玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土弯曲韧性能试验研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 4 期 (总 第 2 9 4 期 ) Nu mb e r 4 i n 2 0l 4( To t a 1 No2 9 4) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 4 0 2 4 玄武岩一 聚丙烯混杂纤维混凝土弯曲韧性能试验研究 王学志 ,贺晶晶,邹浩飞 ,刘华新 ,舒玉龙 ( 辽宁工业大学 土木建筑学院,辽宁 锦州 1 2 1 0 0 1 ) 摘要 : 通过对单掺和 3 种不同混杂比例混掺
2、的方式 , 以体积掺加率 0 3 、 0 6 、 0 9 、 1 2 将玄武岩 、 聚丙烯纤维掺人普通 C 3 0 混凝土中形成混杂纤维混凝土。 对其弯曲性能进行试验研究。 结果表明: 混凝土中掺入纤维后 , 对基体混凝土弯 曲性能有极大改 善作用 ; 1 : 2 混杂纤维呈“ 正混杂效应” , 在掺加量为 O 3 时, 对基体混凝土弯曲韧性指数提高最为显著。 2 : 1 混杂纤维出现“ 负混杂 效应” , 对基体混凝土的韧性有降低作用。 关键词 : 玄武岩纤维 ;聚丙烯纤维;混杂纤维混凝土 ;弯曲韧性 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
3、 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 8 2 0 5 E x p e r i me n t a l s t u d y o n b a s a I t p oI y p r o p y I e n e h y br i d f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e f l e x u r a l t ou g h n e s s c h a r a c t e r is t i c WANGXu e z h i , HEJ i n g i i n g, Z OUHa o f e i , L I UHu a x i n,
4、S HUYu l o n g ( Ci v i l E n g i n e e ri n g a n d Ar e h i t e c e C o l l e g e , L i a o n i n g Un i v e r s i t y o f T e c lmo l o g y , J i n z h o u 1 2 1 0 0 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : T h r o u g h t h e s i n g l e b l e n d i n g r a t i o o f t h r e e d i f f e r e n t h y b r
5、i d b l e n d i n g wa y t o t h e v o l u me mi x i n g r a t i o o f 0 - 3 , 0 6 , 0 9 , 1 2 wi l l be ba s a l t p o l y pr o py l e ne fi be r s mi x e d wi th o r di n a r y C3 0 c o nc r e t e t o f o r m h y b r i d fib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e I t s b e n d i ng p r o p e rti
6、e s we r e t e s t e d T he r e s u l t s s h o we d t ha t : c o n c r e t e mi x e d wi th fi be r a f t e r t h e ma t rix h a s g r e a t l y i mp r o v e d b e n d i ng p r o p e r t i e s of c o n c r e t e a c t i o n; 1 : 2 h y b rid fib e r s we r e“ p os i t i ve h y b rid e ffe c t ”i n t
