超高性能混杂钢纤维混凝土力学性能试验.pdf

第 2 9卷 第 2期 2 O 1 2年 6月 建筑科 学与工程 学报 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo1 2 9 NO 2 J u n e 2 0 l 2 文童编号 ： l 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 5 5 0 6 超高性能混杂钢纤维混凝土力学性能试验 孙 小 凯 ， 刁 波 ， 叶 英 华 ， 耿 娇 ， 玛 丽娅 ( 1 北京航 空航天大学 土木工 程系， 北京 1 0 0 1 9 1 ； 2 华南理工大学 亚热带建筑科学 国家重 点实验 室， 广东 广州 5 1 0 6 4 0 ) 摘 要 ： 采 用 工程上 常 用 的 2种 不 同长径 比 、 不 同强度 的端 弯型钢 纤维 和超 细型 钢 纤 维 ， 通 过 立 方体 抗 压试验 和 小 梁抗 弯试验 ， 研 究纤 维体 积率 ( 体积 分数 ) 为 2 0 时 ， 端 弯纤 维和 超 细 纤维 混合 比例 对超高性 能混凝土抗压强度、 抗 弯强度、 延性的影响。结果表 明： 端 弯纤维和超细纤维分别主导了 超 高性 能 混凝土 强度 和延 性性 能 ； 随着超 细 纤维 体积 率增 加 ， 超 高性 能 混凝 土抗 压 强度 、 抗 弯 强度 和 弯 曲韧 性提 高 ； 随 着端 弯纤 维体积 率提 高， 小 梁的延性 增 强 ； 2种 纤 维 混合 ， 可 以 均衡地 改 善基 体 混凝土的相应性能； 综合考虑各力学性能指标和经济性 ， 端弯纤维与超细纤维体积率分别为 0 5 和 1 5 时为 最佳 配 比。 关键词： 超高性能纤维混凝土； 力学性能 ； 纤维混杂； 弯曲韧性 ； 延性； 抗弯强度 中图分类 号 ： TU5 2 8 5 7 2 文献 标 志码 ： A Ex p e r i m e n t o n M e c ha ni c a l Pr o p e r t i e s o f Ul t r a hi g h Pe r f o r m a n c e Re i n f o r c e d Co n c r e t e wi t h Hy b r i d f i b e r S UN Xi a o k a i ，DI AO B o ，YE Yi n g h u a ，GENG J i a o ，M A Li y a ( 1 De p a r t me n t o f C i v i l En g i n e e r i n g，Be i h a n g Un i v e r s i t y，Be i j i n g 1 0 01 9 1 ，Ch i n a ； 2 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S u b t r o p i c a l Bu i l d i n g S c i e n c e ，S o u t h C h i n a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，Gu a n g z h o u 5 1 0 6 4 0，Gu a n g d o n g ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Wh e n d o p e d v o l u me r a t i o o f f i b e r ( v o l u me f r a c t i o n) wa s 2 0 ，t h r o u g h c u b i c c o m pr e s s i ve t e s t s a nd be a m f l e xu r a l t e s t s，h yb r i d f i b e r s b e t we e n e nd h oo ke d an d s u pe r f i ne t a pe s t e e l f i be r s wi t h d i f f e r e n t r a t i o s o f l e ng t h t o di a m e t e r a nd d i f f e r e n t pa r a me t e r s we r e us e d t o s t u dy t he i r e f f e c t s o n c o mpr e s s i ve s t r e n gt h，f l e xu