钢纤维混凝土基本力学性能研究.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 0 1 4 ( To t a 1 No 29 4) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 MA TERI AL AND ADM I NI CLE 钢纤维混凝土基本力学性能研究 王志杰。孟祥磊 ( 西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室 ,四川 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘要: 钢纤维喷射混凝土由于在很多方面具有优于普通喷射混凝土的优 良性能, 如抗开裂 、 抗冲击 、 耐疲劳等, 因此被越来越 多的应用到土木工程建设当中。 虽然钢纤维喷射混凝土具有明显 的优越性和一定的
2、经济优势 , 但 目前缺乏设计理论依据和生产工 艺标准等规范性文件。 通过对 比试验来探讨了钢纤维混凝土与素混凝土在基本力学性能方面的优越性, 希望能为钢纤维喷射混凝 土的推广提供依据。 关键词 : 钢纤维 ;基本力学性能 ;轴心抗拉强度 ;喷射混凝土 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 4 ) 0 4 0 0 7 8 0 4 St u d y on b a s i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s t e e l f i b r o u s s
3、 h o t c r e t e WA N GZ h r i e , ME N GX i a n g l e i ( MOEKe yL a b o r a t o r yo f T r a n s p o r t a t i o nT u n n e l E n g i n e e r i n g, S o u t h we s t J i a o t o n gUn i v e r s i t y , Ch e n g d u6 1 0 0 3 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : S t e e l fi b e r s h o t c r e t e h a
4、s e x c e l l e n t p e r f o r ma n c e i s b e e r t h an tha t o f o r d i n a r y c o n c r e t e i n many wa y s , s u c h a s c r a c k r e s i s t a n c e , i mp a c t r e s i s t a n c e, f a t i g u e an d S O o n S o i t i s mo r e an d mo r e a p p l i e d t o t he c i v i l e ng i n e e
5、r i ng c o ns t r u c t i o nEve n tho u g h the s t e e l fib e r s ho t c r e t e h a so b v i o u s s u p e r i o r i t yan dc e r t a i n e c o n o mi ca d v a n t a g e s , b ut t h e r ei s n ot h e o r e t i c a l b a s i s f o r t h ed e s i g na ndpr o d u c t i o np r o c e s s s t a n da
6、r d san d o t he r n o rm a t i v e d o c u me n t s Th e r e f o r e , t hi s p a pe r a i ms t o e x p l o r e t h e c o mp a r a t i v e e x pe rime nt o f s t e e l fi be r r e i nf o r c e d c o nc r e t e a nd pl a i n c o n c r e t ei nt h eb a s i c me c h a n i c a l p r o p e rt i e s o f
7、t h e s u p e r i o r i ty, Ho p e t op r o v i d eb a s i s f o r p o p u l ari z i n go f s t e e l fi b e r s h o t c r e t e Ke y w or ds : s t e e l fib e r ; b a s i c me c han i c a l pr o pe rti e s; a xi a l t e n s i l e s t r e ng t h; s ho t c r e t e 0 引 言 在普通混凝土中掺加纤维体现了复合材料设计的 思想 , 既保留
8、了混凝土原有的高抗压性的特点 , 又能大 大增 加其抗 裂性 能 、 韧性 及抗渗 性 , 使 之更 能符 合新 型 建筑材料 的要求 。 纤 维可以显著改善混凝土裂后性 能_ l J 。 钢纤 维混凝土更适合应用 于软岩 、 断层破碎 带等地压 作 用很 大 , 软 弱 围岩 特别是 软弱 围岩 中的隧道 , 其破 坏 的 形式是 大变形 , 要求初期支 护具有及时 、 密 贴 、 高强 和柔 性 , 钢纤维喷射混凝 土基本上具备 了这些要求 _2 1 。 采用 钢 纤维混凝 土经 济效益非 常 明显 。 挪威研 究结果 表 明 , 对 于 1 0 c m厚掺 入 5 0 7 0 k g m
