路面、桥面、修补罩面等工程经常采用钢纤维增强水泥基复合材料,相对于普通水泥基复合材料,钢纤维增强水泥基复合材料表现出良好的效果。然而传统钢纤维增强水泥基复合材料中的钢纤维方向随机乱向,其中部分钢纤维由于方向与拉应力方向垂直或夹角过大,不能发挥增强作用。如果使所有或绝大部分钢纤维沿拉应力方向排列,则钢纤维增强效率显著提高,使复合材料具有更高的力学性能。路面、桥面铺装等工程常用的板构件,拉应力方向一般水平随机分布,如果采用钢纤维增强水泥基复合材料,钢纤维的最优方向为水平二维分布。因此,本文对二维定向钢纤维增强水泥基复合材料的制备方法及弯拉性能进行研究。首先,通过平面旋转电磁场对水泥基体中钢纤维的方向进行控制,成功制备了二维定向钢纤维增强水泥基复合材料。统计分析了二维定向钢纤维试件在劈裂抗拉断面上的钢纤维分布情况,并比较了其与钢纤维乱向分布试件的差异。结果表明根据旋转电磁场原理控制钢纤维二维定向分布的方法效果良好,钢纤维二维定向后在断面处的钢纤维数量和钢纤维角度分布特征与普通乱向分布的试件具有显著差异。相对于钢纤维随机乱向分布时,二维定向时,基体中的任一根钢纤维与拉应力方向的角度增大,同时造成其在应力方向上的投影长度增大,进而使钢纤维穿过裂缝截面的概率增大。其次,试验研究了二维定向钢纤维与普通乱向钢纤维增强水泥基复合材料的劈拉、弯曲及圆板弯曲试验,结果表明相对于钢纤维乱向分布钢纤维增强水泥基复合材料,二维定向钢纤维使水泥基复合材料的弯曲、拉伸性能显著提高。最后,在此基础上结合声发射分析方法研究了二维定向钢纤维对其发挥增强作用的影响,相对于乱向分布钢纤维增强水泥基复合材料试件,二维定向钢纤维试件在破坏过程中声发射累计撞击数增大,说明钢纤维二维定向后,断裂截面处的钢纤维数量较多。另一方面二维定向钢纤维增强水泥基复合材料试件在形成贯穿裂缝时瞬间释放的能量值较小,破坏过程释放能量较分散,说明二维定向钢纤维更有效的阻碍了裂缝扩展过程。而且钢纤维二维定向分布后,声发射信号的平均频率与上升角度更小,钢纤维拔出信号特征更为明显,说明钢纤维二维定向的试件破坏过程中钢纤维拔出的破坏机制更活跃,钢纤维增强效率提高了。