聚烯烃粗合成纤维混凝土抗弯韧性试验.pdf
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1、第 3 0卷第 1 期 2 0 1 3年 3月 建 筑科 学与 J o u r n a 1 o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo 1 3 O NO 1 M a r 2 O1 3 文章编号 : 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 _ 0 0 1 9 - 0 6 聚烯烃粗合成 纤维混凝土抗弯韧性试验 邓 宗才 , 师亚军 , 曹 炜 ( 北京工业大学 城市 与工 程防灾减灾省部共建教育部重点实验室 , 北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘要 : 为了解新型粗合成纤维
2、对改善混凝土抗弯韧性的效果 , 试验研究了纤维掺量、 基体强度 、 纤维 直径等因素对混凝土抗弯韧性的影响规律。结果表明: 单掺或混掺 不同几何尺寸粗合成纤维后 , 试 件具有很好的韧性 , 呈延性破坏; 抗 弯韧性指数随纤维掺量的增加而增大; 基体强度提 高时, 抗 弯韧 性指数略有上升 ; 纤维直径不 同时, 抗弯韧性指数 变化不明显 ; 3种合成纤维与钢纤维混掺后 , 其抗 弯韧性指标大于单掺钢纤维或 3种合成纤维混掺的试件; 混掺粗合成纤维可有效改善 梁裂后行 为, 即峰值 荷 载后仍 保持 较 高荷 载 ; 而单掺钢 纤维 梁在峰 值 荷 载后 , 荷 载 下 降较 快 ; 新 的抗
3、 弯韧性 评 价 方法 能够 准确地反 映粗合 成 纤维混 凝 土裂后 阻裂能 力 高、 变形 大 的特 点。 关 键词 : 粗合 成 纤维 ; 抗 弯韧 性 ; 剩余 强度 ; 混凝 土 ; 配合 比 ; 纤 维掺 量 中图分 类号 : T U5 2 8 5 8 文献标 志码 : A Ex p e r i me n t o n Fl e x u r a l To u g hne s s o f Po l y o l e f i n M a c r o - f i b e r Re i nf o r c e d Co nc r e t e DENG Z o n g c a i ,S HI Ya
4、 j u n,CAO W e i ( Ke y L a b o r a t o r y o f Ur b a n S e c u r i t y a n d Di s a s t e r En g i n e e r i n g o f M i n i s t r y o f E d u c a t i o n, Be i j i n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y,B e ij i n g 1 0 0 1 2 4,Ch i n a ) Ab s t r a c t :I n or d e r t o gr i p t he f l e
5、x ur a l t o u ghn e s s i m p a c t o f ne w t y pe s yn t he t i c m a c r o f i b e r o n r e i n f o r c e d c o n c r e t e ,t h e e f f e c t s o f t h e f i b e r c o n t e n t ,t h e ma t r i x s t r e n g t h o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e a nd t he d i a m e t e r o f f i be r on
6、t he f l ex ur a l t ou ghn e s s we r e s t u di e d Th e r e s u l t s s ho w t ha t t he a dd i t i o n o f s y nt he t i c m a c r o f i be r c h a ng e s t he f a i l ur e mod e o f r e i nf o r c e d c o nc r e t e f r o m br i t t l e ne s s t o du c t i l i t y The f l e xu r a l t ou ghn e
7、s s i n de x i nc r e a s e s wi t h t he f i be r c on t e n t ,i t a l s o i nc r e a s e s wh e n t he ma t r i x s t r e ng t h i nc r e a s e s;a n d i t ha s t e v i d e nt l y c ha ng e d whe n t he d i a me t e r o f f i b e r c h a ng e s The f l e xu r a l t o u ghn e s s o f r e i n f o r
