钢纤维对高强混凝土弯曲性能影响的试验研究.pdf
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1、第 1 3卷第 1 期 2 0 1 0年 2月 建筑材料学报 J 0URNAL 0F B U I L DI NG M ATERI ALS VO 1 1 3NO1 Fe b, 2 01 0 文 章编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 8 5 0 5 钢 纤维对高强混凝土弯 曲性能影响 的试验研究 汤寄予 , 高丹盈 , 朱海堂 , 赵 军 ( 1 郑州大学 土木工程学院, 河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ; 2 郑州大学 水利与环境学院 , 河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ) 摘要:选用工程 中常用的铣削型、 切断 弓型、 剪切波纹型钢纤维,
2、 以不超过 2 0 的体积分数掺入 高 强混凝 土 中 , 通过 2种 尺寸 小梁试 件 的弯 曲强度 和韧 性试验 , 研 究 了钢 纤维 类型及掺 量 对 高强混凝 土弯 曲强度及 变形 性 能的影 响 结 果表 明 : 当 3种 类 型钢 纤维分 别 以 2 0 的体 积分 数掺 入 高强混 凝 土 中 时 , 可使 高强 混凝 土抗 裂 能 力分 别 提 高 7 2 , 4 1 和 4 2 , 弯 曲极 限 强度 分 别提 高 9 0 , 8 4 和 5 7 钢 纤维 对 高强混凝 土试 件 的尺 寸 效 应 系数 影 响 显 著 , 试 验 时 应 考虑 试 件 尺 寸对 试 验 结
3、果 的影响 钢 纤 维 高强混凝 土 弯 曲韧度 指数 及承 栽 力 变化 系数 均 随钢 纤 维体 积 分数 的增 大 而增 大 , 并 大于理 想弹 塑性材 料 的相 应值 不 同类型钢 纤 维对 高强混 凝土 弯 曲强度及 弯曲韧性 的 改善 效 果 不 同 , 可通过 改进 钢 纤维 的加 _ T - 工 艺、 表 面形状 等 来提 高钢 纤维对 高强 混凝 土的增 强增韧 效 果 关键 词 :钢 纤维 ;高强混凝 土 ;强度 比;韧度 指数 ;变化 系数 中图分类 号 : U4 1 4 2 1 7 文献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1
4、0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 1 0 1 8 I nf l u e nc e o f S t e e l Fi b e r o n Fl e x u r a l Pr o pe r t y o f Hi g h S t r e ng t h Co nc r e t e TANG J i y u , GAO Da n y i n g , ZH U Ha i t a n g。 , ZHAO J u n ( 1 Sc h oo l of Ci v i l Eng i ne e r i ng,Zhe n gz ho u Un i v e r s i t y,Zhe n gz h ou
5、 45 0 001,Chi na; 2 Sc h o ol of W a t e r Con s e r v a n c y a nd Env i r onme nt En gi ne e r i ng,Zhe ngz hou Un i v e r s i t y,Zhe n gz hou 4 50 00 1,Ch i na ) A b s t r a c t :Mi l l e d s t e e 1 f i b e r ( MF),b e n d e d s t e e l f i b e r ( BF)a n d s h e a r e d s t e e l f i b e r ( S
6、 F)we r e mi x e d i n h i g h s t r e ng t h c o n c r e t e a t t h e v o l ume f r a c t i on b e l o w 20 By m e a ns o f f l e xu r al s t r e ng t h t e s t a n d f l e xu r a l t o ug hne s s t e s t o f t WO ki nd s of be a m s p e c i me ns,t he i nf l u e n c e s o f t y p e a n d v o l um
7、e f r a c t i o n o f s t e e l f i b e r s o n t he s t r e n gt h a nd d e f or ma t i o n of hi gh s t r e n gt h c o nc r e t e we r e i nv e s t i g a t e d The r e s ul t s s h ow t ha t whe n t h e t hr e e k i nd s o f s t e e l f i b e r s a r e m i xe d i nt o h i gh s t r e ng t h c o nc
