玄武岩纤维钢筋混凝土梁受弯性能

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1、玄武岩纤维钢筋混凝土梁受弯性能　　摘要：通过弯曲静载试验，分析玄武岩纤维钢筋混凝土梁在静载作用下破坏形态和破坏机理，研究荷载-位移曲线、钢筋应变等变化规律。试验结果表明：玄武岩纤维掺入对钢筋混凝土梁的极限承载力有一定提高，最大幅度为6.5%。　　关键词：玄武岩纤维；强度；承载力　　玄武岩纤维（BF，BasaltFiber）由纯天然玄武岩矿石经1450～1500℃高温熔融后，通过铂锗合金拉丝漏板制成[1]。由于生产原料取自火山岩，所以具有较强化学稳定性和热稳定性。具有断裂强度高、弹性模量高、伸长率低、耐高温、耐低

2、温、热传导系数低（隔热）、抗腐蚀、吸湿性低、重量轻、加工性能好等优异性能，属于一种全新的材料[2]。在玄武岩纤维生产过程中没有硼和其它碱金属有害氧化物排出，对环境无害，无工业垃圾，不向大气排放有害气体，因此玄武岩纤维同时又是21世纪一种新型环保纤维[3]。生产连续玄武岩纤维的工艺简单，成本低廉且没有有害物质[4]，且生产出的连续玄武岩纤维可以代替由多种矿物原材料生产出的各种玻璃纤维，应用前景广阔，因此正受到各方人士的广泛关注。本文对玄武岩纤维钢筋混凝土梁弯曲进行试验，研究不同体积掺量玄武岩纤维对钢筋混凝土梁的影

3、响。　　1试验概况　　1.1试验梁设计5　　本次试验采用HJW-60型单卧轴砼搅拌机搅拌拌合料，设计浇筑4组钢筋混凝土梁，玄武岩纤维掺量分别为0、2.65、5.30、7.95；试件的尺寸为，采用C35强度等级的混凝土，梁配筋为受拉钢筋216，受压钢筋210，箍筋?8@100。　　1.2原材料　　本试验采用冀东普通硅酸盐水泥P.O.42.5；粗骨料为坚硬碎石，级配良好，粒径5mm～20mm，含泥量1%；细骨料选用Ⅱ区中砂，细度模数2.80，含泥量1.87%。纤维为四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司生产的短切玄武岩纤维

4、，长度为15mm。　　1.3配合比　　采用普通混凝土配合比，通过改变玄武岩纤维掺量来研究混凝土的力学性能。纤维混凝土的配合比如表1-1。　　1.4试件制作及养护　　试件在制作过程中，混凝土原材料（水泥、砂、石）的投料顺序、搅拌方式、搅拌时间等对混凝土的基本性能都有影响。为保证混凝土拌合物的均匀性和质量，混凝土采用强制式搅拌机搅拌。本次试验采用的搅拌顺序为将沙子与石子搅拌30s，撒入玄武岩纤维搅拌30s，在加入水泥搅拌30s，最后缓慢加入水，搅拌2～3min，将拌好的玄武岩纤维混凝土拌和料装入试模中，振捣密实。2

5、4h后拆模编号，放入标准养护室进行养护。　　1.5试验装置5　　所有试验均在内蒙古工业大学结构试验室。采用天水红山试验机有限公司生产的多点加载三通道微机控制电液伺服疲劳试验机，试验梁采用三分点弯曲对称加载，由疲劳试验机的作动头将荷载作用在刚度足够大的分配梁上，再由分配梁将荷载均匀分配到两个加载点的位置。　　2试验结果与分析　　2.1破坏形态　　图2-1为试试件破坏形态，（a）（b）（c）（d）分别代表玄武岩纤维掺量为0、2.65、5.30、7.95玄武岩纤维钢筋混凝土梁，玄武岩纤维的掺入，使得试验梁的初始裂缝出

6、现的相对比较晚，同时裂缝初始裂缝高度均比普通钢筋混凝土梁的矮。对四种纤维体积掺量的钢筋混凝土梁最终破坏状态进行比较，可以发现普通钢筋混凝土梁在受压区混凝土破碎时，混凝土碎块压碎后直接脱落，如图（a）所示。而玄武岩纤维钢筋混凝土梁受压区混凝土被压碎是表现出裂而不散的破坏形态，在破坏中表现出良好的完整性。这是由于玄武岩纤维具有阻裂作用，试验梁受压区混凝土出现横向裂缝时，纤维横跨在裂缝两端的混凝土基体内，起到桥梁作用，所以玄武岩纤维钢筋混凝土梁在极限破坏时，梁上部受压区混凝土表现出良好的完整性。　　2.2试验梁承载力

7、　　从表2-1可知，玄武岩纤维混凝土梁的开裂弯矩均有一定的提高，BF1、BF2、BF3分别提高了14%、32%、23%。极限荷载也都有一定的提高，提高的幅度不大，BF1、BF2、BF3分别提高了3%、6.5%、4.3%。说明，在钢筋混凝土梁内掺入玄武岩纤维，在一定程度上提高玄武岩纤维钢筋混凝土梁的极限承载力。　　2.3荷载跨中挠度5　　试验梁的跨中荷载-挠度曲线如图2-2所示，通过图可以知道，玄武岩纤维混凝土梁的荷载-挠度曲线的发展变化趋势与普通混凝土梁的发展变化趋势基本一致。从开始加载至混凝土初裂，此阶段试验

8、梁的变形处于弹性阶段，玄武岩纤维在混凝土基体内阻止裂缝的开展。从钢筋混凝土梁出现第一条裂缝至钢筋屈服，在这一阶段试验梁处于弹塑性阶段。从图中可以看出所有试验梁的挠度随荷载的增加是比较接近的，玄武岩纤维在这一阶段对钢筋混凝土梁的影响比较小。钢筋屈服到混凝土被压碎为第三个阶段，从图中可以看出这一阶段，玄武岩纤维混凝土梁的挠度随荷载的增加均比普通钢筋混凝土梁增长缓慢。　　2.4钢筋应变　　图