不同尺寸纖維自密實(shí)混凝土試件軸拉性能試驗(yàn)

于江，尤志國，葛凱

(華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063009)

?

不同尺寸纖維自密實(shí)混凝土試件軸拉性能試驗(yàn)

于江，尤志國，葛凱

(華北理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063009)

軸拉性能；混凝土；纖維自密實(shí)混凝土

采用粘貼法對(duì)尺寸分別為150 mm×150 mm×150 mm和100 mm×100 mm×400 mm的纖維混凝土試件進(jìn)行了軸拉試驗(yàn)。獲得了軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并研究了不同種類和不同纖維摻量的聚合纖維對(duì)混凝土軸拉極限承載力、極限應(yīng)變的影響。結(jié)果表明：在自密實(shí)混凝土中摻入纖維能有效地提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和峰值應(yīng)變。

0 引言

纖維增強(qiáng)自密實(shí)混凝土(FRSCC)，是在自密實(shí)混凝土基體中加入適量的纖維的一種混凝土基復(fù)合材料。在纖維混凝土中，纖維對(duì)基體主要有阻烈、增強(qiáng)和增韌3種作用[1]：阻裂作用是指纖維限制混凝土早期收縮裂縫和受荷載作用產(chǎn)生的微觀和宏觀裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展；增強(qiáng)作用是指由于纖維的彈性模量相對(duì)較高使纖維混凝土復(fù)合材料的抗拉、抗彎和抗剪強(qiáng)度較混凝土基體明顯提高；增韌作用是指纖維混凝土材料在受拉、受彎等狀態(tài)下構(gòu)件的能量吸收能力明顯增強(qiáng)，進(jìn)入塑性階段隨著變形的增加仍可保持較高承載力的能力。

目前國內(nèi)外學(xué)者多采用劈拉試驗(yàn)或者彎曲試驗(yàn)來分析混凝土的拉伸性能；但劈拉和彎拉都是間接拉伸試驗(yàn)，試件內(nèi)部的應(yīng)力分布比較復(fù)雜，間接拉伸試驗(yàn)不能真實(shí)地反映材料的抗拉強(qiáng)度[2]，單軸拉伸是最為直接的測試混凝土抗拉性能的試驗(yàn)方法。

對(duì)纖維自密實(shí)混凝土軸拉試驗(yàn)來說，國內(nèi)外已經(jīng)有多種方法[3]：國外學(xué)者在這方面涉及較早[3]，其采用的加載方式主要有2種：一是采用楔形夾具通過摩擦作用于試件兩端加載；另一種是采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)試件端面加載。某些研究者如Somsak[4]采用內(nèi)埋式，澆筑試件時(shí)在試件端部預(yù)埋鋼筋或者螺栓。一些學(xué)者如Dongming Yan[5]和楊萌[6]等采用狗骨頭型試件來進(jìn)行試驗(yàn)。除以上方式外，Youjiang Wang[7]及RILEM[8]等采用黏貼式開口試件進(jìn)行試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)選用的材料包括：唐山市冀東水泥廠生產(chǎn)的P.O 42.4R級(jí)水泥，粒徑為5～15 mm的粗骨料、粉煤灰、聚羧酸高效減水劑、高性能聚丙烯纖維(PP纖維)和聚酯纖維(TF纖維)，圖1為PP纖維和TF纖維。

該項(xiàng)研究采用的試驗(yàn)材料配合比以及合成纖維性能參數(shù)見表1和表2。

圖1 PP和TF纖維

項(xiàng)目水泥粉煤灰水砂石子減水劑空氣合計(jì)體積(L/m3)98．3131．9205290246．88201000質(zhì)量(kg/m3)304．7249．3205769654．028．3102190．33

表2 合成纖維性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)參照彭勃[9]及RILEM[8]的雙鋼板粘貼法。試件為150 mm×150 mm×150 mm和100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體。試驗(yàn)前先在試件中部開口使2種試件中部橫截面積相同且為8 100 mm2，兩端面用建筑結(jié)構(gòu)膠各粘貼一塊50 mm厚的鋼板，試驗(yàn)前傳力鋼板通過螺桿與試驗(yàn)機(jī)相連。為了提高系統(tǒng)的剛度，本試驗(yàn)采用在平行于試件的方向上增加剛性桿的方法來增加剛度，在與試件平行的方向上，增加4根剛性桿，使其與試件一同受力，以提高試驗(yàn)系統(tǒng)的剛度。

本試驗(yàn)中2種纖維的摻量分別為4 kg/m3、6 kg/m3、8 kg/m3，使用500 kN液壓伺服試驗(yàn)機(jī)，控制位移方式進(jìn)行加載：15 kN前控制在0.2 mm/min，達(dá)到15 kN時(shí)上緊剛性桿的螺栓使其和試件同時(shí)受力并將速度改為0.05 mm/min直到破壞。采用4個(gè)夾式引伸儀測量混凝土軸向的變形，數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)采集儀(strainbook)進(jìn)行采集。軸拉試驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2軸拉試驗(yàn)裝置示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖3～圖5所示為尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的素混凝土與PP纖維混凝土、TF纖維混凝土試件軸拉試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)以及抗拉強(qiáng)度與應(yīng)變變化關(guān)系和趨勢。

