钢纤维混凝土抗压性能试验研究.pdf
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1、第 3 2卷第 6期 2 0 1 0年 6月 人民黄河 YEL LOW RI VER Vo 1 3 2 No 6 J u n , 2 0 1 0 【 水利水 电工程 】 钢纤维混凝土抗压性能试验研究 杨克 荣, 彭 刚, 戚永 乐, 王乾峰 ( 三峡大学 土木 与建筑学院, 湖北 宜 昌4 4 3 0 0 2 ) 摘要: 对钢纤维含量为0和 2 两种混凝土分别进行了加载速率为 1 O。 8 、 1 0 s 、 51 0I 3 s的单轴压缩试验。结果 表明: 随着加载速率的增大, 普通混凝土和钢纤维混凝土的抗压强度均提高, 但钢纤维的掺入对混凝土的抗压强度影响 不大; 加栽速率对两种混凝土的峰值
2、应变影响不显著; 弹性模量均随着加载速率的增大而增大; 对于普通混凝土, 随着加 栽速率的提 高, 应力一应 变曲线的下降段较 陡峭 , 而钢 纤维混凝 土的应力一应 变 曲线的 下降段 则较平缓 , 说 明钢 纤雏可 以提 高混凝土 的延性 , 增强混凝土的塑性 变形能力。 关键词:钢纤维混凝土;加载速率;抗压性能 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 0 6 0 5 7 钢纤维混凝土是 由粗骨料 、 细 骨料 、 乱向分 布的钢纤维 和 水泥浆所组成的一种混凝
3、土, 具有较高的抗拉 、 抗弯、 抗剪、 抗 扭强度和卓越 的抗 冲击 性能 , 并能 明显改善混 凝土 的收缩性 , 显著提高混凝土的抗疲劳和耐久性能, 已被广泛应用于水工结 构的复杂应力部位”I 2 J 。目前, 对于钢纤维混凝土的低应变速 率静力试验以及高应变速率冲击试验已有较多研究成果 , 但对 于地震荷载作用下中应变速率范围内( 1 0 一一l 0 s ) 的试验 研究还有待深入 。为此 , 笔者开展了 中应变速率范 围内钢纤维 混凝土的单轴抗压性能试验研究。 1 试件设计及试验装置简介 1 1 试件设计 笔者采用钢纤维混凝土圆柱形试件, 尺寸为 4 , 1 o o m i l l
4、1 5 0 l a i n 。水泥采用陕西省秦岭水泥集团的“ 秦岭” 牌 4 2 5 R普 通硅酸盐水泥; 钢纤维采用武汉汉森钢纤维厂生产的剪切型钢 纤维, 型号为 S F N 3 2 (I) , 长径比为5 7 , 低碳钢, 抗拉强度 3 8 0 MP a ; 粗骨料为连续级配卵石, 粒径52 0 mm; 细骨料为天然河 砂, 细度模数为 2 4 。通过配合比试验选择合适的配合比, 普通 混凝土的材料用量为水泥 3 5 7 7 k g m 、 石 1 2 6 2 1 k g m 、 砂 6 5 0 2 k g n l , 水灰 比为 0 5 。 笔者完成 了基体强度为 C 4 0 、 钢纤维
5、体积率分别为 0和 2 O 的两种钢纤维混凝土在准静态 ( 应变速率为 1 0 s ) 和应 变速率为 1 O I 4 8 、 51 0 I 3 s 时的单轴压缩试验。钢纤维混凝 土的材料用量参照普通混凝土的材料用量, 用钢纤维代替同体 积 的粗骨料。 1 2 试验装置简介 试验采用长春朝 阳试 验仪器厂 生产的 大型微机控 制 电液 伺服多功能三轴材料试验机, 型号 WD T一1 5 0 0 , 最大试验力 1 5 0 0 k N, 测量精确度q - 1 ; 采用先进的引伸计进行变形测 1 2 8 量 , 变形测量范围轴向为01 0 m m、 径向为05 m m, 变形测量 精度 1 ; 位
6、移测量范围为 01 0 0 m m, 位移测量精度 0 5 。调试好试验设备后, 进入正常加载状态, 采集加载过 程中的荷载、 位移、 轴向变形、 径向变形、 应力、 应变等各项数据。 2 试验结果分析与讨论 2 1 峰值应力 测得的不同加载速率下两种钢纤维混凝土的峰值应力见 表 1 。 表 1 不同加载速率下混凝土峰值应力 由表 l 可见, 对同一种钢纤维含量的混凝土, 峰值应力的 均值随着加载速率的增大而增大, 相对 于准静态加载速率 ( 1 0 s ) , 加载速率为 1 0 “ s 和 51 0 s 时, 钢纤维含量为 0的混凝土峰值应力分别提高 1 9 8 、 1 2 6 6 , 钢
7、纤维含量为 2 0 的混凝土峰值应力分别提高 1 2 0 、 1 5 7 6 。 对于钢纤维混凝土 , 其抗压强度与应变速率的对数之间满 足线性关系, 可以描述为 收稿 目期 : 2 0 0 9 1 0 1 5 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 5 0 6 7 9 0 3 9 ) ; 国家自然科学基金重大项 目( 9 0 5 1 0 0 1 7 ) 。 作者简介 : 杨 克荣(I 9 8 6 一), 男, 湖北仙 桃人, 硕 士研究 生, 主要从 事混凝土动 力特性试验与本构关 系的研 究工作。 E ma l l: y a n g _k e r o ng 1 2 6 c o r n 人
8、民 黄 河2 0 1 0年第 6期 =1+a l g ( s d 6 ) ( 1 ) 式中 为当前应变速率下的极限抗压强度 为静态应变速率 下的抗压强度; 为当前的应变速率; s 为拟静态的应变速率 ( 1 0 s ) ; a为 材料 参数 称 为混 凝 土的 动态 强度 增 长 因 数 , 对不含钢纤 维的混凝 土 0=0 0 4 3 6 5, 对 2 O 钢纤维含量 的混凝土 o=0 0 5 2 8 。 其回归曲线如 图 1 所示 。 由图 1可见, 普通混凝土和钢纤维混凝土的 值均随 着加载速率的增大而变大, 说明两者的动态抗压强度都随着加 载速率的增大而增大 ; 钢纤维混凝 土抗 压强
9、度 的应变速 率敏感 性要强于普通混凝土 。 2 2峰值应变 试 验测得的两种钢纤 维混凝 土在 不 同加载 速率下 峰值 应 力处对 应的峰值 应变见表 2 。 表 2 不 同加载速率下钢纤维混凝土峰值应变 笔者所得到 的两 种混凝 土 的峰值应 变 与加载 速率 的关 系 如 图 2所示 。 0 4 2 O 4 o 0 38 0 03 6 崩 O 3 4 j 璺 鹫0 3 2 0_ 3 O 02 8 U U 5 l 0 l 5 2 0 2 5 3O ( 8 d 8 图 2 两种混凝土的峰值应变与加载速率的关系 由图 2可知 , 普通混凝土 的峰值应 变随加 载速率 的增 大呈 增大趋势,
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