混合纤维混凝土力学性能试验研究.pdf
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1、2 0 1 0年 第 3期 ( 总 第 2 4 5期 ) N u mb 3 i n 2 0 l 0 ( T 0 协1 N o 2 4 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATERI AI AND ADMI NI CLE d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 3 0 2 0 混合纤维混凝土力学性能试验研究 韦金峰。黄真 ( 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院 土木工程系, 上海 2 0 0 2 4 0 ) 摘要: 研究了在相同条件下, 不同纤维种类和掺量对混凝土的抗折强度和延性的影响,
2、分析评价各种纤维对于混凝土力学性能和延性的 提高效应。 试验表明: 钢纤维明显提高了混凝土的抗折强度, 且抗折强度随钢纤维体积掺量增加而增长。 在同等纤维掺量条件下, 掺入长钢丝 纤维、 铣削型纤维和纤维的混合纤维混凝土的抗折强度较高, 延性好, 综合力学性能最佳, 是值得推荐的混合纤维混凝土掺和模式。 关键词 : 纤维 ;混合;混凝土 ;抗折强度 ;延性 中图分类号: T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码: A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 6 7 0 4 Ex per i me nt al s t udy on me ch ani
3、 c s c a pab i l i t y o f s yn t h e t ic f abr i c c on cr e t e WEI i n- f e n g, HUANGZ he n ( D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g , S c h o o l o f Na v a l A r c h i t e c t u r e , O c e a n a n d Ci v i l E n g i n e e r i n g , S h a n g h a i J i a o t o n g Un i v e r s
4、 i t y , S h a n gha i 2 0 0 2 4 0 , C h i n a ) Abs t r ac t : Ex p e r i me n t a l s t l l d y o f t h e a r t i c l e u n d e r t h e s a me c o n d i t i o n s d i ffe r e n t f b e r t y p e s and c o n t e n t o n f l e x u r a l s u e n g t h and d u c t i l i t y o f c o n c r e t e i mp a
5、c t ana l y s i s a n d e v a l u a t i o n o f a v a r i e ty o f fi b e r s f o r c o n c r e t e i mp r o v e me n t o f me c h a n i c a l p r o p e r t i e s an d d u c t i l i ty e ff e c t s R e s u l t s s h o w t h a t s t e e l fib e r s s i g n i fi c ant l y e n ha n c e the f e x u r a
6、l s t r e n g t h o fc o n c r e an d fl e x u r a l s t r e n g t h i nc r e a s e d wi 出 t h e inc r e a s e o f s t e e l fi b e r v o l u me o f d o s a g e i n c r e a s e Un d e r the s a me fib e r f r a c t i o n c o n d i t i o n s , t h e i n c o r p o r a t i o n o fl o n g s t e e l fib
7、e r s , fi b e r and fi b e r - t y p e mi l l i n g mi x t u r e o ffib e r rei n - f o r c e d c o n c r e t e fl e x u r a l s tr e n g t h o f h i 曲 d u c t i l i ty i s g o o d , the b e s t o v e r a l l me c h a n i c a l p r o p e r t i e s , i s wo r t h y o f r e c o mmend a t i o n b l e