r a l s t r e n gt h， d uc t i l i t y o f t h e u l t r a hi g h pe r f o r m a nc e c o nc r e t e ( U H PC) The r e s u l t s s h o w t ha t t he e nd h oo ke d a nd s upe r f i ne f i be r s h a v e t he i r o wn d o m i na t i ve e f f e c t s o n m e c h an i c a l pr o pe r t i e s o f t he be a r i ng c a pa c i t y a nd du c t i l i t y be ha v i o r W i t h t he i nc r e a s e d o pe d v o l u me r a t i o s o f s u pe r f i ne f i b e r s，t he m e c h a ni c a l p r op e r t i e s o f c o mpr e s s i v e s t r e n g t h，f l e x u r a l s t r e n g t h a n d b e n d d u c t i l i t y o f t h e UHPC i n c r e a s e W i t h t h e i n c r e a s e d o p e d v o l u me r a t i o s o f e n d h o o k e d f i b e r s ，t h e b e a m h a s a b e t t e r p e r f o r ma n c e o n d u c t i l i t y Hy b r i d f i b e r s b e t we e n e n d h o o k e d a n d s u p e r f i n e f i b e r s c a n e n h a n c e p e r f o r ma n c e i n a l l a s p e c t s o f me c h a n i c a l p r o pe r t i e s o f c on c r e t e Ta ki n g a l l f a c t or s o f me c ha n i c a l pr o pe r t y i n de x a nd e c on o m i c a l e f f i c i e nc y i nt o c o ns i d e r a t i on，i t i s t he be s t mi xt u r e pr o po r t i o n whe n d op e d v o l ume r a t i os of e nd - ho o ke d a nd s u p e r f i n e f i b e r s a r e 0 5 ，1 5 Ke y wo r d s ：u l t r a h i g h p e r f o r ma n c e f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ；me c h a n i c a l p r o p e r t y；h y b r i d f i b e r ； 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 1 - 2 6 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 0 9 7 8 0 1 0 ) ； 亚热带建筑科学国家重 点实验 室开放基金项 目( 2 0 1 0 KB 0 4 ) 作者简介 ： 孙小凯( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 苗族， 湖南 湘西人 ， 北京航空航天大学工学硕士研究生 ， E ma i l ： s u n x i a o k a i 3 7 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 建 筑科 学与工程 学报 2 0 1 2生 0 引 言 国际上通常定义坍落 度大于 2 4 0 mm、 抗压强 度高于 1 0 0 MP a 、 抗弯强度高于 1 0 MP a 、 断裂能高 于 1 5 k J m 的 纤 维混 凝 土为 超 高 性 能 纤 维混 凝 土 ( Ul t r a h i g h Pe r f o r ma n c e Fi b e r Re i n f o r c e d Co n c r e t e ，UHP F R c ) 1 。