7、he mi x i n g a mo u n t o f 0 - 3 the fle x u r a l t o u g h n e s s of c o nc r e t e ma t r i x i n d e x i n c r e a s e d the mo s t s i g n i fic a nt 2 : 1 h y br i d fib e r“ n e g a t i v e c o nf o u nd i n g e f f e c t ”o n t h e t o ug h n e s s o ft he c o n c r e t e ma t r i x l owe
8、 ring e ffe c t Ke y w or ds: b a s a l t fib e r ; p o l y pr o py l e n e fi be r ; h y brid fib e r r e i nf o r c e d c on c r e t e; fle x u r a l t o ug h n e s s n 芒 1 验研究。 U I 吾 纤维混凝土是 以水泥浆 、 砂浆或混凝土为基体 , 加入 纤维组成的复合混凝 土材料 , 简称为 “ 纤维混凝土” ( F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e 又称 F R C
9、 ) 。 混杂纤维混凝土( H F R c ) 是指在混凝土为基体 中加入两种或两种 以上不 同纤维或 不同几何特性的同一品种纤维而组成的纤维混凝土。 国内 外大量研究表明p - 5 _ : 将不 同品种纤维或不 同特性 的纤维按 一 定 比例混杂掺人混凝 土基体 中 , 使其取长补短 , 发挥各 自 优势 、 产生混杂效应。 使混凝土基体性能在多相 、 多结构 、 多层次上的性能得到改善。 纤维混凝土 的弯 曲韧性是纤维混凝 土开裂后 能继续 保持承受较大荷载的能力 , 是评价纤维混凝土的一个重要 指标同 。 由于弯曲韧性试验方法和评价指标的不同, 导致对 纤维混凝土弯 曲韧性 的评 价有很
10、 大差异 7 。 目前 , 关 于纤 维混凝 土韧性 指标 的试验 方法 应用 比较广 泛 的有美 国 AS T MC1 0 1 8 - - 1 9 9 8 方法阎 、 中国J G J T 2 2 1 -2 0 1 0 方法 、 日 本 J S C E方法。 这几种方法都是基于纤维混凝土开裂过程 中吸收的能量来定义的韧性指标。 这里采用中国 J G J T 2 2 1 2 0 1 0 方法对玄武岩一 聚丙烯混杂纤维混凝土的韧性进行试 1 B P P HF 1L C弯曲性 能试验设计 1 1 试验用材料及纤维混凝土配合比设计 1 1 1 试验用材料 水泥 : 水泥是混凝土 的的重要组成材料 。
11、其 强度等级 直接影响混凝土的强度等级 , 因此 , 水 泥的强度 是混凝 土 强度的一项重要技术指标。 本试验选用 3 2 5 A级矿渣硅酸 盐水泥。 骨料 : 本试验所用骨料严格按照现行行 业标准 J G J 5 2 普通混凝土用砂 、 石质量及检验 方法标准 】 的规定 。 采 用锦州市女儿河 中砂和锦州市温滴楼石 子厂生产的粒 径 小于 2 0 mm的碎石 。 水 : 本试验混凝土拌制用水应 符合 J G J 6 3 2 0 0 6 混 凝土用水标准 , 所用水为锦州市 自来水。 纤维 : 本试验用两种纤维 , 分别是玄武岩纤维 和聚丙 烯纤维。 玄武岩纤维外观形态如图 1 ( a )
12、 所示 , 其 性能指标 如表 1 所示 。 聚丙烯纤维外观形态如图 1 ( b ) 所示 , 其性能 指标如表 2 所示 收稿 日期 :2 0 1 3 1 0 1 9 基金项目:辽宁省教育厅基金( L 2 0 1 l 1 0 3 ) ; 辽宁省百千万人才千人层次项目( 2 0 1 1 9 2 1 0 5 9 ) 8 2 由图 4可以看 出, 单掺聚丙烯系列纤维混凝土在弯 曲 破坏时对基体混凝土能承受的最大荷载有提高作用, 其由 大到小顺 序排列 为 P P C I P P C 4 P P C 2 P P C 3 ; 对基体最 大 挠度的提高由大到小顺序排列为 P P C I P P C 4
13、P P C 3 P P C 2 。 因此 , 可以得知 , 在混凝土基体中掺入聚丙烯纤维对基体抗 弯曲破坏性能有显著改善作用。 1 : 1 混杂纤维 系列纤维混凝土 如图 5 所示 。 其 中, O C 为 素混凝 土 , B P P C 1 、 B P P C 2 、 B P P C 3 、 B P P C 4分别 是 体积 掺加率为 0 3 、 0 6 、 0 9 、 1 2 的混杂纤维混凝土。 U U I U 2 0 j 0 4 0 ,0 6 U U 挠 度 mm 图 5 1 : 1混杂纤维系列纤维混凝土荷载一 挠度曲线 由图 5 可知 , 1 : 1 混杂纤维系列纤维混凝土在弯曲破坏
