高掺量钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土抗弯韧性试验研究.pdf

2 0 1 6年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONC RE I 1 E AND C EME NT P RO DUC T S 2 01 6 No 4 Ap r i l 高掺量钢一 聚丙烯混杂纤维高强混凝土 抗弯韧性试验研究 杨晓东 。 陶俊林 ( 西南科技大学土木工程与建筑学院， 绵阳 6 2 1 0 1 0 ) 摘要 ： 通过 高掺量钢一 聚 丙烯混杂纤维 高强混凝土的抗弯试验得到纤维混凝土的抗 弯荷载一 挠度 曲线 ， 据此 分 别采 用弯曲韧性指数 、 等效抗弯强度 与弯曲韧 性比来研 究分析 不同体积掺 量的钢 纤维、 聚丙烯纤维混杂后 对 c 6 0高 强混凝土抗 弯韧性 的影响规律 。 研 究结果表 明， 钢纤维混凝土的抗 弯强度和韧性 均随着钢 纤维掺量的增加而明显提 高， 对钢 纤维掺 量一定时的钢一 聚 丙烯混杂纤维混凝土而言 ， 存在最优的聚 丙烯纤维掺量使得 抗弯强度和韧性最 大， 即出现较好的正混杂效应 。 关键词 ： 高强混凝 土； 钢纤维 ； 聚丙烯 纤维； 混杂纤维混凝土 ； 抗 弯韧性 Ab s t r a c t ：T h e fl e x u r a l l o a d - d e fl e c t i o n c u r v e s o f fi b e r c o n c r e t e i s o b t a i n e d b y fl e x u r a l b e h a v i o r o f h y b r i d fi b e r r e i n f o r c e d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e w i t h h i g h c n n t e n t s t e e l p o l y p r o p y l e n e fi b e r , t h e i n fl u e n c e r u l e s o f d i f f e r e n t v o l u me f r a c t i o n o f s t e e l f i b e r mi x e d wi t h p o l y p r o p y l e n e fi b e r o n t h e fl e x u r a l t o u g h n e s s o f C 6 0 h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e a r e s t u d i e d b y fl e x u r a l t o u g h n e s s i n d e x ，e q u i v a l e n t b e n d i n g s t r e n g t h a n d b e n d i n g t o u g h n e s s r a t i o T h e r e s e a r c h s h o ws t h a t ，t h e fl e x u r a l s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f s t e e l fi b e r r e i n f o r e e d c o n c r e t e a r e o b v i o u s l y i mp r o v e d w i t h the i n c r e a s e o f s t e e l f i b e r c o n t e n t t h e r e i s a n o p t i ma l a mo u n t o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r ，w h i c h ma k e s t h e b e n d i n g s t r e n g t h a n d t o u g h n e s s o f t h e s t e e l fi b e r mi x e d b e s t ， w h i c h a p p e a r s g o o d h y b r i d e f f e c t s Ke y wo r d s ：Hi g h s t r e n gth c o n c r e t e ； S t e e l fi b e r ； P o l y p r o p y l e n e fi b e r ； Hy b r i d fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ； F l e x u r a l t o u g h n e s s 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 8 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 6) 0 4 5 6 0 4 。 