碳纤维混凝土三向受压状态循环加载压敏性研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 3期 I总 第 2 5 7 期 ) Nu mb e r 3 i n2 0l l ( T ot a l No 2 5 7) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI cAL RES EARCH d o i : i 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 3 0 0 5 碳纤维混凝土三向受压状态循环加载压敏性研究 王丽娜 ,吴献 ,回国臣 ,李龙清 ( 1 沈阳建筑大学 土木学院,辽宁 沈阳 1 1 0 1 6 8 ;2 沈阳有 色冶金设计研究院,辽宁 沈 阳 1 1 0 0 0 3 ) 摘要: 研究碳
2、纤维混凝土处于三向受压状态时的压敏性, 并通过试验完成三向受压状态及单向受压状态下循环加载, 对以往学者单 向受压状态下压敏性研究进行补充 , 并将 三向受压状态下的压敏性与单向受 压进行对 比, 发现碳 纤维 混凝 土试块在 三向受压状态下 比单 向受压状态下具有更为明显 的电阻变化规律 , 且变化幅度更大 , 更有利地反映了荷载 的变化。 关键词: 碳纤维混凝 土;三向受压 ;单 向受压 ;压敏性 中图分类号 : T U 5 2 8 5 7 2 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 1 4 0 3 Res e ar c h
3、 on c ompr e s s i o n s en s i t i v i t y o f c a r bon f i be r r ei n f or c e d c onc r e t e i n t r i a xi a l c yc l i c l o adi ng W ANG Li - n a , W U Xi a n , HUIGu o c h e rt 2 LI Lo n g - q i n g ( 1 S c h o ol o fCi v i l En g i n e e rin g, S h e n y a n g J i a nz h uUn i v e r s i t
4、y, S h e n y a n g 1 1 01 6 8, Ch i n a; 2 S h e n y a n g No n f e r r o u s Me t a l l u r g y De s i g n a n dR e s e a r c hI n s t i t u t e , S h e n y a n g 1 1 0 0 0 3 , C h i n a ) Ab s t r a c t : S tud y t h e c o mp r e s s i o n s e n s i b i l it y o f c a r b o n fi b e r r e i n f o
5、r c e d c o n c r e t e i n t r i a x i a l c o mp r e s s i o n, a n d d o the e x p e r i me n t s o f b o t h tr i a x i a l c o mp r e s s i o n a n d mo n o a x i a l c o mp r e s s i o n i n c y c l i c l o a din g, a s t h e c o mp l e me n t a r y r e s e a r c h o n c o mp r e s s i o n s e
6、 n s i t i v i ty i n mo n o a xi a l c o mp r e s s i o n Co mpa r e t he c o mp r e s s i o n s e n s i b i l i t y o f the c a r b o n fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n t r i a x i a l c o mp r e s s i o n a n d o n e wa y c o mp r e s s i o n T he f e s u l l s s ho w t h a tt h e
7、c h a n g e o f r e s i s t a n c ei nt r i a x i a l c o mp r e s s i o ni smo r eo b v i o u s , a n dt h e v a ria t i o n r a n g ei sl a r g e r , a n d c a n r e fle c tt h e c h a n g e o fl o a db e ae r Key wor d s: c a r b o n fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ; t r i a x i a l
8、c o mp r e s s i o n; o n e wa y c o mp r e s s i o n; c o mp r e s s i o n s e ns i b i l i t y 0 引 言 碳纤维混凝土以普通混凝土为基材 , 在其 中添加碳纤维 导 电组分及其他外加剂, 从而使混凝土成为具有一定压敏性和温 敏性的智能材料。 自1 9 9 3 年以来, 美国纽约大学 B u f f a l o分校的 D D L C h u n g教授 、 武汉理工大学的李卓球教授 、 孙明清教 授 、 汕头大学的谢慧才教授和赵晓华教授、 沈阳建筑大学的吴 献教授等对碳纤维混凝土的自感知内部应力、
