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摻入稠濁分解纖維的混凝土力學機能闡發*胡建榮何銳李永鵬3

2017年11月14日 11:39  來歷:中國化纖網  人氣:2462

  華南理工大學學報(天然迷信版)摻入稠濁分解纖維的混凝土力學機能闡發胡建榮1何銳2李永鵬3(1.西安長安大學工程設想研討院無限義務公司,陜西西安710064;2.長安大學資料迷信與工程學院//交通鋪面資料教導部工程研討中間,陜西西安710061;3.鄭州市市政工程勘察設想研討院,河南鄭州450052)稠濁纖維混凝土,對其抗壓和抗彎機能停止測試,并接納雙身分方差闡發法對曲折韌性影響身分的較著性特色停止了闡發,同時還對稠濁纖維的加強增韌機理停止了切磋。成果標明:在差別的粗集料摻量下,稠濁纖維混凝土抗壓強度遍及高于素混凝土,其進步幅度首要集合在15%~30%之間;摻入稠濁纖維后混凝土試件的荷載-撓度曲線全體較為飽滿,大都曲線表現為變形遲緩軟化,局部顯現變形軟化特色;纖維摻量對混凝土的韌性有很是較著的影響,而粗集料摻量影響較小;CPP/PE纖維可以或許或許從差別條理布局對混凝土停止增韌,發生正稠濁效應,從而使制備的稠濁纖維混凝土具備良好的韌性。

  最近幾年來,針對差別纖維加強混凝土的研討曰益遭到國際外學者的存眷。稠濁纖維加強手藝經由進程接納差別種類纖維的稠濁或不異材質、差別多少外形的纖維稠濁,可以或許或許使其在機能條理上發生互補,從而促使混凝土在差別布局條理上按捺裂痕的發生與擴大,其力學機能比單一纖維加強混凝土更加優勝-3.今朝,國際外研討職員前后對聚丙烯/鋼纖維、聚丙烯/碳纖維或碳/碳纖維等稠濁混凝土的機能停止了研討,研討成果均標明稠濁纖維可進步混凝土的力學機能、抗打擊和抗裂機能等,并且接納高彈模纖維和高延性纖維彼此搭配可以或許或許使混凝土的強度和韌性均大幅進步M.是以,文中接納高彈模聚乙烯(PE)纖維和低彈模聚丙烯粗分解纖維(CPP)停止稠濁,以期制備出具備良好力學機能的混凝土資料。研討進程中別離從抗壓和抗彎兩個方面停止評估,接納雙身分方差闡發法對曲折韌性影響身分的較著性停止了闡發,并對稠濁纖維的增韌機理停止了切磋。

  1資料與實驗體例本研討接納的膠凝資料由水泥與粉煤灰構成,水泥(C)為盾石42. 5級通俗硅酸鹽水泥,粉煤灰(F)為I級粉煤灰;粗集料(G)為粒徑5~20mm的石灰巖碎石,此中粒徑5~10mm的碎石占30%,粒徑10~20mm的碎石占70%;細集料(S)為干凈河砂,細度模數2.65;外加劑(A)為聚羧酸類高機能減水劑,減水率30%,固含量18%;纖維包含PE和CPP纖維兩種,其機能參數如表1所示。