8、r e t e a t t he v ol u m e f r a c t i o n o f 2 0 ,t he c r a c k i n g r e s i s t a n c e o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e c a n b e i mp r o v e d b y 7 2 9 6 , 4 1 a n d 4 2 ,a n d u l t i ma t e f l e x u r a 1 s t r e ng t h c a n be i mpr o v e d b y 9 O , 8 4 a nd 57 r e s p e c
9、 t i v e l y St e e l f i be r ha s a d i s t i nc t i n f l ue nc e o n s i z e e f f e c t of hi g h s t r e n gt h c o nc r e t e ,whi c h m u s t be t a ke n i nt o a c c ou nt whe n c a r r y i ng ou t e x p e r i m e nt s Fl e x u r - a l t ou ghn e s s i nde x a n d v a r i a t i o n f a c t
10、or o f f l e xu r a l r e s i s t a n c e a r e i mpr o ve d wi t h t he i nc r e a s e o f v o l ume f r a c t i on o f s t e e l f i be r a nd t he y a r e hi g he r t h a n t ha t of i d e a l e l a s t i c p l a s t i c ma t e r i a 1 Di f f e r e nt s t e e l f i be r ha s a d i f f e r e nt e
11、f f e c t s o n f l e x ur a l pe r f o r m a n c e o f hi g h s t r e n gt h c on c r e t e,a nd t h e s t r e n gt h e ni ng a n d t ou ghe ni ng e f f e c t on h i gh s t r e n gt h c on c r e t e c a n b e a c h i e v e d by i m p r ov i n g t he pr o c e s s i ng t e c hni q ue , ma c r o s ha
12、p e of s t e e l f i be r Ke y wo r d s :s t e e l f i be r;hi g h s t r e ng t h c o nc r e t e;s t r e ng t h r a t i o;t ou gh ne s s i nd e xv a r i a t i on f a c t o r 收稿 日期 : 2 0 0 8 1 2 - 1 8 ;修订 日期 : 2 0 0 9 0 5 0 4 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 6 7 8 1 5 9 ) 第一作者 : 汤 寄予 ( 1 9 7 4 ) , 男 , 河南淮阳
13、人 , 郑 州大学高 级工程 师 , 博士 生 主要从 事纤 维复合 水混 及复 合沥青 混合 料方 面的研究 E ma i l : t j y 7 4 Z Z U e d u c n *通信作 者 E ma i l : g d y Z Z U e d u C D 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 建筑材料学报 第 1 3卷 纤维高强混凝土是纤维与高强混凝土的有机结 合 , 它合理 利用 了两种材 料各 自的特 点 , 是 一种 较为 理想 的高性 能 混凝 土 I 1 随着新 型 结 构形 式及 特 殊 环境对混凝土材料提 出的更高要求 , 纤维高强混凝
14、 土被逐 渐应用 于 实 际工 程 桥 梁 、 公 路 、 机场 跑 道 等 铺面 工程在 使用期 内要 承受荷 载和气 候 因素 的多次 反 复作 用 , 会 逐渐 出现疲 劳损坏 和塑性 变形积 累 当 铺面损坏至不符合使用要求时 , 便需进行修复 过短 的使用 年限增 加 了维 修 工作 量 和 维修 费 用 , 并 严重 干扰甚至 中断正常交通, 且养护和修复铺面往往还 需 废弃大 量 的旧铺 面材料 , 这不仅 消耗 大量 能源 , 还 会对 自然环境产生破坏和污染 因此, 为了使所设计 和 修筑 的铺 面 经久 耐 用 , 使 其 能 在 较 长 的使 用期 内 具有 足够 的承载
15、 能力 和抗 塑 性变 形 能 力 , 就 必须 选 用强度高、 稳定性好 的优质材料l_ 2 钢纤维高强混凝 土具 有 优异 的力学 性 能 , 尤其 是 良好 的韧性 3 及 抵 抗 环境 作用 的能力 , 用其 铺筑 的路 面平整且 接缝 少 , 减震 吸声 , 行车舒 适 , 使 用 寿命 较 长 , 在 设计 强度 相 同的条件下 , 所需的面层厚度薄于普通混凝土 , 因而 是 理想 的铺 面材料 在 道路 和机 场工 程 中, 混凝 土 弯 曲强 度是 结 构 设 计 和质 量 控制 的重要 指 标_ 4 由于钢 纤 维 高强 混 凝 土 的韧性 直接影 响 到 结 构 的变 形