8、n din g mo d e b y - b r i d fib e r rei n for e e d c o n c r e t K e y WO r d s : fi b e r s ; mi x e d ; c o n c r e t e ; fl e x u r a l s t r e n g t h ; d u c t i l i ty 0 引言 混凝土是当代应用最广泛的建筑材料之一, 它具有就地取 材、 价格便宜、 易成型、 耐久性好, 并且与钢材结合制成各种承重结 构等优点。但同时它也具有抗拉强度低、 韧眭差的弱点, 严重抑制 了混凝土性能的发挥。在普通混凝土中添加不同种类和比
9、例的纤 维, 可以明显改善混凝土的力学性能, 大大提高其抗折强度。 2 0 世 纪初, 美国科学家开始了纤维混凝土的研究。 钢纤维混凝土具有良 好的抗渗性、 耐磨性、 抗冲击、 抗疲劳和抗裂等性能, 被广泛应用于 路面、 桥面晡装等工程。 已有研究【 I壤 明, 纤维混凝土的力学性能, 除了与基材即混凝土或砂浆的性能密切相关外, 主要取决于纤维 的种类、 形状、 掺量( 或体积率) 和分布状况有关。但前人的试验研 究大多局限于单一纤维混凝土的力学性能研究, 最多进行了两种 纤维的混合研究。 本研究除了对不同掺量、 不同种类的纤维混凝土 深入进行对比研究外, 还探索性地开展同时掺人 3 种纤维的
10、混 合纤维混凝土的试验研究, 分析纤维的品种和数量对混凝土抗折 强度和廷陛的影响, 探索多种纤维混合的最佳配合比方案。 1 试 验 概 况 1 1 试件制作 本次试验选用了 4 种纤维( 图 1 ) , 其基本性能见表 1 。 收稿 日期 :2 0 0 9 1 0 - 2 0 基金项 目:上海交通大学P R P 项 目( T 0 1 0 1 5 0 0 1 ) 钢丝型钢 纤维 铣 削型钢纤 维 聚 丙烯纤维 图 1 不同类型纤维 表 1 试 验用各种纤维的基本性能表 本试验采用的混凝土基体强度等级为 C 3 0 , 水灰比为 O 5 5 , 砂石比为 0 7 6 , 制作了4大类 8 小类共
11、1 4个试块( 表 2 ) , 分别是 素混凝土, 掺 1 种钢纤维的钢纤维混凝土, 掺 P P纤维的混凝土, 掺杂了 2 种以上不同纤维的混合纤维混凝土。 为使纤维分布良好, 并避免结团现象, 制作时采用手工搅 拌的方式。 加料顺序为: 砂一水泥一石子一纤维一水。 即先将水 泥、 砂和石子搅拌均匀, 然后人工将纤维撒入 , 试验所用试模均 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 7 再生骨料的针片状颗粒含量 注 : 试块制作的时 间, 编号 I 为 2 0 0 9年 3月 2 6日, 编号 I I 为 3月 2 7日, 编号 I I I 为 3 月 2 8
12、日。 为钢模, 将钢模内表面清理干净, 涂上机油, 把搅拌好的纤维混 凝土倒入试模内, 手工将混凝土压实 , 再多填一部分混凝土, 用 来在振捣时填满之前混凝土中的孔隙, 使振捣之后的试块厚度 达到要求。 用振捣台振捣 2 mi n , 振捣要充分 , 以防底部不密实, 但时 间也不能过长, 太长会导致上部构件形成纯砂浆层 , 这样对整 个构件的受力有一定的影响。 试件浇筑完成 2 4 h 后拆模, 基本上没有掉角的情况发生。 拆 模后把构件放入养护室, 为防止水分蒸发过快 , 拆模初期每天 洒水2次, 7 d后, 隔天浇水养护一次, 直到龄期 2 8 d 。 1 2试验 方案 试验方案按照国
13、家标准I5 】 进行 , 采用 1 5 0 mmx 1 5 0 r n m 6 0 0 IT l I I 1 的试模。试件采用三分点加载( 见图2 ) , 加载保持连 续均匀 , 加载速度取 O 0 5 -4 ) 0 8 MP a s 。若试件下边缘断裂位 置处于两个集中荷载作用线之间, 则试件的抗折强度按式( 1 ) 计算 : ( 1 ) 位 移计 图 2 试块尺寸及加载示意图( 单位: mm) 2 试验现象描述 2 1 素混凝土试件的破坏过程 对素混凝土试块加载时, 试块逐渐弯曲, 裂缝产生后迅速 开展, 极限荷载为 3 1 5 k N , 对应位移为 O 0 7 i n l n , 荷载
14、位移图像 没有下降段, 说明断裂时试件几乎没有发生过塑性变形, 表现 为明显的脆性破坏( 图3 ) 。 2 2 聚丙烯纤维混凝土试件的破坏过程 对聚丙烯纤维混凝土试块加载时, 情况与素混凝土类似, 试 68 图 3 素 混凝土破坏照片 块逐渐弯曲, 裂缝产生后迅速开展, 极限荷载为 3 0 k N, 对应位 移为 0 0 3 3 m m, 荷载位移图像没有下降段, 试件脆性比素混凝 土更加明显。 2 3 钢纤维混凝土试件的破坏过程 本次试验用 的 3种钢纤 维的破坏过程略有不 同: 粗长钢纤维 S l : 钢丝长度 5 0fi lm, 长径比 5 5 6 , 对长钢丝纤 维混凝土第一试块( 1