  基金名目:教導部博士點基金幫助名目(20130205110013);國度天然迷信基金幫助名目(51508030);長安大學中心高校根基科研營業費專項資金幫助名目(2013G3312018,2014G1311081);浙江省交通運輸廳科研打算名目(2014H38)表1纖維的手藝機能目標2纖維范例彈性模抗拉強度/MPa密度/長度/直徑/長徑比在混凝土外部布局中,粗集料用量的變更間接影響加強纖維的散布空間,以是若是粗集料參數拔取不公道將會限定纖維增韌效應的感化規模。是以,為了闡發資料配比參數對混凝土力學機能的影響,本研討選定了4種粗集料用量(30%(體積分數,下同)、34%、38%和42%,對應配比的混凝土稱作G30、G34、G38和G42),經由進程變更各類用量下纖維稠濁比例來肯定公道的粗集料摻量及與之相婚配的纖維稠濁比例。綜合以上闡發,C:F:W:S:A品質比設為0.8:0.2:0.32:1:0.01,纖維摻量(PE+CPP)設為混凝土攪拌均勻后,別離澆筑尺寸為150mmx150mmX150mm的抗壓強度試件和尺寸為100mmX100mmX400mm的抗彎拉強度試件,成型24h后拆模,在規范養護室養護至28d后停止測試,每組3個試件。抗壓強度測試按照TGE30―2005停止,抗彎機能測試參照ASTMC1018體例停止。抗彎測試加載裝配為SANS全能實驗機,加載體例為三分點加載,實驗機加載速度為0.2mm/min,接納荷載傳感器和千分表同步丈量抗彎荷載和跨中撓度,并主動存儲在計較機中,測試道理圖見。測試完成后接納韌性指數15、、10、、20和剩余強度系數褚,10與及10,0對各組試件的曲折機能停止評估M.此中,下標表現初裂點撓度的倍數。

  2稠濁纖維混凝土的抗壓強度差別纖維摻量下的抗壓強度測試成果如所示。按照,本研討制備的各組混凝土抗壓強度均較高,并且稠濁纖維混凝土的強度更高,纖維摻質變更對其有較著影響。在CPP摻量牢固的環境下,當PE摻量由0.4%增大到0.6%時,混凝土G30、G34和G38的抗壓強度均隨之增大,而G42則隨之降落;當PE摻量進一步增大至0.8%時,G34的抗壓強度持續增大而其他各組的抗壓強度均有必然水平的減小。在PE摻量牢固的環境下,混凝土G30、G34和G38的抗壓強度均跟著CPP摻量的進步而增大,而G42反而略有減小。

  纖維慘量(PE+CPP差別配比混凝土的抗壓強度顯現動搖的緣由可以或許或許由纖維的加強感化和增添感化來詮釋。纖維被粗集料隔絕,隨機分離在混凝土外部,構成種彼此毗連的三維網狀布局,起到加筋補強感化,減緩無害裂痕擴大和分級,從而進步混凝土的強度,表現為加強感化。從另方面來看,因為無機分解纖維的彈性模量仍小于剛性的混凝土基體,當其分離在混凝土外部時相稱于引入大批隨機散布的孔隙,當試件遭到外部荷載時輕易引發外部應力集合,表現為增添感化。以是當原資料配比公道時,纖維加強效應充實闡揚,抗壓強度得以晉升,是以在CPP摻量牢固的環境下,當PE摻量由0. 4%增大到0.6%時,混凝土G30、G34和G38的抗壓強度均隨之增大。當粗集料用量較高時,纖維的分離性變差,此時纖維的負效應答正效應的對消加強,特別是對CPP纖維來講,其引入的孔隙更大,增添感化更較著。是以在PE摻量牢固的環境下,除G42之外,混凝土G30、G34和G38的抗壓強度均跟著CPP摻量的進步而增大。

  全體來講,在差別的粗集料用量和纖維摻量下,纖維的加強感化一直高于其增添感化,以是各組配比下的稠濁纖維混凝土抗壓強度遍及高于素混凝土,其全體進步幅度首要集合在15% 3稠濁纖維混凝土的抗彎機能3.1測試成果與闡發各組配比下典范的荷載-撓度曲線測試成果見,機能目標成果匯總如表2所示。從可以或許或許看出,在4種粗集料用量下,素混凝土均顯現為脆性粉碎,而稠濁纖維混凝土則表現出較著的韌性特色,且其韌性根基隨纖維摻量的增大而增大,并且纖維摻量不異時各組混凝土對應的荷載-撓度曲線變更紀律比擬靠近。按照荷載-撓度曲線外形與粉碎特色可以或許或許將其別離為脆性、變形遲緩軟化、變形遲緩軟化和變形軟化4種范例。

