复合纤维混凝土的力学性能试验研究

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1、铁道建筑2011年第10期RailwayEngineering127文章编号：1003—1995(2011)10—0127—03复合纤维混凝土的力学性能试验研究张存亮，弓锐，张存明(1．西安科技大学建筑与土木工程学院，西安710054；2．西安公路研究院，西安710054；3．济宁市东方建设工程监理有限责任公司，山东济宁272000)摘要：研究在相同水灰比条件下，采用不同品种、不同形状的纤维对混凝土的力学性能及破坏形态的影响。结果表明，掺入一定的钢纤维，提高了混凝土力学性能，但力学性能随钢纤维形状的不同而异，随掺

2、量的增加而增大；加入不同品种的聚丙烯纤维，对混凝土的力学性能有一定的影响，力学性能随纤维体积掺量表现出先增加后降低最后又增加的规律；选用钢纤维及聚丙烯进行混合形成复合纤维，得到在钢一聚丙烯复合条件下的最优体积率为1％，在最优体积率下复合纤维混凝土性能随聚丙烯的相对掺量增大而提高。关键词：抗压强度劈裂体积率复合纤维中图分类号：TU377．94文献标识码：A混凝土是现代最重要的结构材料，具有抗压强度i=3．11vc-；／srs(一维)(2)高、刚度大的特性，但抗裂性、抗冲击性和变形能力较i=3．89V'V；／SFS(

3、二维)(3)差。国内外的许多专家学者将纤维定为增强混凝土性i=4．88／／sFs(三维)(4)能的核心材料。纤维增强混凝土是将两种或多种不同式(1)～式(4)中，d为纤维直径，I，r为纤维体积率，性能、不同尺寸的纤维掺人混凝土基材中，使其在不同SFS为单位体积纤维混凝土中纤维的表面积。尺寸和性能层次上相互补充，以达到配制高性能混凝1．2复合材料理论土的目的。对于复合材料，材料复合的主要目的是改善材料1纤维混凝土的增强机理的力学性能。复合材料理论出发点是复合材料构成的混合原理，将纤维增强混凝土看作是增强的复合材料，

4、1．1纤维间距理论假定混凝土基体和纤维处于完全黏结的条件下，并且纤维间距理论是根据线弹性断裂力学来说明纤维在混凝土基体和纤维连续构成的复合体上，柱状纤维对于裂缝发生和发展的约束作用。这种理论认为，在是一维单向配制于基体中的。该复合体的强度是由纤混凝土内部存在固有缺陷和裂纹，若想提高强度和韧维与基体的体积比和应力所共同决定的。复合材料抗度，必须尽可能减小缺陷程度，降低混凝土体内裂缝端拉强度or，为部的应力集中。ROMUALD1等人对定向纤维混凝土试件进行了orr=OrftI，，+or(5)抗弯拉与劈裂试验，进一步提

5、出纤维混凝土的强度和式中，or，为复合材料抗拉强度；or为纤维材料的抗拉韧性只由纤维的平均间距控制的观点。通过试验表强度；or为基体混凝土的抗拉强度；为纤维体积；Vm明，纤维混凝土的初裂应力与纤维间距的平方根成反为基体体积；Vc为复合材料体积。比，并且分别提出了在纤维混凝土纤维呈三维乱向分因为+'，，=Vc=1(6)布时纤维平均中心间距i的计算公式为所以orr=oryt+or(1一)(7)i=13．8d4／-~；~(1)混凝土基体与纤维充分黏结条件为沈荣熹提出的计算公式为。rcfEE=(8)E、f收稿日期：201

6、1·04-30；修回日期：2011-07—16式中，E，E，，E分别为复合材料、纤维、基体混凝土弹作者简介：张存亮(1983～)，男，山东济宁人，硕士研究生。性模量。128铁道建筑本试验中，加入不同类型、不同体积率的纤维在令：：m(9)／5m‘28d的抗压强度见表3。得，=or[1+(m一1)](10)表3立方体抗压强度试验结果复合材料理论将纤维增强混凝土看作是纤维强化体系，并应用混合原理来推定纤维混凝土的抗拉和抗弯强度，提出了纤维混凝土强度与纤维的掺人量、方向以及黏结力之间的关系。2试验方法及试验内容2．1试验

7、原材料水泥采用525普通硅酸盐水泥；碎石要求具备一定的强度，还应有较好的耐磨性。聚丙烯纤维采用大东和深圳聚丙烯纤维，体积率分别为0．1％、0．2％，其物理特性见表1。表1聚丙烯特征参数相同水灰比条件下，体积率分别为0．8％、i．0％条件下端钩型钢纤维抗压强度比普通混凝土强度提高了18．2％，24．6％，比压痕型钢纤维强度分别提高了15．6％，20．1％，而压痕型钢纤维强度比普通混凝土分别提高了1．06％，3．76％。这说明，钢纤维混凝土的钢纤维选用上海“真强”的剪切型钢纤维。形状抗压强度与钢纤维的体积掺量及钢纤维

8、的形状相关。如图1所示。特征参数见表2。随着钢纤维体积率的增大，其抗压强度也增大，且端钩型钢纤维比压痕型提高的速度更快。相同水灰比条件下，体积率为0．1％，0．2％条件下深圳聚丙烯的抗压强度比普通混凝土提高了一一2．90％，2．29％，大东聚丙烯比普通混凝土分别提高了13．4％，12．1％。而在体积率分别为0．1％，0．2％时(a)压痕型钢纤维(b)端钩型钢纤维深圳聚丙烯