9、 的钢纤维 喷射混凝 土取代 钢 筋 网喷混 凝 土可 节省 5 0 的造价 。 我 国此项 研 究 表 明, 钢纤维混凝土作为隧道的初期支护和永久支护被广 泛应用 3 , 单 线铁路 隧道 在 V级 围岩 中应用 其直接 费用 相近 , 但 大大节省 了工 时 , 提 高工程 质量 及增加 结 构 的 耐久性 。 1 试验材料及配合 比 水泥 :拉法基 P O 4 2 5 级。 粗骨料采用成都 5 1 0 m lT l 碎分石 , 级配合理 , 粒型一般 。 硅 粉 : 9 2 U硅粉 。 粉煤灰 : 方 圆, I 级 , 细度 9 6 。 钢纤维 : 大业钢纤维 , 型号 0 5 2 5
10、, 长度 ( 2 5 + 1 ) m m, 直径( 0 5 5 i - 0 0 5 ) h i m, 抗拉强度大于 1 0 0 0 MP a 。 马克菲尔钢纤维 , 型号 F S 7 , 长度 3 3 mm, 直径 0 5 5 m m, 抗 拉强度大于 1 2 0 0 MP a 。 聚丙烯纤维 : 佳路得网状纤维 , 长 度 2 0 n l l n 。 减水剂 : 岩锋 T K B L聚羧酸减水剂。 速凝剂 : 岩锋 T K W1 无碱液体速凝剂。 拌和水采用自来水。 具体见表 1 所示 表 1 纤维喷射混凝土试验配合 比 收稿 日期 :2 0 1 3 - 1 0 3 0 基金项目:中央高校基
11、本科研业务费专题项目( S WJ T U1 1 Z T 3 3 ) 7 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 基本力学性能试验分组 本试验方法参照中国工程建设协会标准 C E C S 1 3 : 1 9 8 9 钢纤维混凝土试验方法 实施 。 将所有试验分为 4组 , 试验 内容及分组见表 2 。 按 C E C S 1 3 : 1 9 8 9 ( 钢纤维混凝土试验方 法 的规定制作喷射混凝土试件 , 进行抗压 、 抗剪 、 抗折 、 抗 拉等试验 。 3 立方体抗压 强度 试验 3 1 试 验 方 法 立方体抗压试验采用边长 1 0 0 m m 的立方体标准
12、试件 , 分 为 4 组 , 每组 3 个试件。 对试件连续 、 均匀加荷 , 加荷速度 取 0 6 0 9 MP a s 。 当试 件临近破坏或变 形速度增快 时 , 则 停止调整试验机油门, 直至试件破坏 。 试验机采用 Y E 2 0 0 A 型液压式压力试验机 , 最大荷载 2 0 0 t o 纤维混凝土立方体抗 压强度按式( 1 ) 计算 : 等 ( 1 ) 式中 纤维混凝土立方体抗压强度 , MP a ; 最大荷载 , N; A试件承压面积 , m n l 。 3 - 2 试验 结果分析 抗压强度取 3 个试件 的平均值作为试验结果 。 若其 中 有一个抗压 强度值与平均值 的误差
13、大于 1 5 则被剔 除, 取 另两个试件的平均值 ; 若两个试件的抗压强度值均超过平 均值的 1 5 , 则该组试验作废。 以下几组试验结果处理方式 均按此进行 。 所测得 的轴心抗压强度值应乘以尺寸换算系 数 0 9 5 。 试验结果见表 3 。 表 2 喷射混凝土试件基本力学性能试验分组及试件个数 由表 3 可以看出, 钢纤维喷射混凝土可以提高基体 的 抗压强度约 1 0 - 2 0 , 以大业钢纤维的增强效果最 明显 。 4 抗 剪强度 4 1试 验 方 法 试件采用截面为 1 0 0 m mx 1 0 0 mmx 3 0 0 mm 的梁式试 图 1 剪切试验装置示意图 件 , 试件分
14、为 4组 , 每组 4个。 对试件连续 、 均匀加荷 , 加荷 速度取 0 0 3 0 1 1 MP a s , 当试件临近破坏或变形速度增快时 , 停止调整试验机油门, 直至破坏 。 试验设备采用 Y E 一 2 0 0 A 型 液压式压力试验机 , 最大负荷 2 0 0 t 。 4 2 试验结果及分析 试验结果示于表 4 。 试验结果表 明钢纤 维可提 高基体 混凝 土抗剪强度约 2 0 。 5 抗折 强度 5 1试验 方 法 试件尺寸为 1 0 0 m mx l 0 0 m mx 3 0 0 mm, 试件分为4 组, 每组 3 个试件。 对试件连续、 均匀加荷 , 加荷速度取 0 0 7
15、 0 0 9 MP a s 。 当试件临近破坏、 变形速度增快时, 停止调整试 验机油 门, 直至破坏。 本试验采用的试验机 , 最大负荷 3 0 t 。 7 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 主要仪器设备满足上述规范的要求5 1 。 5 2 试验 结果及分析 试验结果见表 5 。 试验结果表 明钢纤维可提高基体混 凝土抗折强度约 1 0 。 6 劈裂抗拉 强度 6 1 试 验 方 法 试件采用边长为 1 0 0 m m 的立方体标准试件 , 试件分为 4 组 , 每组 3 个 。 对试 件连续 、 均匀加荷 , 加荷速度取 O 0 5 0 0 8 MP a
16、s 。 当试件临近破坏 、 变形迅速增长时 , 停止调整 试验机油门, 直至试件破坏嘲 。 应用 的试验机是 Y E 2 0 0 A 型 液压式压力试验机 , 最大负荷 2 0 0 t 。 6 2 试验结果及分析 试验结果及分析见表 6 。 表 中可见钢纤维对基体劈裂 抗拉强度约提高了 1 0 2 0 。 7 轴心抗拉 强度 7 1试 验 方 法 试件尺寸 1 0 0 m m 1 0 0 ram 3 0 0 m l T l 。 试验 时 , 将测量 变形 的夹具及仪表安装在试件成型时两侧面的中线上 , 并 对称于试件 的两端 , 开动试验机进行预拉 , 预拉荷载约相 当于破坏荷 载的 1 5
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