抗裂防渗水工混凝土弯曲韧性研究.pdf
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1、第 3 2卷第 l 2期 2 0 1 0年 l 2月 人民黄河 YEL L0W RI VER Vo 1 3 2 No 1 2 De c 2 01 0 【 水利水 电工程 】 抗裂防渗水工混凝土弯曲韧性研究 石 国柱 , 徐 晓勇 ( 安 阳师范学院 建 筑工程学院 , 河南 安阳 4 5 5 0 0 2 ) 摘要: 基5 - ff , 工程中对大粒径混凝土的抗裂防渗要求, 进行 了二级配骨料钢纤维混凝土弯曲韧性试验, 分析 了钢纤 维体积率 ( 钢纤维掺 量) 对钢 纤维混凝 土荷 载一 挠度 曲线 、 弯曲韧 度指数 和承 载能 力变化 系数 的影 响。结果表 明 : 钢纤 维对二级配混凝土
2、弯曲韧性有良好的增强效果, 钢纤维最佳体积率为0 5 1 O 。 关键词 :钢纤 维混凝 土;弯曲韧性 ;二级 配 ;大骨料 中图分类号 :T U 5 2 8 5 7 2 文献标识码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 - 1 3 7 9 2 0 1 0 1 2 1 0 3 混凝土是一种脆性材料, 抗裂、 变形能力差 , 这些弱点限制 了混凝土优势的充分发挥。当混凝土中掺人钢纤维后, 钢纤维 与t 昆 凝土基体之问的黏结作用, 将对混凝土基体中裂缝的扩展 和延伸起明显的抑制作用。钢纤维受力时脱黏、 拔出或拉断消 耗很大的能量, 使得混凝土破坏时表
3、现出良好的塑性特征, 故 钢纤维混凝土的开发研究受到了国内外的普遍重视。 钢纤维混凝土在道路、 桥梁、 建筑等工程中得到了广泛应 用, 取得了良好的效益 , 但是在水利水电工程中的研究和 应用较晚 “J , 在面板堆石坝方面除了个别小坝修补 时采用 过 喷射钢纤维混凝 土外 , 还 没有得 到正 式应 用 , 而 且这 些应 用 基本都限制粗骨料最大粒径 为2 0 m m。笔者基于水利工程对 大粒径混凝土的防裂增韧要求 , 测定粗骨料最大粒径为 4 0 m m 的二级配钢纤维混凝土的弯曲性能 , 对大粒径钢纤维混凝土弯 曲性能进行 了分析 。 1 试验简介 试验采用4 2 5 R普通硅酸盐水泥
4、 ; 细集料采用细度模数为 2 7 9的机制 砂 , 级配连续 ; 粗集 料采用连续级配石灰岩碎石 。 小 石为 5 2 0 mm, 大石为2 0 4 0 m m, 过筛后使用。大石与小石 比例为 1 1:9 ; 钢纤维为端勾型钢纤维 , 长 6 0 m m, 长径比为 8 O , 弯折度合格; 减水剂为 J MH型缓凝高效减水剂, 减水率 为2 0 2 3 6 ; Mg O采用外掺法加入混凝土, 掺量为胶凝材 料用量 的 3 4 ; 粉煤 灰为 I级粉煤灰。应用实践表 明 - 7 3 , 混 凝土中掺加 M g 0, 对增强混凝土的断裂韧度、 补偿混凝土 自身 体积收缩 , 避免或减少因混凝
5、土 自身收缩变形而产生的裂缝 , 效果 明显。 钢纤维体积率分别为0 、 0 5 、 0 7 7 、 1 O 和 1 2 5 , 分 别对应试件编号中的 IV, 以比较不同钢纤维掺量对混凝土 的增韧效果。在保证水灰 比不变的前提下, 随钢纤维掺量的增 加 , 适当增加单位用水量, 使钢纤维混凝土有适宜的工作性能。 基体混凝土强度等级为 C 3 0 , 试验配合比见表 1 。试件 IV 的坍落度分别为 1 9 0 、 5 0、 3 0、 1 0 m m和0 mm。 表 1 试验配合比 k g m 按照 钢纤维混凝土试验方法 的规定, 钢纤维混凝土弯曲 韧性试件尺寸为 1 5 0 mm1 5 0