相对于传统混凝土， 超高性 能纤维 混凝 土具 有高 ( 抗压 、 抗拉 ) 强度 、 高延 性 和高 耐久性等优点。 各国对超 高性 能纤维 混凝 土 的研究 主要 有： Ya n g等E 试验研究 了用普通河砂替代石英砂 以及 不 同养 护温度 对超 高性能 纤维混 凝 土力学 性能 的影 响 ； Ma r k o v i c l 4 研究了浇筑方法对超高性能纤维混 凝 土力 学性能 的影 响 ， 发 现 纤 维 易 于沿 着 浇 筑 的方 向分 布 ， 使得超 高性 能纤 维 混 凝 土梁 在 垂 直 于混 凝 土流动 方 向上的抗 弯 性 能 较 强 ， 因此 可 以控 制某 一 方 向的纤 维 增强 效 果 ； 胡 晓波 试 验研 究 了掺 入不 同钢纤维体积率时活性粉末混凝土( R e a c t i v e P o w e r C o n c r e t e ， RP C ) 的 力 学 性 能 ， 指 出 劈 拉 强 度 、 抗 折强度及轴心抗压强度随着钢纤维体积率的增加而 增大 ； 高丹盈等 研究 了钢纤维体积率对混凝土断 裂韧度和断裂能的影响； B a n t h i a等l 7 试验研究 了大 直径波浪纤维 和小直径波浪纤维混杂 的纤 维混凝 土 ， 结果 表 明 ， 纤 维 混 杂 可 以显 著 增 强 混 凝 土 的 韧 性 。综上 所述 ， 对 超高性 能混凝 土材 料配 比、 纤 维体 积率影响的研究成果较多， 但对超高性能纤维混凝 土 中掺 入混 杂纤维 的力 学性 能研究 较少 。 本 文 中笔者在 研究 自密 实成型 和常 温养 护的强 度等级为 C F 1 0 0以上超高性能纤维混凝土 ， 以及试 验研究 各种类 型长 纤维 ( 波 浪型 、 端 钩 型 、 哑铃 型 ) 增 强混凝 土 力学性 能 的基础上 8 。 ， 基 于 2 0 的最佳 纤维体积率( 体积分数 ， 下文同) ， 试验研究了端弯钢 纤维和超细钢纤维混杂时超高性能混杂钢纤维混凝 土 的力学性 能 ， 并 提 出 了承 载力计 算 方法 。 1 试验概况 1 1 材料 配 比及 成型 工艺 采用 中国建筑材料科学研究总院的混凝土外加 剂检测专用基准水泥 ， 标号为 P I 4 2 5 ， 中国建筑材 料科学研究总院的混凝土外加剂检测专用砂 ， 细度 模数为 2 6 2 9的中粗河砂 ， 北京邦德印合成材料 研究所生产 的硅灰 ， 平均直径 0 1 0 3 m， 比表面 积为 2 O 2 8 m。 g ， 菏泽联强建筑材料有 限公司 生产的 I Q I I A型液态聚羧酸高效减水剂。超高性 能基体 混凝 土用料 及 配合 比见表 1 。 表 1 混 凝 土 配 合 比 Ta b 1 M i x t ur e Pr o p o r t i o ns o f Co nc r e t e 各材料用 量 ( k g11 1 ) 高效减水剂质量 水 胶 比 水泥 粉煤灰 硅灰 砂 分数 7 l 8 4 3 6 8 4 1l 9 4 1 0 5 0 0 O 1 5 1 O 5 在混凝 土 配合 比中 ， 粉 煤灰 和 硅 灰 的水 泥 替 代 率分 别 为 3 0 和 1 O ， 液 态 聚羧酸 高效 减水剂 将水 胶比降至 0 1 5 ， 从而达到超高性能纤维混凝土的低 需水 量 ， 减水 剂液 体含 量 包 含 在混 凝 土配 合 比总用 水量 中 。 成型工艺 ： 试件采用 自密实成型， 搅拌时按照水 泥 、 硅灰 、 粉煤 灰 的顺 序放 入 搅 拌 机 干 拌 1 mi n ， 随 后 加 入水 和减 水 剂 的混 合 液 继续 搅 拌 i 0 mi n ， 然 后 加入纤 维 ， 继 续 搅 拌 5 mi n后 浇 模 ， 保 湿 养 护 2 4 h 后拆模 ， 2 O保 湿养 护 2 8 d 。 1 2试 件设计 基于文献E 8 1 0 中的研究结果 ， 试件纤维体 积率取 2 0 。采用 拉拔钢 丝切断端 弯型钢纤 维 ( 简称 端 弯纤维 ， 记 为 W ) 和 拉拔 钢 丝切 断 镀铜 型超 细 钢纤 维 ( 简称 超 细纤维 ， 记 为 X) ， 2 种 钢 纤 维 的几 何 尺寸 和力学 性能 如表 2所示 。