端具有钉头作为锚固端部。

-载荷-位移曲线43是第二种现有技术钢纤维的载荷-位移曲线，更具体而言是表1中现有技术8丝制成的钢纤维的载荷-位移曲线，该钢纤维两端具有钩状端部；

-载荷-位移曲线44对应于本发明的纤维的载荷-应变曲线，更具体而言对应于表1中本发明丝制成的钢纤维的载荷-应变曲线，该钢纤维在两端具有钉头作为锚固端部。

在拔出试验期间，第一种现有技术钢纤维(曲线42)表现出最大载荷(＝锚固力)大致与图3a(曲线32)中确定的相应丝的最大载荷能力F_m相同。这表明纤维很好地锚固在混凝土内。在比较小的位移时达到纤维在混凝土内的最大载荷能力F_m。但是，在远远低于ULS所需CMOD的低CMOD时，第一种现有技术纤维失效，因为纤维断裂了。

第二种现有技术纤维(曲线43)表现出完全不同的行为。曲线43涉及带有钩状端部的现有技术纤维的拔出行为。钩状端部设计成能够从混凝土中拔出。

在拔出试验中，第二种现有技术钢纤维(曲线43)表现出最大载荷远远小于图3a(曲线33)中所确定的相应丝的最大载荷能力F_m。在拔出试验中对钢纤维进一步加载时，钩开始变形，从而允许钢纤维从混凝土中脱出。这导致在逐渐减小的载荷下较大的位移。因此，带有钩状端部的第二种现有技术钢纤维不能利用钢的全部拉伸强度。这种纤维在没有出现纤维断裂的情况下被拔出。

看曲线44，在拔出试验中获得的最大载荷大约与图3a(曲线44)中所确定的相应丝的最大载荷能力F_m相同。这表明本发明的钢纤维在混凝土内的锚固力很好。

曲线44的钢纤维允许在拔出试验中在拔出试验获得的最大载荷下的绝对位移为x＊L_中部夹具/100，其中，x至少为2.5。优选地，x至少等于最大载荷伸长率A_g+e。

在一个优选实施例中，本发明的钢纤维允许在拔出试验中最大载荷下的绝对位移为至少4＊L_中部夹具/100，至少5＊L_中部夹具/100，或至少6＊L_中部夹具/100。

本发明的钢纤维在根据EN 14651进行的三点弯曲试验中，在CMOD大于1.5mm、大于2.5mm或大于3.5mm时也不会断裂。

由于该钢纤维的高拉伸强度、高伸长率以及良好的锚固性，因此该钢纤维一旦加载就将利用几乎全部拉伸强度，而不会断裂或者被拔出。因此，可以采用较小剂量。

此外，采用这种钢纤维强化的混凝土将表现出较低的蠕变。

图4a表示直径分别为0.75mm，0.77mm和0.70mm的三种不同钢纤维的载荷-应变曲线。

-载荷-应变曲线35是一种现有技术丝的载荷-应变曲线，更具体而言是表1中现有技术7丝的载荷-应变曲线；

-载荷-应变曲线36是第二种现有技术丝的载荷-应变曲线，更具体而言是表1中现有技术9丝的载荷-应变曲线；

-载荷-应变曲线37是本发明钢纤维所用的丝的载荷-应变曲线。

这些载荷-应变曲线通过对钢纤维进行图1所述试验获得。

载荷-应变曲线35表示最大载荷能力F_m为533N。该最大载荷能力F_m相当于大约为1206MPa的最大拉伸强度R_m。载荷-应变曲线35还表明最大载荷伸长率A_g+e为2.20％。

载荷-应变曲线36表明最大载荷能力F_m为1051N。该最大载荷能力F_m相当于约2562MPa的最大拉伸强度R_m。该丝用高含碳量的钢制成。这就解释了高的最大载荷能力F_m。载荷-应变曲线36表示最大载荷伸长率A_g+e为1.88％。

载荷-应变曲线37表示最大载荷能力F_m为890N。该最大载荷能力F_m相当于大约2313MPa的最大拉伸强度R_m。载荷-应变曲线35还表示最大载荷伸长率A_g+e大于4％，例如5％。