8、 c e d c on c r e t e wi t h s t e e l f i b e r a nd t hr e e s yn t he t i c ma c r o f i b e r i s h i g h e r t h a n t h o s e o f s t e e l f i b e r o r t h r e e s y n t h e t i c ma c r o f i b e r ,a n d s y n t h e t i c ma c r o f i b e r c a n i nc r e a s e t h e t o ug hn e s s o f r
9、e i nf or c e d c o nc r e t e The s y nt h e t i c m a c r o f i be r r e i nf or c e d c o nc r e t e c a n ha v e a h i gh e r l o a d a f t e r t he p e a k l o a d,but t h e l o a d o f c on c r e t e wi t h s t e e l f i be r d e c r e a s e s qu i c k l y a f t e r t h e pe a k l o a d, t he
10、c ha r a c t e r i s t i c o f r e i nf or c e d c o nc r e t e wi t h s ynt he t i c ma c r o f i be r c a n be pr o v e d by t he ne w t o u ghn e s s e v a l ua t i o n me t ho d Ke y wo r d s :s y n t h e t i c ma c r o f i b e r ;f l e x u r a l t o u g h n e s s ;r e s i d u a l s t r e n g t
11、h;r e i n f o r c e d c o n c r e t e ; mi x p r o p o r t i o n;f i b e r c o n t e n t 收稿 日期 : 2 0 1 2 - 1 0 2 O 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 0 6 7 8 0 1 1 ) 作者简介 : 邓宗才( 1 9 6 1 - ) , 男 , 陕西扶风人 , 教授 。 博士研 究生导师 , 工学博 士 , E - ma i l : d e n g z c b j u t e d u c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 建筑科
12、 学与工程学报 2 0 1 3生 0 引 言 普 通混凝 土易 裂 , 严 重影 响结构 耐久 性 , 掺 人纤 维后 , 可有 效改善抗裂性 。粗合成纤 维价格低 廉 , 施工方便 , 能有效阻止裂缝扩展 , 可增强混凝土 变形能力和韧性 , 提高抗疲劳 、 抗冲击性能等 。 纤维混凝土抗弯韧性指标极为重要_ 5 , 可反映 纤 维对 混凝 土 的增 韧效 果 , 它是 开发新 纤维 品种 、 确 定 纤 维 品种 及纤 维 掺量 、 检测 和 控 制 混凝 土 质 量 的 重要 指标 。 本文 中笔 者通过 试验研 究 了 3种 不 同直径 和长 度的粗合成纤维增强混凝 土的抗弯韧性 ,
13、并与素混 凝土 、 单掺钢纤维及钢纤维与合成纤维混掺试件进 行了对比, 探讨 了纤维掺量、 纤维直径 、 基体强度 、 混 掺方 式等 对抗 弯韧性 的影 响规 律 。 l 试验概 况 1 1纤维 材性 聚烯烃粗合成纤维( 聚丙烯与聚乙烯 的共聚物) 力 学性 能指标 见表 l 。圆丝 浪 形钢 纤 维 由江 西赣 州 大业金属纤 维有 限公 司 提供 , 直径 和长度分 别 为 0 9 mm和 5 0 mm, 强度 均为 7 0 0 MP a 。 表 1 粗 合成 纤维 力学性能指标 Ta b 1 M e c h a ni c a l Pr op e r t y I nde x e s o
14、f M a c r o - f i be r s 直径 抗拉强 密度 初始模 伸长率 长度 ra m mm 度 MP a ( gc m 。 ) 量 GP a 1 0 4 8 4 0 9 1 4 2 1 2 5 0 0 8 5 2 6 0 9 1 4 2 1 3 4 5 0 5 4 5 O 0 9 1 4 2 1 5 4 O 1 2混 凝土 配合 比 普通 混凝 土 C 2 5 , C 3 5采 用 P 03 2 5普 通 硅 酸 盐水泥, 高强混凝土 C 5 0采用 P 0 4 2 5普通硅酸盐 水泥 , 砂 采 用 中砂 , 石 为 人工 碎 石 , 水 为 自来 水 。为 了更 好地 研究
15、 混凝 土基体 强度对 纤维 增韧 效果 的影 响 , 试验考虑 3种混凝土强度 , 混凝土配合比如表 2 所示 。 表 2混 凝 土 配合 比 Ta b 2 M i x Pr o p o r t i o ns of Co nc r e t e 各材料用量 ( k gm ) 混凝土强度等级 水灰比 水泥 砂 石 水 C2 5 3 7 6 6 43 1 1 9 4 1 8 O O 4 8 C3 5 4 8 6 6 1 8 1 1 5 0 1 8 O O 3 7 C5 O 5 O O 6 1 4 1 1 42 1 8 O O 3 6 1 3试 件 制作 试件尺寸为 1 0 0 mm1 0 0 mm
