基于Weibull分布的GFRC疲勞性能試驗(yàn)研究

雙子洋

摘要：本文通過(guò)對(duì)不同玻璃纖維體積摻量的三種再生混凝土梁體試件進(jìn)行了循環(huán)荷載條件下四點(diǎn)彎曲壓法的疲勞試驗(yàn)，利用Weibull分布理論對(duì)疲勞壽命結(jié)果進(jìn)行分析，由lgS和lgN線性擬合計(jì)算出存活率0.5時(shí)的疲勞方程，直觀的反映出了各類(lèi)型試件的疲勞極限強(qiáng)度。

Abstract： In this paper， the fatigue test of three recycled concrete beams with different volume of glass fiber is carried out by four point bending compression method under cyclic load. The fatigue life results are analyzed by using Weibull distribution theory. The fatigue equation with 0.5 survival rate is calculated by linear fitting of LgS and LgN， which directly reflects the fatigue ultimate strength of each type of specimens.

關(guān)鍵詞：玻璃纖維;再生混凝土;Weibull分布;疲勞強(qiáng)度

Key words： glass fiber;recycled concrete;Weibull distribution;fatigue strength

中圖分類(lèi)號(hào)：TU377.9+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）10-0216-02

0? 引言

隨城市的發(fā)展，地鐵、拆遷重建正如火如荼的進(jìn)行，城市面貌日新月異。有數(shù)據(jù)表示，全國(guó)城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴(kuò)大了近60%，大量建筑垃圾的處理已經(jīng)成為城市管理的難題 [1]。廢棄混凝土體量在建筑垃圾中占比高達(dá)35%以上。目前我國(guó)對(duì)廢棄混凝土的處理方式，一般是將其破碎，加工成再生混凝土（Recycled concrete，RC）。RC的出現(xiàn)解決了廢棄混凝土的問(wèn)題，是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保型材料，帶動(dòng)了混凝土行業(yè)的綠色發(fā)展[2]。

在一些交通繁重的路面，由于普通水泥混凝土抗折和抗裂性能較差，難以維持長(zhǎng)時(shí)間的正常使用[3]。現(xiàn)在考慮對(duì)再生混凝土加入玻璃纖維，玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)非金屬材料，耐久性好，綠色環(huán)保[4]，質(zhì)量輕且拉伸強(qiáng)度高，玻璃纖維在混凝土中可以起到控制收縮裂縫，增加彎曲和拉伸強(qiáng)度的作用[5]。

1? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用水泥為P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。再生粗骨料粒徑為5～30mm，吸水率為4.07%，表觀密度2260kg/m3，壓碎指標(biāo)15.16%;天然粗骨料粒徑為5～30mm，吸水率2.53%，表觀密度2600kg/m3，壓碎指標(biāo)6.83%。細(xì)骨料分為江砂和機(jī)制砂，江砂細(xì)度模數(shù)2.8，屬I(mǎi)I區(qū)中砂，含泥量為0.7%;機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)為2.1，屬I(mǎi)I區(qū)中砂，含泥量為0.8%。玻璃纖維抗拉強(qiáng)度約為1700MPa，彈性模量約為75GPa，密度為2.54g/cm3。拌合水為飲用自來(lái)水。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)中GFRC配合比以普通C30混凝土為基礎(chǔ)，使用的再生粗骨料替代率為20%，玻璃纖維摻量分別為0.3%、0.5%、0.7%。減水劑用量為膠凝材料用量的2%。素混凝土配合比見(jiàn)表1。試樣尺寸為150mm×150mm×550mm。

1.3 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)采用的儀器是MTS材料動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)，加載模式選用荷載控制，采用四點(diǎn)彎曲壓法，本試驗(yàn)采用的加載頻率均為10Hz，荷載應(yīng)力水平計(jì)算公式為： ，應(yīng)力水平應(yīng)取0.7、0.8、0.9。

2? 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不同應(yīng)力水平對(duì)試件疲勞壽命的影響

從表2可以看出，同一類(lèi)型試件，疲勞壽命隨應(yīng)力水平降低而升高。同一應(yīng)力水平下，疲勞壽命隨纖維摻量增加而升高，且玻璃纖維再生混凝土的疲勞壽命高于素混凝土與再生混凝土。摻入的玻璃纖維均勻分布，增強(qiáng)了混凝土內(nèi)部空間的粘結(jié)性和混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，明顯改善了再生混凝土的力學(xué)性能。

由表可知，相比較普通再生混凝土，摻入0.3%、0.5%、0.7%玻璃纖維的再生混凝土的疲勞極限強(qiáng)度分別提高了27.4%、32.3%、33.4%，隨玻璃纖維摻量增加，疲勞極限強(qiáng)度提升不大。

3? 結(jié)論

混凝土試件的疲勞壽命對(duì)加載應(yīng)力水平很敏感，同類(lèi)型的混凝土試件，其疲勞壽命隨應(yīng)力水平的降低而升高。文中所述各類(lèi)型混凝土梁體試件都較好地服從Weibull兩參數(shù)概率函數(shù)分布，疲勞壽命均能很好的滿足雙對(duì)數(shù)疲勞方程的線性要求。文中所述再生混凝土的疲勞極限強(qiáng)度低于素混凝土的疲勞極限強(qiáng)度，再生混凝土中加入玻璃纖維后，疲勞強(qiáng)度明顯提高，隨玻璃纖維摻量增加，疲勞極限強(qiáng)度提升不大。

參考文獻(xiàn)：

[1]李瑩.建筑垃圾壓得城市喘息[N].中國(guó)環(huán)境報(bào)，2013-02-18（8）.

[2]秦中伏，孫楠楠，溫海珍.再生骨料混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2013（23）：142-146.

[3]王蕊麗.玻璃纖維對(duì)水泥混凝土路用性能的影響[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2018，14（10）：132-134.

[4]王中志，段長(zhǎng)松，賈艷敏.摻玻璃纖維和聚丙烯纖維混凝土力學(xué)性能分析[J].山西建筑，2018，44（20）：103-104.

[5]Yazdanbakhsh A，Bank L C，Chen C，et al.Use of recycled FRP reinforcing bar in concrete as coarse aggregate and its impact on the mechanical properties of concrete[J]. Construction and Building Materials， 2016， 121（15）： 278-284.