14、时对基体混凝土能承受 的最大荷载的提高由大到小顺序排 列为 B P P C 4 B P P C 2 B P P CI B P P C 3 ; 对基体最大挠度的提 高 由大 到小顺 序排列 为 B P P C 4 B P P C 3 B P P C 2 B P P C 1 。 因此 , 可以得知 , 在混凝 土基体 中掺人 1 : 1 混杂纤维系列纤 维混凝土对基体混凝 土破坏 时的最大挠度随掺量的增 大 而增大 。 1 : 2混杂纤 维系列纤 维混凝 土如图 6 所示 。 其 中 , O C 为 素混凝 土 , B P P C 5 、 B P P C 6 、 B P P C 7 、 B P P
15、 C 8 分 别是 体 积 掺加率为 0 3 、 0 6 、 0 9 、 1 2 的混杂纤维混凝土 。 U U l U 2 U j U 4 U ) U O U , U 挠 度 mm 图 6 1 : 2混杂纤维系列纤维混凝土荷载一 挠度曲线 由图 6 可知 , 1 : 2 混杂纤维 系列纤维混凝 土在弯曲破 坏时对基体混凝 土能承受 的最大荷载的影响 由大到小 顺 序排列为 B P P c 5 B P P c 8 B P P c 6 B P P c 7 , 且都 比基体承受 最大荷载高; 对基体最大挠度的提高由大到小顺序排列为 B P P C 8 B P P C 7 B P P C 5 B P
16、P C 6 。 因此 , 1 : 2 混杂纤维混凝土 在不同掺加量下均对混凝土基体的抗弯性能有不同程度 改善。 2 : 1 混杂纤 维系列纤 维混凝 土如图 7 所 示 。 其 中 , O C 为素混凝 土 , B P P C 9 、 B P P C 1 0 、 B P P C 1 1 、 B P P C 1 2 分别是 体 积掺加 率 为 0 3 、 0 6 、 0 9 、 1 2 的混杂纤 维混 凝土 。 由图7 可知 , 2 : 1 混杂纤维系列纤维混凝土在弯曲破坏 时对基体混凝土能承受的最大荷载均有提高作用, 其顺序 R 4 挠 度 mm 图 7 2 : 1 混杂纤维系列纤维混凝土荷载
17、一 挠度曲线 大到小 排列 为 B P P C 1 0 B P P C 9 B P P C 1 1 B P P C 1 2 ; 对基体 最 大挠 度也 有 提 高 , 其 由大到 小 顺序 排 列 为 B P P C1 l BP PC1 0 BP PC1 2 BP PC9 。 2 2 试验 结果分析 根据 J G J T 2 2 1 2 0 1 2 纤维混凝 土应用技术规程 的 规定 , 将采集到的数据处理绘制荷载一 挠度曲线 , 对各系列 中的每一条曲线进行分析 , 找出每一条 曲线 由线性转化为 非线性 的点为该组试件的初裂点 , 记录该点对应的横坐标 为 6 。 求横坐标 6 、 3 6
18、 、 5 5 6 与 曲线围成 的面积分别 S o , S 、 S 。 以式( 1 ) 、 ( 2 ) 求夸中挠度为 3 6 、 5 5 6 时的弯曲韧性指数。 O 1 ( 1 ) ( ) S 0 ( 2) , l 式 中: 、 , 1 n 跨中挠度为 3 6 、 5 5 6 时的弯曲韧性指数 , 精 确至 0 0 1 ; S o , S 、 5 跨中挠度为 6 、 3 、 5 5 6时的韧度实测值 , N mm2 ; 以上步骤进行试验 , 以 4 个试件的求得韧性指数算术 平均值作为该组试件韧性指数值, 若其中最大值或最小值 与 中间值之差大于 中间值 的 1 5 , 则取 中间两组值作为该
19、 组试件的弯曲韧性指数值 ; 若其中最大值和最小值与中间 值之差均大于中间值的 1 5 , 则该组数据无效。 具体结果如 表 4所示。 将表 4求得的各系列纤维混凝土在 3 处 的弯曲韧 性指数值绘制成如图 8 所示 。 由图 8 可以看 出, 跨 中挠度为 3 处各系列纤维对基 体混凝 土的弯 曲韧性指数 的影响 。 对单 掺玄武 岩纤维 系 列 , 对基体混凝土在跨 中挠度为 3 的弯 曲韧性指数均有 提高作用 , 在体积掺加率为 0 3 、 0 6 、 0 9 、 1 2 时分别 提高 了 1 7 8 、 7 2 、 6 2 、 3 0 , 随纤维掺量 的增 大呈 减 少趋势 。 对单掺
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