0前言 随着高强混凝土的推广应用 。 其脆性大的问题 逐渐凸显。纤维的掺人能够阻止高强混凝土裂缝的 扩展并耗散断裂能 ， 进而提高高强混凝土的断裂韧 性 ， 被认为是增韧改脆 的有效方法 ， 并得到了广泛 认可和应用1 - 2 。理论上说 ， 由于混凝土材料是一种 多相 、 多结构 、 多层次非均质结构复合材料 ， 如果只 是掺入单一纤维 ， 势必仅能改善某一相 、 某一结构 、 某一层次上 的性能 ， 因此 。 若要 综合提高混凝 土的 整体性能 ， 所掺人纤维也应是多层次混杂的 3 - 6 3 。通 常 ， 高 、 低 弹性模 量钎 维的混杂在混凝 土中可以表 现 出不同纤维的优点 ， 明显提高或改善单一纤维增 强混凝土的性能。 大量研究 表明 ， 随着钢纤 维掺量 的增加 ， 混凝 土的韧性有 明显提高 。但钢纤维的体积掺量通常 低于 2 。目前 关于混杂纤维混凝土的研究和应用 越来越多 。但对于高掺量钢一 聚丙烯混杂纤维对高 强混凝土弯曲韧性的研究还鲜有报道。本文选用研 基金项 目： 国防科工局 国防基金研 究项 目( B 3 1 2 0 1 1 0 0 0 4 ) ； 国 家 自然科 学基金项 目( 1 0 9 7 2 1 8 7 ) ； 西南科技大学研究 生创新 基 金( 1 5 y c x l 1 1 ) 。 一 56一 究相对成熟且增韧效果较好 的剪切端钩型钢纤维 与性能 比较稳定的聚丙烯纤维 。 主要研究体积掺量 分别 为 2 0 、 2 5 、 3 0 的钢纤维与体积掺量分别 为 0 1 1 、 0 1 6 5 、 0 2 2 的聚丙 烯纤 维 相 混 杂对 C 6 0高强混凝土弯曲韧性的影响。 1 试验 1 1 原材料 水泥 ： P O 4 2 5级 普通硅 酸盐水 泥 ，用 量 为 5 46 k g m 。 砂 ： 细度模数 2 8的中砂 ， 砂率 3 5 。 石 ：- 1 6 ram连续级配的普通碎石。 减水剂 ： 聚羧酸高效减水剂 ， 掺量为胶结材料 质量 的 0 3 。 钢纤维 ： 剪切端钩型钢纤维 ， 长 3 5 mm， 长径 比 4 O， 抗拉强度8 0 0 MP a ， 弹性模量 1 9 0 G P a 。 聚丙烯纤维 ： 上海产 聚丙烯短纤维 ， 长 1 9 mm， 抗拉 强度 I4 0 0 MP a ， 弹性模 量 3 7 9 G P a 。 1 2 试 验 方法 C 6 0基准混凝土配合比见表 1 。1 6组试件分别 按照钢纤维体积掺量 O 、 2 0 、 2 5 、 3 0 与聚丙烯 纤 维体积 掺量 0 、 0 1 1 、 O 1 6 5 、 0 2 2 进行 混杂 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨晓东 ， 陶俊林 高掺量钢一 聚丙烯混杂纤维高强混凝土抗弯韧性试验研究 中挠度为 L 1 5 0时的挠度值 。 m mo 由等效弯曲强度对 比柱状图( 图 8 ) 可知 ： 随着 钢纤维掺量的增加 ， 纤维混凝土的等效抗 弯强度逐 渐提高 ； 钢纤维掺量相同时 ， 聚丙烯纤维 的掺量对 混凝 土的等效 抗弯强度 有不 同的影 响 ：掺 2 与 2 5 钢纤维时 ， 等效抗弯强度都 随着聚丙烯纤维的 掺量增加而先提高后降低 ， 掺 3 钢纤维时 ， 等效抗 弯强度 随着聚丙烯纤维掺量的增加而逐渐降低 。 钢 纤维掺量不变时 ， 等效抗弯强度的最大值分别 出现 在 S 2 P O 1 6 5 、 S 2 5 P 0 1 l 、 S 3组 中。说 明单 掺钢纤维 时 ， 钢纤维 昆凝土的弯曲韧性随着钢纤维掺量 的增 加而逐渐提高；钢纤维对钢一 聚丙烯混杂纤维混凝 土的抗弯韧性起主导作用 ， 且其最优 的混杂比例随 着钢纤维掺量的增加 ， 聚丙烯纤维掺量越来越少 。 趟 委 O 主 蓦 謇 主 番 曩 主 蓦 罱 ( ， ) 图 8 纤维混凝土的等效弯曲强度对 比柱状图 2 - 3 混杂纤维混凝土的弯曲韧性 比 试件的弯曲韧性 比见 可按下式计算 ： ( 3 ) 式 中： ， 为 由初裂荷载计算 的抗折初裂强度 ， 其 计算公式为 f , r - - F c $ b h 该公式 由纤维混凝土的初 裂荷载 代替公式 ( 1 ) 中的 而得到。 由弯 曲韧性 比对 比柱状 图( 图 9 ) 可知 ： 单掺钢 纤维时 弯曲韧性 比随钢纤维掺量的增加而增大 ； 掺 2 与 2 5 钢纤维时弯曲韧性 比随聚丙烯纤维 掺量的增加先增大后减小 ； 掺 3 钢纤维时 ， 弯曲韧 性 比随聚丙烯纤维掺量 的增加而逐渐减小 ； 不同钢 纤维掺量时 ， 最大弯 曲韧性 比均出现在该组中聚丙 烯纤维掺量为 0 1 1 处 ， 且钢纤维为 2 5 聚丙烯纤 维为 0 1 1 时的弯曲韧性 比最大 。