  4種素混凝土屬于脆性粉碎,初裂之前荷載-撓度曲線呈線性增添的趨向,裂痕一旦構成后荷載即到達峰值狀況,試件敏捷粉碎,荷載峰值有所動搖;纖維摻量為0.4%+0.8%和0.4%+1.2%時屬于變形遲緩軟化粉碎,在初裂前其變更紀律與素混凝土不異,初裂顯現今后承載力俄然降落,到達初裂荷載的50%擺布后堅持小幅度的高低動搖,同時撓度慢慢增大,能到達2mm以上,顯現出較較著的塑性;纖維摻量為0.6%+0.8%、0.6%+1.2%和0.8%+0.8%時屬于變形遲緩軟化粉碎,其變更紀律與變形遲緩軟化較靠近,區分首要在于初裂后承載力降落幅度絕對較小(約為初裂荷載的80%),隨后承載力會有小幅度的增添,二次峰值不跨越峰值荷載的90%,*后承載力降落,資料粉碎;變形軟化粉碎對應的纖維摻量為0. 8%+1.2%,其首要特色為在初裂后承載力會慢慢增大,固然增幅有所差別,但均高于初裂荷載,在到達二次峰值后承載力才起頭跟著撓度的增大而慢慢降落,*后試件粉碎。

  典范荷載-撓度曲線測試成果G30-0.4-0.8表現粗集料摻量為30%,PE和CPP摻量別離為0.4%和0.8%的稠濁纖維混凝土,其他以此類推從表2可以或許或許看出,在各組配比下,稠濁纖維混凝土的初裂彎拉強度心、二次峰值彎拉強度<、二次峰值彎拉強度對應的撓度5:(以下簡稱“撓度”、承載力堅持系數CTU/C均較素混凝土較著增大,初裂撓度5.根基堅持穩定。當稠濁纖維摻量水平較低時,表2曲折機能測試成果編號承載力堅持系數約為50%;跟著纖維摻量增添,承載力堅持系數均慢慢增大,當纖維摻量增大到0.8% +1.2%時,稠濁纖維增韌成果較為抱負。此時,試件的承載才能在初裂后城市有所回升,*高達7.其對應的接度均跨越1.0mm,*大可達1.7mm.同時,值得注重的是,對G42來講,固然跟著纖維摻量的增大其承載力堅持系數慢慢進步,但其初裂強度卻大幅降落,并且G42-0. 8-1.2的極限承載才能比G42-)-)還低。闡發其緣由,首要是因為此時粗集料用量較高,跟著纖維摻量的增大而致使新拌混凝土的任務機能降落,影響纖維加強感化的闡揚,從而致使混凝土曲折機能遭到影響。

  按照ASTMC1018的劃定,曲折韌性指數和剩余強度系數越大,則資料的韌性越好,其在顯現裂痕后承載力堅持水平更高M.從表2可以或許或許看出,除G42之外,在差別的粗集料用量下,稠濁纖維混凝土的韌性指數與剩余強度系數隨纖維摻量的增大而呈增大趨向,當纖維摻量*大(0.8% +1.2%)時,資料的韌性指數與剩余強度系數到達*大。與抱負彈塑性資料比擬,此時各組資料的/5、/1.、/2.、褚,10與及10,0均有較大幅度的晉升,申明在此纖維摻量下混凝土具備較好的變形才能,曲折韌性獲得了極大改良,同時還具備較高的強度堅持才能。對G42來講,固然此時纖維的分離會遭到較大影響,可是當纖維摻量到達*大時其韌性仍較著高于抱負彈塑性資料。

  按照以上闡發可以或許或許看出,文中所制備的CPP/PE稠濁纖維加強混凝土表現出了良好的曲折韌性,可以或許或許從混凝土典范的復合多條理布局特色來會商其增韌機理。從細觀規范來看,微細纖維的插手可以或許或許延緩微裂紋的發源和擴大,使布局受力更加均勻。同時,所接納的PE纖維惰性較著,親水性很差,其與水泥基體的界面連系以磨擦粘結為主,化學粘結較軟弱,故界面連系強度絕對較低,這使PE纖維在基體開裂后偏向于從基體中拔出。為混凝土試件加載后開裂處的局部粉碎描摹,可以或許或許看到大批拔出粉碎的PE纖維,其伸出長度在4mm擺布。在纖維拔出進程中可經由進程纖維滑移磨擦有用耗散粉碎能量,并操縱其橋聯感化持續使裂痕兩頭協同受力,在微裂紋遲緩擴大的同時供給充足的承載力,從而進步混凝土的變形才能。其次,從微觀規范來闡發,CPP纖維較粗且較硬,直徑達0. 8mm,是以其散布和取向狀況受混凝土外部粗集料的影響絕對較小。