6、n l n5 5 0 mm, 试件按先干拌后 湿拌的方法, 用强制式小型搅拌机拌合, 用振动台振实成型。 为使钢纤维均匀分布, 先拌和除钢纤维外的其他材料, 再将钢 纤维均匀撒入 , 全部投人后再拌和均匀。拌和过程中, 人工用 钢棒辅助拌和, 以避免出现钢纤维结 团现象。试验时, 为增强 现有普通试验机的刚度, 采用 4个具有相同尺寸和刚度的高强 叠簧为刚性辅助架。每个试件在试验前都仔细测量, 并计录其 实际尺寸, 用 I MP 3 5 9 5 3 B数据自动采集仪采集试验数据。 2 试验结果及分析 2 1 荷载一挠度 曲线 不同钢纤维体积率下钢纤维混凝土试件的荷载一挠度曲 线见图 1 、 图
7、 2 。已有研究表明, 普通混凝土梁的破坏特征是一 裂即断, 表现为较弱的塑性和较强的脆性 I 9 J 。由图 1 、 图 2可 以看出, 钢纤维混凝土试件的荷载峰值随钢纤维体积率的增大 而增大, 荷载一挠度曲线随钢纤维体积率的增大而越加丰满 , 呈现出更强的韧性 。 收稿 日 期 : 2 0 1 0 0 3 - 2 6 基金项 目: 河南省科技攻 关课题 ( 0 6 2 4 2 5 0 0 2 8 ) ; 安 阳师范学院骨干教师 资助计 划项 目。 作者简介: 石国柱( 1 9 7 4 一) , 男, 河南安阳人, 讲师, 硕士, 主要从事建筑材料及 结构性 能研 究工作。 E ma i l
8、 : g u o z h u _s h i 1 2 6 c o r n 2 43 人 民 黄 河2 0 1 0年第 1 2期 山 挺 霜 静 繇 握 租 静 1 2 3 4 5 6 7 8 9 挠度 ra m 图 1 钢纤维混凝土 7 d龄期荷载一 挠度曲线 图 2 钢纤维混凝土 2 8 d龄期 荷载一挠度曲线 荷载较小时, 基体通过界面黏结力将荷载传至纤维, 钢纤 维与混凝土基体作为整体共同承担荷载, 两者变形协调处于弹 性阶段, 故荷载一挠度曲线呈直线。当荷载增大, 受拉区混凝 土变形达到钢纤维混凝土初裂应变时, 混凝土基体出现裂缝, 跨越裂缝的纤维通过界面传递应力使试件截面受力保持平衡,
9、 而不像普通混凝土那样 , 一 旦裂缝 扩展 便很快 导致试件 断裂 ; 基体内部微裂缝稳定扩展成为宏观裂缝, 荷载一挠度曲线逐渐 呈非线性变化。在该阶段, 钢纤维通过界面黏结横贯裂缝传递 应力, 钢纤维混凝土仍能承受更大的荷载。随着荷载的继续增 大, 混凝土基体裂缝继续扩展, 钢纤维混凝土处于弹塑性阶段。 此后, 钢纤维在逐渐拔出过程中, 横跨裂缝连接混凝土, 使钢纤 维混凝土的承载能力仍有一定提高, 且随钢纤维体积率的增大 而增大。钢纤维混凝土达到极限承载能力的I 临界值后, 裂缝失 稳扩展 , 因钢纤维与基 体 间界 面黏结 强度逐 步达到极 限 , 钢纤 维不断被拔出或拉断, 承载能力
10、下降, 裂缝两端的钢纤维混凝 土几乎变成刚体转动, 跨中挠度增长很快。在该过程中, 由于 数目越来越多的钢纤维脱黏、 拔出或拉断, 需要吸收很多能量 , 因此荷载一挠度曲线缓慢下降, 呈现出良好的韧性, 并有裂而 不断的特征 。 2 2 弯 曲韧度指数 为了更好地比较各种钢纤维混凝土的弯曲韧性 , 引入弯曲 韧度指数。弯曲韧度指数是以3倍 、 5 5倍 、 1 5 5倍的初裂挠 度前荷载一挠度曲线下的面积与初裂时荷载一挠度曲线下面 积的比值 , 用 , 5 、 , l 0 、 , 3 。 表示。按照图 1 和图2计算出的钢纤维 混凝土弯曲韧度指数见表 2 。试验及分析结果表明: 钢纤维的 加入
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