不同几何尺寸及弹性模量混合纤维混凝土力学性能试验研究与机理分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com2010年第1期混凝土与水泥制品2010No12月CHINACONCRETEANDCEMENTPR0DUCTSFebruary不同几何尺寸及弹性模量混合纤维混凝土力学性能试验研究与机理分析刘冬，黄真，伏俊杰，王璞(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，200240)摘要：对不同几何尺寸及弹性模量的钢纤维和聚丙烯纤维混凝土进行了单轴压、劈拉、弯折和冲击力学性能试验研究，特别设计了抗冲击试验装置，比较了不同纤维几何尺寸、种类和掺量对混合纤维混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度及抗冲击性能的影响，分析了混合纤维混

2、凝土的增强机理，并总结了增强混凝土力学性能较为突出的混合纤维的种类和掺量。关键词：混合纤维；钢纤维；聚丙烯纤维；混凝土；力学性能中图分类号：TU528．572文献标识码：A文章编号：1000-4637(2010)01-37-040前言1，主要物理性能参数见表1。混凝土基准配合比见表纤维作为一种混凝土增强材料，在工程建设领域2，标养28d，设计强度3OMPa。中有着广泛的应用，它可以有效改善混凝土的脆性，提高混凝土抗拉强度和韧性【1J。目前研究较多的是单一纤维混凝土，纤维的种类包括金属纤维、无机非金属纤维、合成纤维和天然纤维等。不同纤维对混凝土的

3、力学性能有不同程度的改善，钢丝钢纤维可提高混凝土开裂后的韧性，铣削型钢纤维可明显提高混凝土的初始开裂强度，聚丙烯纤维有助于提高混凝土的耐火和抗冲击性能。根据复合材料理论删，不同纤维混合，其性能可以互补。本文研究的是将不同种类的钢纤维和聚丙烯纤维按一定比例加以混合制成混合纤维混凝土图1四种纤维的形貌(HFRC，hybridfiberreinforcedconcrete)，通过产生正表1四种纤维的物理性能参数混合效应，达到一加一大于二的效果。为此，本文进行了不同种类和掺量的钢纤维与聚丙烯纤维混合，对混合纤维混凝土的单轴压、劈拉、弯折和冲击力学性能进

4、行了试验研究，特别设计了抗冲击试验装置，分析比较了不同纤维种类和掺量对混合纤维混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度及抗冲击性能的影响，进而分析了混合纤维混凝土的增强机理，总结了力学性能较为突出的混合纤维混凝土中混合纤维的种类和掺量。1试验概况1．1试验材料1．2试验方法采用P·052．5级普通硅酸盐水泥。细骨料为河砂抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度试验参照(中粗)，细度模数2．5。粗骨料为碎石，粒径5～20mm。CECS13：89((钢纤维混凝土试验方法》进行。抗压和劈裂四种纤维分别为长钢丝纤维(型号CW03—50—1000，简抗拉强度试验的

5、试件尺寸为100mmx100mmx100mm，称长钢丝)、短钢丝纤维(型号CW03—30—1000，简称短抗压加载速率0．5MPa／s，劈裂加载速率0．05MPa／s。抗钢丝)、铣削型钢纤维(型号Ami04—32—600，简称铣削折强度试验的试件尺寸为100mmx100mmx550mm，采型)、聚丙烯纤维(简称PP纤维)，四种纤维的形貌见图用液压式万能试验机四点加载，加载速率0．05MPa／s，基金项目：上海交通大学国防研究基金。记录荷载、变形和加载破坏过程。冲击试验的试件尺寸一37—学兔兔www.xuetutu.com2010年第1期混凝土与

6、水泥制品总第171期为150mmx150mmx50mm，试验装置为自行设计，将试2．2劈裂抗拉强度件放入角钢焊制的金属框架中形成试件的四边简单支试验结果见表3。由表3可见，纤维的加入能显著撑，周边保持约lcm的间隙防止金属框架对试件产生提高混凝土的劈裂抗拉强度，三种单掺钢纤维混凝土横向约束，冲击球重7．2kg，下落高度为30em，测试时，分别提高了35．37％、35．68％和11．01％。单掺PP纤维冲击球沿试件中心线自由落下，记录初裂及破坏时的混凝土提高了2．03％，三种配比的混合纤维混凝土分冲击次数。别提高44．34％、24．43％和43．

7、15％。混合纤维混凝土的为分析比较不同种类和掺量的纤维对混凝土力学劈裂抗拉强度较单掺纤维混凝土提高很多。在钢纤维性能的影响，我们设计了素混凝土试件、单一纤维混凝总掺量相同的情况下，30／0／30／1为提高混凝土劈裂抗土试件和混合纤维混凝土试件的对比。试件编号形式拉强度的最佳配比。是MB／C／D，表示对应的长钢丝、短钢丝、铣削型维、PP破坏形态上看，素混凝土为脆性劈裂断裂，破坏后纤维的掺量分别为每m混凝土掺人A公斤、B公斤、C多分开为两半。加入纤维后，试件整体性加强，破坏裂公斤、D公斤。缝细小，破坏后试件还保持为一个整体，并在劈裂裂缝2试验结果与

8、分析处可见明显的被拔出或拉断的钢纤维。2．1抗压强度2-3抗折强度试验结果见表3，从表3可以看出，除聚丙烯纤维混凝土抗折试验中，所有试件均在纯弯段破坏