当将本发明丝的载荷-应变曲线37与现有技术丝的载荷-应变曲线35和36相比较时，发现：

-本发明丝的最大载荷能力F_m介于两种现有技术丝的最大载荷能力F_m之间；

-本发明丝的最大载荷伸长率A_g+e远大于两种现有技术丝的最大载荷伸长率A_g+e。

图4b表示在图4a的载荷-应变试验中试验的纤维的载荷-位移曲线：

-载荷-位移曲线45是一种现有技术钢纤维的载荷-位移曲线，更具体而言是表1中现有技术7丝制成的钢纤维的载荷-位移曲线，该钢纤维具有钩状端部。

-载荷-位移曲线46是另一种现有技术钢纤维的载荷-位移曲线，更具体而言是表1中现有技术9丝制成的钢纤维的载荷-位移曲线，该钢纤维具有钩状端部。

-载荷-位移曲线44对应于本发明纤维的载荷-应变曲线，更具体而言是表1中本发明丝制成的钢纤维的载荷-应变曲线，该钢纤维具有钉头作为锚固端部。

在拔出试验中，第一种现有技术钢纤维(曲线45)表示最大载荷大大地小于图4a(曲线35)中确定的相应丝的最大载荷能力F_m。曲线45表示带有钩状端部的现有技术纤维的拔出行为。在拔出试验中钢纤维被加载时，钩开始变形，从而允许钢纤维从混凝土中脱出。这导致在逐渐减少的载荷下更大的位移。因此，带有钩状端部的现有技术纤维不能利用钢的全部拉伸强度。在纤维没有断裂的情况下纤维被拔出。

曲线46与曲线44非常相似。在曲线46的拔出试验中获得的最大载荷稍微大于曲线45的最大载荷。与曲线45相似，在曲线46的拔出试验中获得的最大载荷远远低于图4a(曲线36)确定的相应丝的最大载荷能力F_m。

当在拔出试验中对钢纤维进一步加载时，钩开始变形，从而允许钢纤维从混凝土中脱出。这导致在逐渐减少的载荷下产生较大的位移。因此，带有钩状端部的现有技术钢纤维没有利用钢的全部拉伸强度。在纤维没有断裂的情况下纤维被拔出。

看曲线47，在拔出试验中获得的最大载荷大致与图4a(曲线37)确定的相应丝的最大载荷能力F_m相同。这表明本发明的钢纤维在混凝土内的锚固力很好。尽管曲线46的钢纤维中部具有比曲线47的钢纤维中部更高的载荷能力F_m，但是在曲线47的钢纤维的拔出试验中获得的最大载荷大于在曲线46的钢纤维的拔出试验中获得的最大载荷。

曲线47的钢纤维在没有断裂或者没有被拔出的情况下利用了几乎其全部的拉伸强度，而曲线46的钢纤维将在没有利用其强度的情况下脱出。

在拔出试验中，曲线47的钢纤维允许在拔出试验中最大载荷下的绝对位移为x＊L_中部夹具/100，其中，x至少为2.5。x优选至少等于最大载荷伸长率A_g+e。

在一个优选实施例中，本发明的钢纤维允许在拔出试验中最大载荷下的绝对位移至少为4＊L_中部夹具/100，至少为5＊L_中部夹具/100，或至少为6＊L_中部夹具/100。

图5a，图5b和图5c表示本发明的钢纤维的不同实施例，一旦将钢纤维嵌入混凝土或砂浆内就能够提供良好的锚固力。

尚不能够完全理解某些锚固端部比另外一些锚固端部表现更好的原因。因此，根据本发明，提出了通过将具有锚固端部的钢纤维嵌入混凝土或砂浆内以及对钢纤维进行拔出试验(载荷位移试验)来确定钢纤维的锚固力。如果锚固力为最大载荷能力F_m的至少90％，那么该钢纤维满足本发明的需求。

图5a表示钢纤维502，中部503具有锚固端部504。锚固端部504是位于中部503两侧的放大端部。这些放大端部504相似于钉头。在图5a所示的实施例中，该钉头是圆的。但并不限于此。另一种形状的钉头例如方形钉头或者长方形钉头也适合。

