钢纤维对C60高性能混凝土弯曲韧性的影响.pdf
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1、第 3 3卷第 6期 2 0 1 2年 l 2月 华北水利水 电学院学报 J o u r n a l o f No r t h C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r Vol _ 3 3 No 6 De e201 2 文章编号 : 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 2 ) 0 60 0 3 3 0 3 钢纤维对 C 6 0高性能混凝土弯 曲韧性的影响 崔 巩,刘建忠, 周华新 ,吕 进 , 李长风 ( 江苏省建筑科
2、 学研 究院高性能土木工程 国家重点实验 室, 江苏 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘要 : 简要综述 了国内外关 于钢纤维 混凝 土弯 曲韧性指数 的计算方法 , 并选取我 国现行的规程 J G J T 2 2 1 2 0 1 0 试 验方法 , 通过钢纤维高性能混凝土 的弯 曲韧性试 验 , 研究 了钢纤维体积 分数和钢纤 维类型对 钢纤 维高 性能混凝土弯 曲韧性 的影响 结果表 明 : 钢纤维高性能混凝 土峰值荷 载与弯 曲韧性均 随着 体积分数 的增 大而 提高 ; 微 细型钢纤维提高混凝土弯 曲强度指标 幅度最大 , 端钩 型钢纤 维提 高混凝土弯曲韧性指标幅度最大 关键词 :
3、 钢纤 维 ; 体积分数 ; 类型 ; 高性 能混凝土 ; 弯曲韧性 韧性是材料延性和强度的综合 , 是材料在破坏过 程中的能量消耗值 钢纤维混凝土的韧性指的是混凝 土基体开裂后继续维持一定抗力的变形能力 , 是评价 钢纤维混凝土的一个重要指标 普通混凝土在一 定的荷载作用下便会开裂并发生脆性破坏 将钢纤维 加入高强混凝土是提高和改善其韧性 的有效方法之 一 目前用于评价混凝土弯 曲韧性 的试验方法较多, 但还没有 统一 的标 准和试验 方法 1 现有的弯曲韧性指数评价方法综述 与选 取 弯曲韧性用来评价钢纤维混凝土的韧性 , 但 目 前还没有统一评价钢纤维混凝土弯曲韧性的标准和 方法 各主要
4、国家学术机构 与一些学者相继提 出了 自己的标准和方法 , 具有代 表性 的有美 国混凝土协 会 ( A C I ) 5 4 4委员 会提 出的弯曲韧性指 数、 美 国材 料与试验协会 的 A S T M C 1 0 1 8韧性指数法 、 日本 土 木 工 程协 会标 准 J S C E G 5 5 2、 R I L E M T C 1 6 2 一T D F 、 中 国工程建 设 标准 协会 标 准 ( C E C S 1 3 : 2 0 0 9 ) 、 中国 行业规程 J G J T 2 2 1 2 0 1 0等 这些 方法大致 可以分为能量法 、 能量比值法 、 特征点法、 强度法 13本
5、 的 J S C E G 5 5 2 、 R I L E M T C 1 6 2 一T D F 、 我 国 标准中 C E C S 1 3 : 2 0 0 9的弯曲韧性试验 ( 切 口梁法) 以及 规程 J G J T 2 2 1 2 0 1 0的 附 录 B 纤 维 混 凝 土 抗弯韧性 ( 等效抗弯强度 ) 试验方法 中定义的弯曲 韧性系数 , 实质上是给定挠度时的折算等效抗弯强 度 其优点是 , 可以直接与抗弯强度相比来评价材料 的增韧效果, 与初裂强度无关 , 应用方便 , 适合评价 不 同种 类 钢纤维 及 掺量对 增韧 效果 的影 响 按规程 J G J T 2 2 1 2 0 1
6、 0规定的纤维混凝土弯 曲韧性方法 , 采用 1 0 0 mm1 0 0 mm 4 0 0 mm小梁 , 按规定进行切 口, 采用 6 0 0 k N压力试验机, 用荷载 传感器测定作用在小梁上 的荷载 , 用位移传感器测 定 小梁 的挠 度 , 装置 如 图 1所示 图 1 弯 曲韧性试验装置 图 2 原材料与配合 比 2 1 原 材料 水泥采 用江 南 小 野 田水 泥 有 限公 司生 产 的 收 稿 日期 : 2 0 1 20 82 8 基金项 目 : 国家 自然科学基金 资助项 目( 5 0 9 0 8 1 0 4 ) 作者简 介: 崔巩 ( 1 9 8 3 一 ) , 男 , 山东