16、和抗 震 性 能 , 其 韧度指标 已成为与其强度 同等重要的材料属性_ 5 因此 , 在 设计 和建造 钢纤 维高 强混凝 土铺 面结构前 , 必 须 了解 钢纤 维在 提高 和改善 高强混 凝土 弯 曲强 度 和 弯 曲韧 性方 面 的效 果 本文 通 过 钢 纤维 高 强 混凝 土 小梁 弯 曲试 验 , 探 讨 了钢纤 维 类 型 及 掺量 对 高 强 混凝 土弯 曲强 度及 变 形性 能 的影 响 其试 验 结 果 可 为混凝土路面设计提供依据 , 也可为进一步研究钢 纤维高强混凝土构件和结构的动力特性提供参考 1 试 验 概 况 1 1 材料 选择 与试 件设计 原材料 : 4 2
17、 5级普通硅 酸盐水 泥; 细度模数为 2 9 1 的中粗河砂 , 最 大粒径 为 2 5 mm 的天 然 石灰 岩 碎石, 砂 、 石颗粒级配均 良好 、 连续 ; 减水 率为 2 5 ( 质量分数) 的 F D N 一 1型高效减水剂 ; 铣削型( MF ) 、 切断弓型 ( B F) 和剪切波纹 型( S F) 3种 钢纤 维, 其 中, 以铣削型钢纤维为主导纤维 , 其体积分数 仇分 别为 0 5 , 1 0 , 1 5 , 2 0 , 即其单方掺量分 别 为 3 9 3 , 7 8 6 , 1 1 7 9 , 1 5 7 2 k g m。 , 而 切 断 弓 型 及剪切波纹型钢纤维作
18、为对 比纤维, 其体积分数均 分别为 1 0 9 6 和 2 0 9 5 3种类型钢纤维特征参数参 见表 1 表 1 钢纤维特征参数 Ta b l e 1 Ch a r a c t e r i s t i c p a r a me t e r s o f s “ I fib e r s 高 强混凝 土 基 准组 设 计 强 度 等级 为 C 6 0 , 水 灰 比为 0 3 , 砂率为 0 4 钢纤维高强混凝土与高强混 凝 土基 准组 为 同一 强度 等 级 , 即 F C 6 0 为消 除基 体 混 凝土 变异对试 验 结 果 的影 响 , 每 组 配 比 的钢纤 维 高 强混 凝土均 有
19、同强 度 等级 、 同配 比的高 强 混凝 土 作对 比 弯曲韧性试验采用 1 0 0 mm1 0 0 mm4 0 0 mr f l 的小梁试 件 ; 为探讨 尺寸效 应 的影 响 , 弯 曲强 度 试验 分别 采用 1 5 0 F i l m1 5 0 F i l m5 5 0 mm 的标 准 试件 及 1 0 0 mm 1 0 0 mm 4 0 0 ml I 1的非 标 准 试 件 按 照 C E C S 1 3 : 8 9 钢 纤维 昆 凝 土试 验方 法 的规 定 , 每组 4个试 件 , 共成 型 2 0 4个试 件 1 2试验 方法 在 普 通试 验 机 上进 行混 凝 土 弯 曲
20、韧性 试 验时 , 若试件 变形 超过 荷 载峰 值 点 变形 , 则 试 件往 往 会 突 然崩 溃 , 因而很 难 测 得 混凝 土 应 力 一应 变 曲线 或试 件荷 载 一挠 度 曲 线 的下 降 段 为 了避 免 这种 突 然破 坏 , 通 常采 用增设 刚性组 件 的办 法来 增 大试 验 机 的 刚度 当试件 荷 载超过其 最大 承载 力时 , 刚性组件 就 负担起 部分 或更 多 的荷 载 , 以减缓 试 验 机释 放 弹性 能 的速 度 , 从 而测 得混凝 土试 件荷 载 一变形 全 曲线 图 1 为 本文 在 5 0 0 t 液压 试 验机 上 采用 的刚性组 件 装置
21、图 1 弯曲韧性试验装置 Fi g 1 Exp e r i me n t a l d e vi c e f or f l e x ur a l t o u ghn e s s 钢纤维高强混凝土受 弯试件的初裂强度 、 极 限 强度 、 弯 曲 韧 度 指 数、承 载 力 变 化 系 数 均 按 C E C S 1 3 : 8 9 钢纤维混凝土试验方法 的规定计算 主要试验结果列于表 2 其 中, 弯 曲初裂强度 比 Rr 是钢纤维高强混凝土试件与相同配 比的无纤维高强 混凝土试件达到开裂时的弯曲强度比值 , 能在一定 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期
22、汤寄予 , 等 : 钢纤维对高强混凝土弯 曲性能影响 的试验研究 8 7 程度上 反 映钢纤 维 阻裂 能 力 的 大小 ; 弯 曲极 限强 度 维 高强 混凝 土试 件 达 到 极 限 破 坏 时 的 弯 瞌 强 度 比 比R 是钢纤维高强混凝土试件与相 同配 比的无纤 值 , 用以反映钢纤维对高强混凝土增强的能力 表 2 弯 曲性能试 验结果 Ta b l e 2 Te s t r e s u l t s o f fle x u r a l p r o p e r t y 5 0 6 8 9 4 2 1 0 8 1 0 3 O 7 6 0 3 8 5 6 2 1 0 4 6 2 6 4 3
23、 1 3 1 1 1 0 0 7 5 6 2 2 1 3 7 0 3 7 4 5 1 6 1 1 8 2 1 5 1 5 5 7 1 2 8 0 3 9 2 6 l _ 2 9 1 6 2 1 6 4 5 7 0 1 1 8 2 3 5 3 5 1 3 5 1 4 0 1 3 7 6 1 6 1 3 8 7 4 5 5 4 1 5 8 1 8 6 2 0 7 5 8 1 1 1 4 5 3 0 6 1 1 41 1 3 2 1 0 4 5 7 l 1 2 3 3 37 7 9 1 3 6 1 5 2 1 5 4 2 结果分析 2 1 钢 纤维对 高强 混凝 土弯 曲强度 的影 响 2 1 1
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- 关 键 词:
- 纤维 高强 混凝土 弯曲 性能 影响 试验 研究
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