  按照纖維間距實際可計較獲得E0-12,本研討接納的CPP纖維實際間距(13. 08mm)與集料的*大粒徑相稱,是以可以或許或許絕對均勻地分離在混凝土基體中。跟著裂痕的擴大,當細纖維已被大批拔出而發生大裂痕時,因為CPP纖維的模量較低,其橋聯感化此時起頭充實闡揚,在拔出進程中耗散能量并通報荷載,從而在微觀規范上與細觀規范的PE纖維完成調和增韌M.由此可以或許或許看出,PE與CPP纖維在差別布局條理上的調和互補是促使混凝土曲折韌性大幅晉升的首要緣由。

  3.2雙身分方差闡發為了定量比擬粗集料用量和纖維摻量對混凝土曲折機能影響的紀律性,為資料設想供給鑒戒,本研討將經由進程雙身分方差闡發,并以韌性目標計較成果為按照,對其影響成果停止較著性查驗。假定纖維摻量為身分A、粗集料用量為身分B,身分A有A,(i=1,2,6)個水平,身分B有B.(=1,2,3,4)個水平;則A與B的差別水平組合共有24個,每一個水平組合做1次實驗,得24個察看值X.假定母體X.從命正態散布N(。,cr2),此中:。=弘+a,+島+為總均勻值,a,為A在水平A,的效應為B在水平的效應為隨機偏差14-16.并且,a,=闡發身分A、B的差別對實驗成果是不是有較著影響,即為查驗以下假定是不是建立:(b-1))時,謝絕H01,即身分A的影響有統計意思;當尸>(幼-1),“-1)(6-1))時,謝絕H02,即B身分的影響有統計意思。

  經由進程計較闡發,將各身分的F值匯總于表3,各身分對韌性目標的影響較著水平見表4.連系表3和4的闡發成果可以或許或許看出,對身分A來講,各韌性目標的F值均高于F0.01(5,15);對身分B來講,Fb值要較著小于Fa值,僅厶的F值高于F0.05(5,15),但其比F001(5,15)低。按照統計學判據可知,纖維摻質變更對混凝土的韌性特色影響很是較著,而粗集料用量對混凝土韌性特色的影響則為較著或不較著,以是在停止稠濁纖維混凝土設想時,纖維摻量對混凝土韌性的影響更加較著。

  表3雙身分方差計較成果韌性目標纖維摻量很是較著很是較著很是較著很是較著很是較著粗集料用量較著不較著不較著不較著不較著4論斷文中將PE和CPP停止纖維稠濁,研討了其抗彎和抗壓機能,發明:在各粗集料用量下,稠濁纖維混凝土抗壓強度遍及高于素混凝土,其全體進步幅度首要集合在15%30%之間;摻入稠濁纖維后各組混凝土的荷載-撓度曲線全體較為飽滿,大都曲線表現為變形遲緩軟化特色,局部顯現變形軟化,曲折韌性得以較著改良。研討還發明,各組試件的斷裂特色隨纖維摻量和粗集料用量的變更而有所差別,對粗集料用量和纖維摻量停止雙身分方差闡發后發明,纖維摻量對混凝土韌性影響很是較著,即纖維摻量對混凝土韌性機能的影響更加首要。究其機理以為:在細觀布局條理上,PE纖維可以或許或許經由進程與基體的摩檫滑移耗散能量,按捺微細裂痕的擴大;在微觀布局條理上,CPP纖維的低模量、高摩阻特色使得其橋聯阻裂感化在大裂痕顯現后起頭充實闡揚,從而在微觀規范上完成與PE纖維的調和增韌,大幅進步混凝土的曲折機能。

(完)

 
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