按 2种纤 维混 杂 比 例 变化 分 为 6组 试 件 ， 每 组 包 含 3个 1 0 0 mm 1 O 0 mmI O 0 mm的立方体试块和 2个 1 O 0 mm 1 0 0 mm4 0 0 mm 的小 梁试 件 ， 试 件编 号见 表 3 。 表 2 端弯 、 超细钢纤维的几何尺寸和力学性能 Tab 2 Ge o me t r i c Di me ns i on s a n d Me c ha n i c al Pr o pe r t i e s o f En d ho o k e d a nd Su pe r f i n e S t e e l Fi be r s 钢纤维 拉直长度 抗拉强度 市场价格 直径 mm 长度 mm 类 型 MP a ( 元 k g ) 端 弯型 0 7 3 5 3 8 l 8 O O 9 超 细 型 0 2 1 9 1 9 2 8 O 0 1 3 表 3小 梁试件编 号 Tab 3 Nu mb e r s o f S pe c i me n s o f Be a ms 端弯纤维 超细纤维 纤维总体积率 试件编号 体积率 体积率 W 0X0 a ， b 0 0 0 0 0 0 W 2 X0 一 a ， b 2 0 0 0 2 0 W 1 5 X0 5 - a ， b 1 5 0 5 2 0 W 1 X卜a b 1 0 1 0 2 0 W 0 5 X1 5 a ， b 0 5 1 5 2 0 W 0 X2 a b 0 0 2 0 2 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 孙小凯， 等 ： 超高性能混杂钢纤维混凝土力学性能试验 5 7 1 3试验 方 案 图 1为小梁抗弯试验加载装置 ， 采用 三分点加 载 ， 纯弯段长度为 i 0 0 i i l_ r n 。加载速度通过 固定于 梁跨中的位 移 传感 器控 制 ， 跨 中加 载速 率 为 0 3 mm rai n_。 。 加载 端 试 件 位 移传 感 器 支 架 监 测挠 度 位 移传 感 器 支 座 图 1试 验 加 载 装 置 Fi g 1 Te s t Lo a di ng Eq ui pme nt 2试验 结果分析 2 1 立方体 抗压 强 度 不 同纤 维 配 比下 的 立 方 体 抗 压 强 度 _ 厂 c 如 表 4 所 示 ， 图 2中给 出了 2 纤 维 体 积率 下 ， 随超 细纤 维 体 积 率 的增 加 ， 立 方 体 抗 压 强 度 的变 化 趋 势 。相 对 于 素混 凝 土 ， 纤 维 的掺 人 ， 延缓 了混凝 土 内部微 裂缝 的发展 ， 对混凝土受压产生 的横 向应变起到限制作 用 ， 从而提高了立方体试 块抗压强度 。相对 于不 同 配 比的纤维混凝土 ， 纤维体积率都为 2 ， 但随着超 细纤维体积率增加 ， 单位体积混凝土纤维数量增加， 纤 维 由于混 凝 土粘 结 面 积 增加 ， 因 此 出 现相 同纤 维 体积率下， 随着超细纤维体积率的增加 ， 立方体抗压 强度 基本 满 足相应 增 加 的要求 。相 对 于素混 凝土 而 言 ， 立方体抗压 强度提高幅度为 1 1 7 3 2 0 。 从 立 方体 破 坏形 态及 表 面裂 缝 分 布 来 看 ， 素 混 凝 土 压碎 脱落 ， 呈 现与 普 通 混 凝 土类 似 的对 顶 角 锥 形 破 坏面； 端弯纤维体积率为 2 时 ， 立方体试块侧面有 贯通裂缝 ， 表面混凝土有崩落现象 ； 超细纤维体积率 为 2 时 ， 立方体试块侧面几乎没有贯通裂缝 ， 表面 混凝土仅有小面积的崩落现象。 表 4立方体 抗压强度 Ta b 4 Cu bi c Co m p r e s s i v e S t r e ng t h 端弯纤维体积率 0 0 2 0 l _ 5 1 0 0 5 0 0 超细纤维体积率 0 0 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 立方体抗压强度 MP a 1 0 3 1 1 5 1 2 1 1 2 l 1 2 2 1 3 6 2 2 小梁 试 验 2 2 1 荷 载一 挠度 曲线 表 5中给出了超高性能混合纤维混凝土当混合 图 2 不同超 细纤维体积率下的立方体抗压强度 Fi g 2 Cu bi c Co mpr e s s i v e St r e n g t h Und e r Di f f e r e nt Do p e d Vol u me Ra t i o s o f S up e r f i ne Fi b e r s 表 5 各试件主要试验结果 Ta b 5 M a i n Ex pe r i me n t Re s ul t s o f Sp e c mi e n s 初裂荷载 极限荷载 抗弯强度 试件编号 P。 