圖3 素混凝土抗拉強(qiáng)度

圖4 PP纖維混凝土抗拉強(qiáng)度

圖5 TF纖維混凝土抗拉強(qiáng)度

圖6～圖8所示為尺寸為100 mm×100 mm×400 mm的素混凝土與PP纖維混凝土、TF纖維混凝土試件軸拉試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)以及抗拉強(qiáng)度與應(yīng)變變化關(guān)系和趨勢。

圖6 素混凝土抗拉強(qiáng)度

圖7 PP混凝土抗拉強(qiáng)度

圖8 TF混凝土抗拉強(qiáng)度

由圖3～圖8所示結(jié)果表明，2種尺寸的試件在分別摻入PP纖維、TF纖維后抗拉應(yīng)力和峰值應(yīng)變較素混凝土有明顯的提高。

由試驗(yàn)過程及結(jié)果可以看出，在相同截面積情況下，試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的抗拉強(qiáng)度明顯小于尺寸為100 mm×100 mm×400 mm的抗拉強(qiáng)度，即粗短的試件比長細(xì)的試件抗拉強(qiáng)度低，此種情況便于試驗(yàn)過程中的加載和數(shù)據(jù)收集。且開裂后粗短試件的彈性明顯小于長細(xì)的試件。

通過對(duì)圖4、圖5、圖7、圖8分析可見，纖維摻量的增加并不一定能夠使混凝土軸拉極限承載力、極限應(yīng)變提高，試驗(yàn)結(jié)果具有離散性。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，主要是由于纖維在混凝土中的分布具有離散性，導(dǎo)致試驗(yàn)試件的軸拉極限承載力、極限應(yīng)變出現(xiàn)離散性的結(jié)果。

3 結(jié)論

(1)PP纖維和TF纖維都能有效地提高混凝土的抗拉強(qiáng)度并且都能有效地提高混凝土的峰值應(yīng)變。

(2)由于軸拉試驗(yàn)過程中尺寸較小的試件抗拉強(qiáng)度低且斷裂后彈性勢能較低，便于試驗(yàn)的進(jìn)行和數(shù)據(jù)的收集，所以建議在進(jìn)行軸拉試驗(yàn)時(shí)采用尺寸較小的試件。

(3)由于PP纖維和TF纖維抗拉強(qiáng)度較低，且纖維與基體粘結(jié)性能良好，導(dǎo)致大部分PP纖維和TF纖維被拉斷。同時(shí)試件斷裂面上大部分粗骨料也被拉斷；加入PP纖維和TF纖維混凝土試件斷面較素混凝土和鋼纖維混凝土試件的斷面平整。

[1]劉赫凱. 鋼纖維對(duì)高性能自密實(shí)混凝土混凝土構(gòu)件彎/剪性能的影響[D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2012.

[2]王曉飛. 聚丙烯纖維混凝土軸拉和彎曲性能的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 大連：大連理工大學(xué), 2011.

[3]梁寧慧, 劉新榮, 孫霽. 多尺度聚丙烯纖維混凝土單軸拉伸試驗(yàn)[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2012, 35(6):80-84.

[4]Somsak Swaddiwudhipong,Hai-Rong Lu, Tiong-Huan Wee Dee Direct ten-sion test and tensile strain capacity of concrete at early age[J]. Cement and Concrete Research, 2003:2077-2084.

[5]YAN Dong-ming, LIN GAO.Dynamic properties of concrete in direct tension[J]. Cement and Concrete Research , 2006, 36: 1371-1378.

[6]楊萌, 黃承逵. 鋼纖維高強(qiáng)混凝土軸拉性能試驗(yàn)研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2006, 39(3): 55-61.

[7]WANG You-jiang, VOCTOR L, Backer S.Experimental determination of tensile behavior of fiber reinforced concrete[J]. ACI Material Journal, 1990, 87(5):461-468.

[8]VANDEWALLE L. Test and desing methods for steel fiber reinforced concrete[J]. Materials and Structure , 2000, 33(225): 3-5.

[9]彭勃, 陳志源. 缺口對(duì)混凝土單軸直接拉伸應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的影響[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2003, 6(2): 142-146.

Tensile Properties of Different Sizes Fiber Reinforced Self-compacting Concrete

YU Jiang, YOU Zhi-guo, GE Kai

(College of Civil and Architectural Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063009,China)

axial tension property;concrete;fiber reinforced self-compacting concrete

Based on axial tension test on polymeric fibers concrete specimens with the dimensions of 150 mm×150 mm×150 mm and 100 mm×100 mm×400 mm with epoxy pasting method, the axial tension stress-stain curves were obtained, and the influence of concrete with variety and different polymeric fiber amount on axial tension ultimate bearing capacity and ultimate strain was studied. The result was shows that the tensile strength and peak strain of concrete are improved effectively by the mixing fiber in self-compacting concrete.

2095-2716(2016)01-0110-05

2015-09-02

2015-11-23

TU528.572

A