16、4 0 0 mm。 制作 试件时, 先将称好的砂、 水泥、 石依次放入搅拌机 , 干 拌 2 rai n , 再将水分 2次或 3次加入, 将纤维分散加 入并搅 拌 3 rai n左 右 , 混 凝 土搅 拌 好 后倒 入 模 具 内 振捣并抹平 , 浇注 2 4 h后脱模并在标准养护室养护 2 8 d , 试验前 3 h从养护室取出晾干, 试件编号及纤 维掺量 见表 3 。 表 3 试 件编号及 纤维掺量 Ta b 3 Numb e r i n g S pe c i me ns a n d Fi b e r Con t e n t s 粗合成纤维 混凝土强 钢纤维掺量 试件编号 直径 长度
17、掺量 度 等级 ( k g m 。 ) mm ( k g m。 ) C2 5 0 5 - 6 C2 5 0 5 4 0 6 0 O C2 5 - 0 5 - 8 C2 5 O 5 4 0 8 0 0 C2 5 - 0 5 1 1 C2 5 0 5 4 0 1 1 O O C2 5 0 8 6 C2 5 0 8 4 5 6 0 O C2 5 - 0 8 8 C2 5 0 8 4 5 8 0 O C2 5 - 0 8 1 1 C25 0 8 4 5 1 1 0 O C2 5 一 l 6 C25 1 0 5 O 6 0 O C2 5 1 8 C25 1 0 5 O 8 0 O C25 1 1 1 C
18、2 5 1 0 5 O 1 1 0 O C5 O 0 5 6 C5 0 0 5 4 0 6 0 O C5 0 0 5 8 C5 O 0 5 4 O 8 O O C5 0 0 5 1 1 C5 O 0 5 4 0 1 1 O O C5 0 0 8 6 C5 0 0 8 4 5 6 0 0 C5 O 一 0 8 8 C5 0 0 8 4 5 8 0 O C5 O 一 0 8 1 1 C5 O 0 8 4 5 1 1 0 O C5 O 1 6 C5 O 1 0 5 O 6 0 O C5 O 一 1 8 C5 O 1 0 5 O 8 0 O C5 O 一 1 1 1 C5 O 1 0 5 0 1 1
19、0 0 0 5 4 0 2 7 C3 5 一 H一 8 C3 5 O 8 4 5 2 7 O 1 0 5 O 2 7 0 5 4 O 2 7 C3 5 一 HG一 3 3 C3 5 0 8 4 5 2 7 2 5 1 0 5 0 2 7 C3 5 一 G一 2 5 C3 5 0 0 O 0 0 2 5 1 4试 验方 法 抗弯韧性试验在 I n s t r o n 1 3 4 3伺服系统机上采 用 三分点 加载 方式进 行 , 试 件跨 度 为 3 0 0 mm, 采 用 恒 位移控 制加 载 , 加 载速率 为 0 1 0 mm s 。挠 度 测定时将夹式引伸仪置于试件的中性轴来测定试件 的
20、挠度 , 计算机 自动记 录数据 , 并 自动绘制荷载一 挠 度 曲线 , 抗 弯 韧性试 验测试 装置 如 图 1 所示 。 2 试验 结果与分析 2 1 破坏过 程及 形式 单掺或混掺粗合成纤维后 , 试件具有很好 的抗 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 邓 宗 才 , 等 : 聚烯 烃粗 合成 纤 维混凝 土抗 弯韧 性试 验 2 1 图 1 抗弯韧性试验测试装置 Fi g 1 Te s t i n g Eq ui pme n t o f Fl e xu r a l To ug h ne s s Exp e r i m e n t 弯韧 性 , 呈
21、延 性破坏 , 各 抗弯 韧性 指数 随着 纤维 掺量 的增 加 而增 大 。 当基体强度为 C 2 5时 , 各试件 的抗弯强度相差 较小 。开裂前 , 荷载增长较快, 荷载一 挠度 曲线呈直 线上升趋势; 开裂后 , 挠度增长速度加快 , 曲线斜率 略有下降; 当荷载达到峰值 以后 , 荷 载迅速下降 , 挠 度也 随之 有较 大增 长 , 试 件 中部有 明显 的裂 缝 出现 , 之后 裂缝缓 慢 向上发 展 , 裂缝 处纤 维被 逐渐 拔 出 , 纤 维起到了很好 的连接增韧作用 。然后荷载缓 慢下 降, 但有部分试件荷载保持不变或略有上升 , 裂缝逐 渐 变 宽 , 挠 度增 大直
22、至试 件破 坏 。 当基体强度为 C 5 0时, 各试件的抗弯强度 同样 相差较小 , 抗弯强度 比基体强度为 C 2 5时有明显 的 增 大 。 3 种合成纤维混掺后的试件 明显呈延性破 坏 ; 单掺钢纤维 的试件有较高的峰值荷载 , 但是开裂后 荷载下降较快 , 然后荷载保持在较低值 ; 粗合成纤维 与钢纤维混掺的试件 , 呈现出良好的延性, 粗合成纤 维和钢纤维能够发挥各 自作用 , 使试件在 出现裂缝 后 , 仍 保持 较 高 的荷 载, 起 到 了很好 的增 强增 韧 作用。 2 2 荷载 一 挠 度 曲线 纤 维 混 凝 土 试 件 典 型 的 荷 载一 挠 度 曲 线 如 图 2
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- 关 键 词:
- 烯烃 合成纤维 混凝土 韧性 试验
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