超短钢纤维混凝土动态三点弯曲性能研究

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1、铁道建筑2013年第4期RailwayEngineering163文章编号：1003—1995(2013)04-0163—03超短钢纤维混凝土动态三点弯曲性能研究刘永胜(华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013)摘要：利用导轨式落锤试验机开展了不同含量超短钢纤维混凝土试件的动态三点弯曲试验，对获得的加速度与时间关系曲线和各试件的荷载一位移曲线进行分析，并对试件的断裂能进行了计算。试验结果表明：当纤维含量较低时，超短钢纤维能够提高混凝土的动态三点弯曲承载能力，断裂能随纤维掺量提高而明显提高；当纤维含量过高时，随纤

2、维含量的提高，试件的动态三点弯曲承载能力下降，断裂能随纤维掺量的提高而降低；最佳纤维掺量为3．0％。依据试验结果提出了纤维掺量为0～3．0％时超短钢纤维混凝土动态三点弯曲断裂能的计算公式和相关参数。关键词：钢纤维混凝土三点弯曲动态断裂能中图分类号：TU528．572文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003-1995．2013．04．50冲击荷载是防护工程、机场跑道、高速铁路轨道等动态三点弯曲的破坏特点，分析材料的断裂能。工程结构承受的主要荷载，材料的抗冲击韧性是影响1材料和试件上述结构稳定性和耐久

3、性的重要因素。在混凝土基体中掺入超细超短钢纤维能够提高混凝土材料的强度，试件制作材料包括：长6mm、长径比为40的表面改变破坏形态，提高抗冲击韧性⋯。断裂能是描述材镀铜超细超短高强钢纤维；P．042．5级水泥；600目普料断裂韧性的重要参数之一，其测试方法有直接拉伸通硅微粉，粉煤灰；粒径为5～10mill碎石；细度模数法、楔劈拉伸法、三点弯曲梁法和紧凑拉伸法。对混凝为2．9的粗砂；高效减水剂；普通自来水。土材料而言，三点弯曲梁法是常用的测试断裂能的方试件为截面160mm×40mm的长方体。尺寸较法·。小，断裂面在试验

4、后易于测量到，由于预制切口可能导本文利用导轨式落锤试验机对不同含量超短钢纤致试件的纤维分布不均匀，所以试件未预制切口。试维混凝土开展了冲击三点弯曲试验，得到材料的动态件设计素混凝土的水灰比为0．28，设计强度为45三点弯曲荷载一位移曲线，并结合超短钢纤维混凝土MPa。试件材料用量及分组情况如表1所示。表1试件材料用量2试验装置及测试系统收稿日期：2012-06-20；修回日期：2013．01．18基金项目：国家自然科学基金项目(71074076)；住房与城乡建设部项目导轨式落锤试验机锤头的最大落高为1．8m，质(20

5、10-K4-4)量调节范围为2．58—11．80kg。为了方便安装加速度作者筒介：刘永胜(一)，男，江西余干人，副教授，博士。传感器，采用了楔形中空锤头，楔形角约为34。。通过铁道建筑锤头中的加速度传感器测得锤头的加速度信号，然后时间／ms246经放大存放到波形存储器中，并与计算机连接成数据测试和记录系统。试件对称地放置在圆柱形支撑上，并用橡皮筋将试件固定，既使锤头下落时刚好冲击在试件的中点，又要防止试件受到冲击后弹离支座。试趟件安装和加载如图1所示。最图2加速度与时间关系曲线纤维含量较低时，随着纤维掺量的增加，试件

6、的承载能力和变形能力显著提高；当纤维含量较高时，随着纤维掺量的增加，试件的承载能力和变形能力反而降低。这种规律与纤维混凝土的抗压性能相同，即纤维对混凝土的增强增韧效果并非纤维掺量越高效果越佳，而图1试件安装和加载示意是存在一个最佳纤维掺量。本试验说明掺量S=3％时最佳。落锤被提升到预定的高度后，自由释放，落锤沿导轨自由下落，冲击试件。假定锤头为刚体，忽略锤头对《褥椁5432，O试件的二O次冲击5以及O外界5干扰O的影响，则冲击速度V(t)和冲击点的位移S(t)分别为，‘(￡)=Vo—10。(f)dt(1)tS(t)：

7、IV(t)dt(2)Io,式中，是锤头冲击试件的初速度，a(t)是加速度。051015202530位移／ram根据锤头上的加速度，可以算出试件所受的荷载F(t)(a)较低纤维掺量为F()=Ma(t)(3)式中，为锤头和配重的总质量。由式(1)～式(3)，可得到试件动态三点弯曲的荷载一变形曲线及应变能、断裂韧度等参数。3试验结果及分析3．1加速度与时间的关系曲线位移／ram由于试验环境中其它信号的干扰，试验测得的加fa]·较高纤维掺量速度信号较分散，必须对所得信号进行高频滤波处理。图3超短钢纤维混凝土荷载一位移曲线处理

8、后的加速度与时间关系曲线如图2所示。由图2可知，加速度曲线有两个峰值。这是由于混凝土试件另外，为了研究纤维类型对试件动态弯曲的影响，为脆性材料，在锤头冲击试件初期，试件表面的材料脱本文还开展了普通短切钢纤维混凝土的动态三点弯曲落，锤头受到的约束反力下降，加速度下降，出现第一梁试验，得到两种不同类型纤维混凝土的荷载一位移个峰值；当试件临近破坏时，