9、 应变和损伤程度、 压敏性、 温敏性、 电磁屏蔽等智能性口 】 进行了研究。 由于混凝土中碳纤维的掺加 , 使得其具有 良好 的导电性 , 电 阻值较普通混凝土小得多, 在外部压力的作用下, 内部结构发生变 化 , 电阻发生相应变化, 即为碳纤维混凝土的压敏 。 DD-L C h u n g 教授等学者对碳纤维混凝土单向受压状态下的压敏性进行 了 大量的研究, 得出了大量的力电方面的相关性。 本文通过试验研 究 , 提出碳纤维混凝土试件在 三向受压状态下 的压敏性 , 目的 在于今后将这种碳纤维混凝土应用到道路测重系统中提供理 论依据, 弥补目前道路测重系统中所存在的测量设备与混凝土 的兼容性
10、等问题【4 】 。 1 试 验 方 法 1 1 原材料及试件制作 原料 : P O3 2 - 5 级水泥 、 沈阳地区的碎石及河砂 、 硅粉、 短切聚 丙烯腈 ( P AN) 基碳纤维( 长度 3 n l m) 、 甲基纤维素( 分散剂 ) 、 日本 花王高效减水剂、 磷酸三丁酯( 消泡剂) 、 6 0 m mx l O 0 m mx O i 5 r a m 不锈钢电极片、 灌浆料。 试 件制作 : 碳纤维混凝土试件 的尺寸 为 1 0 0 mmx l O 0 mmx 1 0 0 m l T l , 施加三向围压素混凝土结构的尺寸为7 0 0 mmx 7 0 0 ra m 4 0 0 mm,
11、中间预留 1 0 5 mmx l 0 5 mm x l 0 5 i i l m孔洞。 碳纤维混凝土 和施加三向围压素混凝土的配合比分别见表 1 、 2 。 表 1 碳纤维混凝土试件 配合 比 用料水水泥 硅粉砂碎石 碳纤维混凝土试件采用湿拌法制作5 1 , 首先将成束的碳纤 维丝手撕使其分散后放人丙酮中浸泡一段时间, 然后放入烘干 机中烘干; 配置分散剂溶液, 加人分散剂, 消泡剂 、 水均匀搅拌, 且采用先快后慢的方法均匀搅拌, 然后放入烘干后的碳纤维丝, 均匀搅拌, 静置 2 4 h ; 将分散后的碳纤维丝先与硅粉均匀搅拌, 然后倒人搅拌机中, 与砂子 、 石子、 水泥 、 硅粉 、 减水
12、剂充分搅 拌 , 入模, 埋人不锈钢电极板, 振捣, 4 8 h后拆模。 1 2试验 方案 为实现碳纤维混凝土在三向受压状态下循环加载 , 且为以 后这种试件能够应用到道路测重系统旧 , 所以采用普通素混凝 收稿 日期 :2 0 1 0 - 1 O O 9 基金项 目:国家“ 十一五” 科技支撑重 大项 目( 2 0 0 8 B A J 0 8 B1 1 ) ; 辽宁省教育厅科研项 目计划( L 2 0 1 0 4 5 8 ) l 4 土对碳纤维混凝土施加围压 , 素混凝土与混凝土试件中间的缝 隙用灌浆料填实, 以免减弱套箍作用。 三向受压布置图见图 1 。 素 围 服试验机 上承 压板 机
13、加 载 头 F承 压 板 图 1 碳纤维混凝土三向受压布置 图 采用对试件按力控制模式进行加载, 加载频率控制在 0 2 Hz , 根据前期单调加载试验可以得出同批碳纤维混凝土试件在单 向受压状态下和三向受压状态下的极限荷载值, 采用极限荷载 的3 0 作为试件的弹性范围加载值 , 采用正弦波对试件施加循 环加载, 循环 8 O 个周期。 电源采用 2 V恒压源, 对试件提前一个 小时通电以消除极化影响。 由I MP数据采集系统完成对试件电 压、 应变、 位移、 荷载同步采集, 采集频率为 0 叭 H z 。 为使碳纤维 混凝土试件三向受压状态和单向受压状态电阻变化规律对比。 更具有说服力,
14、单向受压状态与三向受压状态下所加载的试件 是同一个试件, 试件完成单向受压状态下弹性范围内的循环加 载后立即埋人外围护素混凝土试件所预留的孔洞中, 中间缝隙 用灌浆料填实, 养护 3 d , 然后进行三向受压状态下试件的循环 加载。 试验布置图见图 2 。 美国MT S 公司土木建筑结 构 液压伺 服加载试验 系统 2v稳压 电源 图 2 试验布置图 2 试验 结果分析 本次试验 中碳纤维混凝 土试件 电阻的直接测量存在 困难 , 所以采用 I MP数据采集系统所采集的电压根据已知电阻值 , 得 出串联电路中的电流, 然后换算出试件电阻值的方法。 根 据碳 纤维混凝土在循 环荷 载 , 电阻对
15、应的变化 , 分 析碳 纤维混凝土试件在单向受压状态下和三向受压状态下, 试件的 压敏性存在的异同。 分析图中数据可得: ( 1 ) 分析图 3 荷载、 A R R 。 对应曲线详图可以看出, 碳纤维 混凝土试块在循环荷载作用下 , 荷载和 A R R 。 ( 即( R R 。 ) R 。 ) 具 有相同的变化规律, 曲线具有良好的对应性。 可以看出在一个 加载周期内, 随着荷载的增加, A R R 。 减小, 荷载达到峰值点后, A R R 。 达到最小, 卸载时随着荷载的减小 A R R 。 增大, 且在荷载 达到最小时, 尺 。 达到最大, A R R 。 能反映荷载变化情况。 t s
16、图 3三向受压时荷载、 l X R R 对应详 图 ( 2 ) 图4 、 5均可以发现荷载等幅变化, 3 d R 。 却没有出现等 幅的变化规律 , 而是相同的荷载下 , 后一个循环时试件的 A R R 。 比前一个循环时的 A R R 。 要小, 但是这种连续性的减小随着循 环次数的增加逐渐趋于稳定。 3 O z 2O 繇 龌 1 0 O t S 图 4 单 向受压时荷载 、 l X R o 对应 曲线 , , s 图 5 三 向受压荷载、 R 对应 曲线 ( 3 ) 分析图 6单向受压状态 , 三向受压状态下 A R R 。 随循 环荷载的加载卸载过程所产生的反应对 比可以发现 , 三向受
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