7、聊城人 , 工程师 , 硕士 , 主要从 事纤维混凝土方面 的研究 刘建忠 ( 1 9 7 6 一 ) , 男 , 福建 闽侯 人 , 教授级 高工 , 主要从事高性能混凝土 、 纤维混凝土等方面 的研究 3 4 华北水利水 电 学院学报 2 0 1 2年 1 2月 PI I 5 2 5 普通硅酸盐水泥; 粉煤灰采用南京热 电 厂 I 级粉煤灰 ; 矿粉采用江南粉磨公司生产 的 $ 9 5 级矿粉; 细骨料采用 区中砂 , 细度模数 为 2 6 ; 粗 骨料采用 52 0 m m连续级配玄武岩碎石 ; 减水剂 采用江苏博特新材料有限公 司生产 的 P C A 聚羧 酸减水剂 ; 钢纤维采用江苏
8、博特新材料有限公司生 产的润强丝系列钢纤维 钢纤维特征参数见表 1 表 1 钢 纤维特征 参数 表 2 2试 验 配合 比 试验 以端钩型钢纤维为主导纤维 , 采用的混凝 土强度等级为 C 6 0 , 基准混凝土配合比见表 2 表 2 基准混凝土配合 比 k g m 3 试验结果 与讨论 3 1 弯 曲韧 性与钢 纤维 体积 率 的关 系 图 2为不同体积分数端钩型钢纤维混凝土的荷 载 一挠 度 曲线 按 照 规 程 J G J T 2 2 1 2 0 1 0附 录 B 中试验方法求得 的纤维混凝 土 2 8 d的等款抗弯强 度 见表 3 , 表 中值为 3个试件的平均值 Z 柩 挺 图 2
9、钢 纤维 高强混凝 土荷载 一 挠 度曲线 表 3不同掺量端勾型钢 纤维 混凝土弯曲韧 性试 验结果 从图 2及表 3中可以看 出, 钢纤维高强混凝土 试件的荷载峰值 , 即混凝土抗弯强度随纤维体积分 数的增大而提高, 混凝土抗弯强度 与 比例极 限,用 于表征混凝 土强度 , 纤维体 积分数 最高 为 1 2 5 时 , 混 凝 土抗 弯 强度 相 对 于 基 准 混 凝 土 提 高 了 1 0 4 , 比例极限 厂 提高 了 1 6 0 这主要是 由于荷载 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一个整体共 同承担荷载, 二者 变形协调处于弹性阶段 , 此
10、时荷载 一挠度 曲线呈直 线 ; 载荷继续增大 , 拉区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, 使试件界面受力保持平衡 , 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 此外 , 荷载 一挠度 曲线也随着钢纤维体积分数 的增 大而愈加饱满 , 达到峰值荷载的变形能力也不 断增 加 , 呈现出更大 的韧性 相对于低掺量 钢纤维混凝 土, 掺入 1 2 5 体积分数 的钢 纤维 , 等效抗弯强度 厶,。 与 ,: 分别提高了3 8 5 与2 9 4 以上结果可以 说明, 钢纤维的掺入提高 了混凝 土的抗弯强度及抗 弯韧性 ,
11、尤其对钢纤维的弯曲韧性的提高更为显著 3 2 弯曲韧性与钢纤维种类的关系 表 4与 图 3给 出了钢纤维体积分数 为 1 0 0 时 4种不 同类型钢纤维 ( 剪切 型、 端钩型、 哑铃 型、 微 细 型 )混 凝 土 的 弯 曲 荷 载 一挠 度 曲 线 与 计 算结果 表 4不同类型钢纤维混凝土弯曲韧性试 验结果 圈 3 不同类型钢纤维高强混凝土荷载 一挠度 曲线 从图 3和表 4可 以看 出, 掺入钢纤维后混凝 土 弯曲性能参数均有很大提高 在强度指标方面, 微细 第 3 3卷第 6期 崔巩 , 等 : 钢纤 维对 C 6 0高性能混凝土弯 曲韧性 的影响 3 5 型钢纤维混凝土提高幅度
12、最大 , 其抗弯 强度与 比例 极限,分别 提高 了 6 8 及 1 5 0 , 剪切 型钢纤 维的 提高幅度最小 同体积分数 为 1 0 0 时, 抗弯强度 与比例极限,提高幅度大小依次为 : 微细型 端钩 型 哑铃型 剪切型 在韧性指标方面 , 等效抗弯强 度 , 与厶,: 表现出不同的趋势, 提高幅度从大到小 依次为: 端钩型 微细型 哑铃型 剪切型 这主要 是 由于, 同等体积分数下微细型钢纤维根数最多 , 均 匀分布在混凝土中, 根据复合材料理论 , 提高混凝土 强度更为明显 另外 , 端钩型钢纤维由于纤维两端带 有弯钩 , 与基体有更好 的黏结锚 固作用 , 在纤维拔 出 的过程中
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