k N P k N f u MP a W 0 X0 41 1 1 2 3 W 2 X0 3 8 7 4 4 9 1 3 5 W 0 5X1 5 4 0 1 4 5 1 1 3 6 W 1 X1 4 1 0 5 8 6 1 7 6 W 1 5 X0 5 4 5 7 6 4 4 1 9 3 W 0 X2 5 0 7 6 7 7 2 0 2 配 比不 同时小 梁 的主 要 试 验结 果 ， 图 3 ， 4中分 别 给 出了小梁的荷 载一 挠度 曲线和不 同超细纤维体积率 下的小梁抗弯强度 Mr 的变化趋势。 从 表 5可 以看 出 ， 相 对于 素混凝 土小 梁 ， 超 细纤 21 日 l 9 山 l5 图 3 小梁荷载一 挠度 曲线 Fi g 3 Lo a d de f l e c t i o n Cur v e s o f Be a ms Z 褥 档 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 8 建筑科 学与 工程 学报 2 0 1 2 4 = - 维体 积率分 别 为 1 ， 2 时 ， 混 凝 土 小 梁 抗 弯 强 度 提高幅度分别 为 4 3 1 ， 6 4 7 ， 提高幅度随超细 纤维体积率的增大而增大 。这归功于掺入纤维后 ， 材 料抗拉 强度 、 抗 压 强 度 的增 强 。 素混 凝 土小 梁 开 裂 后立 即断 成两截 ， 而纤 维混 凝土 小梁 ， 因为纤 维 的 桥联作用， 使得梁的受弯承载力得到维持 。 2 2 2 延 性 表 6中给 出了不 同纤维 配 比下 的小 梁延 性 系数 ，其中， 极限挠度 厂 采用下降段 0 8 5倍极 限荷载 P 对 应挠 度 。相 对 于 素 混 凝 土 而 言 ， 纤 维 混 凝 土 除 了增加 承载力 外 ， 最 主 要是 改善 了混 凝 土梁 的 延 性 和弯 韧性 能 1 引。从 图 3和表 6可 以看 出 ， 相 对 于超 细纤 维混凝 土 ， 端 弯纤 维混 凝土延 性 表现更 好 ， 随着端弯纤维 掺入 比例 的提 高， 相 对于 Wo x 2配 比， 延性系数提高幅度为 1 5 7 6 7 8 。在达到 极限承载力后 ， 端弯纤维两端的弯起部分使其具有 更好 的抗 拔 出能力 并 承 担 了较 大 的拉 力 ， 而超 细 纤 维 比较 易于拔 出 ， 拔 出后 相 应 截 面 区域 的混 凝 土退 出工作 ， 使得 构件 在荷 载峰值 后难 以维持 承 载能力 ， 出现 荷载一 挠度 曲线 较为 明显 的下降段 。 表 6 不 同纤 维 配 比下 的 小 粱 延 性 系 数 Ta b 6 Duc t i l i t y Co e f f i c i e nt s o f Be a ms wi t h Di f f e r e nt M i x t u r e Pr o po r t i o ns o f Fi b e r s 试件编号 初 裂挠度 ram 极 限挠度 ira 延性系数 W 2 X0 0 0 4 1 6 9 4 2 2 5 W 1 5 X0 5 0 04 1 61 4 0 2 5 W 1 X1 0 06 2 O6 3 4 3 3 w 0 5 X1 5 0 07 2 0 4 2 9 1 4 w 0 X2 0 06 1 5 2 2 5 1 7 2 2 3 弯 曲 韧 性 以往对于弯 曲韧性主要运用定性 的方式表示 ， 本 文 中将通过 弯 曲韧性 指数 和断 裂能指标 给 出定性 分析 ， 其中弯曲韧性指数取值参照中国工程建设标 准化协 会 颁 布 的 钢 纤 维 混凝 土 试 验 方 法 ( C E C S 1 3 ： 8 9 ) ， 断裂 能计 算方 法是 根据 目前最通 用 ， 也是第 1 个发表高性能纤维混凝土论文的 R i c h a r d等口 所 使用的计算方法 ， 即抗弯应力 挠度 曲线积分至受弯 试件跨 中挠度为 1 5 mm， 结果如表 7所示。 由表 7可以看出， 随着超细纤维体积率增加 ， 断 裂能呈现上升趋势。极限承载力的提高 ， 使得超细 纤 维混凝 土小 梁在前 期加 载过 程 中能吸 收更多 的能 量 ； 弯曲韧性指数在纤维配 比为 w1 5 X 0 5时到达 最大 。 