15、 6 0 0 0 0 ) 加载时, 试块弯曲的速度较慢, 裂 缝开展后, 试块并没有迅速破坏, 荷载还能持续增加, 试块表现 出了一定的延性, 极限荷载为 4 1 5 k N, 对应位移为 0 1 8 3 rai n , 承载能力也非常不错 , 但是荷载位移图没有下降段, 最大位移 较小。对第二试块( 6 0 0 0 0 ) 加载时, 位移变化很小, 而荷载 增加非常快 , 极限荷载高达 5 1 k N, 是所有试块中最大的, 此时 对应的位移只有 0 0 3 6 l n n l , 荷载位移图虽然有下降段 , 但是十 分陡峭, 试块延性不好。 细短钢纤维 S 2 : 钢丝纤长度 3 0 m
16、i l l , 长径比5 0 , 对短钢丝 纤维混凝土( I O 6 0 0 。 0 ) 试块加载时, 荷载接近最大荷载 3 8 k N 后不再增加, 但是位移持续增加, 试块呈现一定的延性, 荷载位 移图有明显的下降段, 最大荷载对应位移为 0 0 8 8 mm。 铣削型钢纤维 s 3 : 对此类钢纤维混凝土第试块( 1 O 0 6 0 0 ) 加载时, 达到极限荷载 3 5 k N( 对应位移为 0 0 4 4 5 n l i n ) , 出现裂 缝以后, 荷载下降较快, 位移持续增加, 荷载位移图下降段非常 明显, 但是比较陡峭 , 试块延性一般。对第二试块( 1 n o 0 6 0 0
17、 ) 加载时, 情况与第一试块非常相似, 极限荷载 4 5 k N, 对应位移 0 0 2 6ln l T t 。 2 4 混合 纤 维混凝 土试件 的破 坏过程 ( I ) 3 0 0 3 0 I : 对此类混合纤维混凝土第一( 11 3 o 0 3 0 1 ) 加载时, 达到极限荷载 4 4 k N( 对应位移为 O 0 5 7 m m) , 裂缝产 生后 , 荷载下降较缓慢, 位移持续增加, 荷载位移图有非常明显 的下降段, 而且比较平缓, 试块表现出很好的延性。对第二试块 ( 1 1 1 3 0 0 3 0 : 1 ) 加载时, 情况与第一块很类似, 极限荷载 3 8 5 k N, 对
18、应位移 0 1 5 3 rai n 。 ( 2 ) 1 5 1 5 3 0 1 : 对此类混合纤维混凝土第一试块( 1 1 1 5 1 5 3 0 1 ) a n 载时, 达到极限荷载4 1 7 k N, 对应位移为O 0 8 3 rai n , 裂 缝产生后 , 荷载下降较快 , 位移持续增加, 荷载位移图有比较明 显的下降段, 但曲线也不够饱满, 试块延性一般( 图4 ) 。对第二 试块( I 1 1 1 5 1 5 3 0 。 1 ) 加载时 , 情况与第一试块很类似, 极限荷载 3 6 k N, 对应位移 0 0 9 m l n 。 ( 3 ) 1 5 0 1 5 - 1 : 对此类混
19、合纤维混凝土试块( I 111 5 - 0 1 5 1 ) 加载时, 试块逐渐弯曲, 裂缝产生后迅速开展并折断, 极限荷载 为 3 5 k N, 对应位移为 0 0 4 2 m m, 荷载位移图像没有下降段, 试 件表现为明显的脆性。 口 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 4 1 5 1 5 3 0 1 试 件破坏照 片 3 试验 结果分析 3 1 试 验数 据处理 由于仪器故障, 其中1 0 0 0 0 , I I 1 5 0 1 5 1 无法获得试验数 据, 记录得到 8 类 l 2种试块的数据, 作荷载位移图( 图 6 、 7 ) , 根 据式( 1 )
20、 进行抗折强度计算( 表 3 ) 。 3 2 单一纤维增强效果 ( 1 ) S 1 纤维 : 掺长钢丝纤维对提高混凝土的抗折强度效果 明显。 本试验中, I 6 0 0 0 0 试块的荷载达 4 1 5 k N, 荷载一 位移曲 线无下降段, 说明荷载达到峰值后, 试件即折断, 表现为脆性破 坏。而 I I I 6 0 0 0 , 0试块破坏时荷载峰值最高, 达 5 1 k N, 虽然荷 载一 位移曲线有下降段, 但下降曲线很陡, 说明延性很不好。 ( 2 ) S 2 纤维 : 只有一个掺短钢丝纤维试件( 1 O 一 6 0 0 0 ) , 由试 验数据可知 , 其承载力不及掺长钢丝试件, 延
21、性不如掺铣削纤 维试件, 其抗折性能不甚理想, 虽然荷载一 位移曲线有下降段 , 但下降曲线陡俊, 说明延性不好。 ( 3 ) s 3 纤维: 掺单纯铣削型钢纤维混凝土有两试件( I O 0 6 0 0 和 I I I O 0 6 0 0 ) , 抗折强度达到 5 5 I V I P a ( 仅次于长钢丝纤维混 凝土) ; 其荷载一 位移曲线有下降段, 虽然 比较陡, 还是具有一 定的延性 。 Z 镊 握 0 0 0 4 0 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 位移 mm 图6 脆性试块荷载位移图 4 4 。 5 3 5 Z 3 : 1 0 5 卜 - 1 0 0 6 0 0 +I I
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- 混合 纤维 混凝土 力学性能 试验 研究
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