弯曲韧性 比与弯 O 7 o 6 蓁 馨 00 - _ _ lI l l| l I 曲韧性指数 的变化规律基本相同 ， 但弯曲韧性 比最 大值 ( S 2 P O 1 1 ) 与抗弯韧性指数 的最大值 ( S 3 P 0 1 1 ) 略有差异 ， 建议使用无 量纲化的弯 曲韧性指数或者 弯曲韧性 比来评判纤维混凝土的抗弯韧性。 3结论 ( 1 ) 钢纤维混凝土 的抗弯强度和韧性均随着钢 纤维掺量 的增加而 明显提高 ； 对钢纤维掺量一定时 的钢一 聚丙烯混杂纤维混凝土而言 ，存在最优的聚 丙烯纤维掺量使得抗 弯强度和韧性最大 即出现较 好的正混杂效应 ； 应用弯曲韧性指数与弯曲韧性 比 两种韧性评 价标准得到混杂纤维混凝 土抗 弯韧性 最优 的两组试件均为 S 3 P 0 1 1 与 S 2 5 P 0 1 l 。 ( 2 ) 弯曲韧性指数与弯曲韧性 比在 反映钢一 聚 丙烯混杂纤维高强混凝土韧性时得到基 本相 同的 规律 与等效抗 弯强度得到 的规律略有差异 ， 建议 使用无量纲化的弯曲韧性 指数或者 弯曲韧性 比来 评判纤维混凝土的抗弯韧性 。 参考文献 ： 1 1 缪 昌文， 刘建 忠 应用 高强 混凝 土应 注意的几个 问题 【 J 】 旎 工技术， 2 0 1 3 ， 4 2 ( 1 0 ) ： 1 5 2 L u o X ， S u n W， C h e n Y N S t e e l f i b e r r e i n f o r c e d h i【g h p e r - f o r ma n c e c o n c r e t e ： A s t u d y o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d r e s i s t a n c e a g a i n s t i m p a c t J 1 Ma t e ri als a n d S t r u c t u r e s ，2 0 0 1 ， 3 4 ( 2 3 7 ) ： 1 4 4 1 4 9 3 许碧莞， 施惠生 混杂纤维 在混凝土 中的应 用 J 房材与 应 用。 2 0 0 5 ( 6 ) ： 5 0 - 5 4 4 14 华渊， 曾艺 纤 维混杂效应 的试验研究 J 】 混凝 土与水泥 制 品 1 9 9 8 ( 4 ) ： 4 5 4 9 5 1 黄 国栋， 马芹 永 混杂纤维混 凝土力 学性能试 验研究 与分 析【 J 】 地下空间与工程学报， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 3 2 9 3 3 3 【 6 】C X Q i a n ， P S o e v e n D e v e l o p me n t o f h y b ri d p o l y p r o p y l e n e s t e e l fi b r e - ： r e i n f o r c e d e o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h 2 0 0 0 ( 3 0 1 ： 6 3 - 6 9 7 1 丁一宁， 董香 军， 王 岳华 钢纤 维混凝土 弯曲韧性测试方 法 与评价标准 J 建筑材料学报， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 6 6 0 6 6 4 8 1 秦鸿根， 刘斯凤， 孙伟， 等。 钢纤 维掺量和类型对混凝土性 能 的影 响f J 】 建筑材料学报，2 0 0 3 ( 4 ) ： 3 6 4 3 6 8 9 1 o 0 国工程建设标 准化 协会 C E C S 1 3 -2 0 0 9纤维混凝 土试 验方法标准【 S 】 北京： 中国计划 出版社， 2 0 1 0 1 O 】 朱海 堂， 高丹盈 ， 谢 丽， 等 钢 纤维高强 混凝土 弯曲韧性 的 研究【 J 硅酸盐学报， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 5 ) ： 6 5 6 6 6 0 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 2 2 3 作者简 介 ： 杨晓东 ( 1 9 8 9 一 ) ， 男 ， 硕士研究生 。 通讯作者 ： 陶俊林 ( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 博士 、 教授 。 E - ma i l ： j u n li n t a o 1 2 6 c o m 联系 电话 ： 1 5 2 2 8 3 5 8 8 3 1 5 9一 婆 o d 图 善 掀 s 比 对 N o 【 性 _I 0 d n 韧 曲 _【 一 0 d 乙 s 弯 基 馘 _【 o d 乙 s 雠 纲 _【 1 o d 9 N 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m