玄武岩纤维增强混凝土断裂能研究.pdf
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1、2 0 1 2年第 1期 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 2 No 1 J a n u a r y 玄武岩纤维增强混凝土断裂能研究 孟 雪桦 , 蔡迎 春 , 金祖权 ( 1 青岛理工大学土木工程学院, 2 6 6 0 3 3 ; 2 郑州大学水利与环境学院 , 4 5 0 0 0 2 ) 摘 要 : 通过 带切 口梁的三点弯曲试验 , 对玄武岩 纤维掺量 为 0 、 1 、 3和 6 k g m3 的混凝土试件进行 了荷载一 变形 测试 , 根据荷载一 位移 曲线拟合计算得到 混凝 土的断裂能。研究表明
2、, 随着玄武岩 纤维掺量 的增加 , 玄武岩纤维混凝 土的断裂能及其增益比均呈现增长趋势 , 且增 长速度是 非线性 的。 关键词 : 三点弯 曲; 玄武岩 纤维; 混凝土 ; 断裂 能 A b s t r a c t : T h r o u g h t h e t h r e e p o i n t s b e n d i n g ( T P B ) e x p e ri m e n t w i t h n o t c h b e a m , t h e l o a d i n g d e f o r ma t i o n t e s t o f fi b e r r e i n f o r
3、 c e d c o n c r e t e wi t h t h e d o s a g e o f 0 ,1 ,3 a n d 6 k g , m3 b a s a l t fi b e r a r e c a r ri e d o u t ,a n d t h e f r a c t u r e e n e r g y o f e a c h t y p e o f c o n c r e t e i s c a l c u l a t e d a c c o r d i n g t o t h e l o a d i n g d i s p l a c e me n t c u n r
4、 e E x p e ri me n t a l r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e f r a c t u r e e n e r g y a n d r a t i o o f g a i n s o f b a s a l t f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e r a i s e w i t h t h e i n c r e a s e o f fi b e r d o s a g e ,a n d t h e v e l o c i t y o f i n c r e a s
5、 e i s n o n l i n e a r Ke y wo r d s : T h r e e p o i n t s b e n d i n g ; B a s a l t f i b e r ; C o n c r e t e ; F r a c t u r e e n e r g y 中图分类号 : T U 5 2 8 5 7 2 文献标 识码 : A 文章编 号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 1 - 3 3 - 0 3 0前言 混凝土 由于其 良好 的施 工性 能和优异 的力学 性能等 , 成为当前世界上最大宗的建筑材料。近年 来 , 随着科学技
6、术 的不断发展 , 现代工程界不仅对 普通混凝 土强度 、 耐久性及工作性 能等方面提出了 更高的要求 ,而且对纤维混凝土及其混凝土增强 、 阻裂 、 增韧 的独特优势给予 了高度关注 。玄武岩具 有 突出的力学性能 , 耐高温 、 耐酸碱 、 吸湿性低 , 且 绝缘性好 、 绝热 隔音性能 优异 , 并具有环保性等优 l 。目前 , 广大研究者和工程技术人员对玄武岩纤 维 的力学性能 、 抗裂性能和耐久性 能进行了广泛研 究 2 - 5 1 。 断裂能是基于 Hi l l e r b o r g虚拟裂纹模型并考虑 混凝土软化特性的断裂参数, 是描述混凝土断裂特 征 的重要参数之一, 常用来反
7、映材料的韧性等力学 特性 。为探讨短切玄武岩纤维对混凝 土 的增韧性 能 , 本文试验研究 了玄武岩纤维增强混凝土的断裂 能, 以期为其推广应用提供试验依据 。 1 试验 1 1 原材料及配合比 原材料 : P C 3 2 5级水泥, 其矿物组成及率值见 表 1所示 ; 5 2 5 mm连续 级配 的花 岗岩质 碎石 ; 中 基金项 目: 国家 自然科学基金 ( 5 1 1 7 8 2 3 0 ) 项 目; ( 5 0 7 3 9 0 0 1 ) , 山 东 省 教 育 厅 项 目 ( J 0 8 L A 0 4 ) ; 山 东 省 自然 基 金 项 目 ( Z R 2 O O 9 F Q 0
8、 1 1 和 Z R I O 0 9 F Q 0 1 4 ) 。 砂 , 细度模数为 2 7 ; 萘系减水剂 ; 玄武岩纤维 , 单丝 直径 7 - 1 5 1x m, 长度 2 0 m m左右 , 密度 2 6 5 0 k m , 弹 性 模 量 1 0 0 0 0 1 l O 0 0 k g mm , 拉 伸 强 度 4 1 5 0 48 00 MPa。 表 1 水泥熟料率值与矿物组 成 为了客观反映玄武岩纤维体积率对 混凝 土断 裂性能的影响 ,制定 了 C 、 D、 E、 F四个系列的配比, 每个系列对玄武岩纤维掺量为 0 、 l k g m s , 3 k g m 。 和 6 k g
9、 m 。 的混凝土试件进行了测试 ,并对每一种玄武 岩纤维掺量下的混凝土断裂能进行了对 比, 以消除 基体混凝土变异对试验结果的影 响, 混凝土配合 比 如表 2所示 。 1 2 试 验方法 混凝土搅拌时先加砂 、 石 , 再加入水泥和纤维 , 干搅 3 0 s 后 ,将外加剂混入拌合水中 ,边搅拌边加 入 ,混凝土整个搅 拌时间为 3 ra i n 。成 型 4 0 0 mmx 1 0 0 m mx l 0 0 m m试件 , 2 4 h后拆模 , 放人温度为 2 0 3 ,相对湿度 9 0 的标准养护室养护至 1年龄 期 ,取 出试件按要求进行切口加工。每种情况取 2 个试块按下列三点弯曲
10、试验方法测试断裂能 , 并取 平均值。 一 3 3 2 0 1 2年第 1 期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 9期 表 2 混凝土配合 比 k g m 采用玄武岩纤维混凝土三点弯 曲梁试件测试 混凝土断裂能嘲 , 混凝土试件的具体要求见图 1 。 阿 S 一 L 。 3 4 Z 挺 图 1 三点弯曲梁试件示意 6 图 1中 , 与 h为界 面宽度和截面高度 , a o 为试 件切割缝深度, 缝高比a o h为 0 3 。 S= 3 6 0 m m为支 座间距 , P为跨 中上部承受的外荷载 。 1 3 三点弯曲试验与计算方法 成型 1 0 0 mm l O O mmx 4 O O m m试件
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