图5b表示另一种钢纤维506，其具有中部507，中部507两端具有锚固端部508。这些锚固端部508是钩。

图5c表示本发明的钢纤维510的另一个实施例，一旦被嵌入混凝土或砂浆内，将提供高于90％的锚固性。

该钢纤维510具有中部511，在中部511的两端具有锚固端部512。

这些锚固端部512为封闭的或者基本封闭的钩形。

作为举例，本发明的钢纤维可以按以下方式制作。

原料是直径例如为5.5mm或6.5mm的盘条，钢成分为：最小碳含量为重量百分比0.50％(wt％)，例如等于或大于0.60wt％，锰含量为0.20wt％至0.80wt％，硅含量为0.10wt％至0.40wt％。硫含量最大为0.04wt％，磷含量最大为0.04wt％。

典型的钢成分包括：碳0.725％，锰0.550％，硅0.250％，硫0.015％，磷0.015％。可选的钢组分包括：碳0.825％，锰0.520％，硅0.230％，硫0.008％，磷0.010％。

在多个拉拔步骤中对该盘条进行冷拔，直至最终直径达到0.20mm至1.20mm。

为了使钢纤维的断裂延伸率和最大载荷延伸率高，可对上述拉拔的丝进行应力消除处理，例如使丝穿过长度与丝穿过速度相适应的高频或中频感应线圈。已经发现，在大约300℃的温度下进行一定时段的热处理会导致拉伸强度减小约10％，而不会增加断裂伸长率和最大载荷伸长率。但是，通过略微升高温度到高于400℃，则发现拉伸强度进一步下降，同时断裂伸长率增加且最大载荷伸长率增加。

丝可以镀覆也可以不镀覆耐腐蚀镀层，例如锌或锌合金镀层，更具体而言是锌铝镀层或锌铝锰镀层。在拉拔之前或者在拉拔期间，可以在丝上镀覆铜或铜合金镀层，以方便拉拔操作。

接着，将消除应力后的丝切成适当长度的钢纤维，并使钢纤维的端部具有适当的锚固或者加厚。也可以利用适当的辊在同一个操作步骤中进行切割和形成钩形。

根据US-A-4284667，这样获得的钢纤维可以胶粘在一起，也可以不胶粘在一起。

除此之外或者作为替代，可以把得到的钢纤维放入根据EP-B1-1383634的链式包装中，或者放入例如本申请人的申请号为09150267.4的欧洲专利申请所公开的带式包装中。

Claims (13)

1.一种用于强化混凝土或砂浆的钢纤维，所述钢纤维具有中部和位于所述中部一端或者两端的锚固端部，所述中部具有最大载荷能力F_m和最大载荷伸长率A_g+e，所述最大载荷伸长率A_g+e至少为2.5％，所述钢纤维在所述混凝土或砂浆内的锚固力是所述最大载荷能力F_m的至少90％，所述锚固力是在一个所述锚固端部嵌入所述混凝土或砂浆内的钢纤维的拔出试验期间获得的最大载荷。

2.如权利要求1的钢纤维，其中，所述钢纤维的所述中部的拉伸强度R_m至少为1000MPa。

3.如权利要求1或2的钢纤维，其中，所述中部的拉伸强度R_m至少为1400MPa。

4.如前述权利要求之任一的钢纤维，其中，所述钢纤维的所述中部的最大载荷伸长率A_g+e至少为4％。

5.如前述权利要求之任一的钢纤维，其中，所述钢纤维的所述中部的最大载荷伸长率A_g+e至少为6％。

6.如权利要求4的钢纤维，其中，所述中部的拉伸强度R_m至少为1400MPa，最大载荷伸长率A_g+e至少为4％。

7.如前述权利要求之任一的钢纤维，其中，所述锚固端部是加厚锚固端部、放大锚固端部、冷锻锚固端部、压平锚固端部、弯曲锚固端部、波形锚固端部或它们的组合。

8.如前述权利要求之任一的钢纤维，其中，所述钢纤维处于应力消除状态。

9.如前述权利要求之任一的钢纤维，其中，所述钢纤维的所述中部的直径为0.1mm至1.20mm。

10.如前述权利要求之任一的钢纤维，其中，所述钢纤维的所述中部的长度与直径之比L/D为40至100。

11.一种混凝土结构，包括如权利要求1-10中一项或多项所述的钢纤维。

12.如权利要求11的混凝土结构，其中，所述混凝土结构在所述钢纤维剂量小于40kg/m³时在ULS下的平均裂后残余强度超过5MPa。

13.如权利要求1-10之任一限定的钢纤维用于混凝土承载结构的用途。

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