钢纤维混凝土试验方法 中弯 曲韧性指数为 初 裂挠度的3 ， 5 5 ， 1 5 5 倍挠度值对的应荷载一 挠度 表 7小 梁 断 裂能 及 弯 曲韧 性 指 数 Ta b 7 Fr a c t ur e Ene r g i e s a nd Be nd Du c t i l i t y I nd e x e s o f Be a m s 端弯纤维体积率 2 0 1 5 1 o 0 5 0 0 超细纤维体积率 0 0 0 5 1 0 1 5 2 0 断裂能 ( k J m_ ” ) l 7 1 l 7 1 2 4 0 2 6 8 2 7 9 弯曲韧性 指数一 3 0 4 2 3 7 4 0 4 1 3 9 弯 曲韧性指数一 5 5 7 8 6 8 8 1 8 6 7 9 弯 曲韧性指数一 1 5 5 2 2 9 l 9 3 2 6 5 2 9 6 2 6 5 曲线 面积 值与初 裂对 应 面积值 之 比， 由荷 载一 挠度 曲 线 可 以看 出 ， 加 载后 期 ， 超 细纤 维 的增 多使 得小 梁延 性 降低 ， 越 到后 期 ， 曲线包 络 面积增 幅越小 。 2 2 4 最优 配 比 综合 考虑 超高 性能纤 维混 凝土各 力学 性能 指标 和经济性 ， 纤维体积率为 2 0 时： 配 比 W0 5 X1 5 时弯 韧性 能 最 佳 ， 相 对 于 WO X 2配 比 ， 抗 弯 强 度 及 断 裂 能仅下 降 4 9 ， 3 9 ， 且 具 有更 好 的经 济性 ， 为试验 最优 配 比。 3 抗弯强度计算 纤维 混凝 土结 构 技 术 规 程 ( C E C S 3 8 ： 2 0 0 4 ， 以下 简称规 程 ) 口 中给 出 的纤维 混凝 土 强 度计 算 和 构件 抗 弯 强 度 计 算 公 式 的 适 用 范 围 为 C F 2 0 C F 8 0 ， 而 C F 1 0 0 -C F 1 2 0纤维 混凝 土抗 弯 强 度计 算 方法未见相关研究文献， 笔者将根据试验数据对超 高 性能纤 维混 凝土小 梁抗 弯强 度进行 计算 并与 实测 数 据进行 比较 。 规程 中指 出纤 维 混凝 土 强 度 换算 可采 用 混凝 土 结构设 计 规范 ( GB 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 ) E 1 8 3 。本 文 中试 验 基体 混凝 土立方 体 抗 压 强 度平 均 值 为 1 0 3 MP a 。 混凝 土结构 设计 规范 中建议 的混凝土 棱柱 体抗 压 强度 厂 c 与立方体抗压强度 。 的换算关系为 ： f 一 0 8 8 a ； 轴心抗拉强度 厂 与立方体抗压强度 的换 算关 系 为 f 一0 8 8 a 0 3 9 5 ， 其 中 ， 为 强度换 算 系数 ， 为 脆 性 折 减 系数 ， 0 8 8为 混 凝土 试件 与 构 件 的差 异 系 数 ， 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 中混凝 土强 度等级 最 高为 C 8 0 ， 尚无 C 8 o以上系 数规定。依照 混凝土结构设计规范 中系数随混凝 土强 度 的线性 变 化规 律 对 C F 9 0 C F 1 4 0进 行 线 性 外延 ， 具体取值见表 8 ， 其中， 岛为系数。 按上述系数计算 的超高性能纤维混凝土棱柱体 抗弯强度平均值见表 9 。参照规程 中给定 的钢纤维 含量特征值计算公式 |：L 一 z d 和纤维抗拉强度计 算公 式厂 一-厂 1 ( 其 中， 为受弯构件纤维混凝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 孙小凯， 等： 超 高性能混杂钢纤维混凝土力学性能试验 5 9 表 8参数取值 Ta b 8 Va l u e s o f Pa r a me t e r s 混凝 土强度 等级 口 c 2 C8 0 0 8 2 0 8 7 0 7 4 C9 O 0 8 4 0 8 4 0 7 2 C1 O O 0 8 6 0 8 1 0 7 0 C1 1 0 0 8 8 0 7 8 0 6 8 C1 2 0 0 9 0 0 7 5 0 6 6 C1 3 O 0 9 2 0 7 2 0 6 4 C1 4 0 0 9 4 0 6 9 0 6 2 土抗 拉 作 用 影 响 系 数 ， ： 1 3 ， P f 为 体 积 率， 维含量特征值 按计算公式 f 10 f z f f +ID f z f 2 f 2 得到， 其中， lD ID z z d d 分别为端弯纤维和 超细纤维体积率 、 纤维长度和纤维直径 。纤维混凝 土棱柱体抗压强度 、 纤维含量特征值及抗拉强度计 算 结果 见 表 9 。本 文 中 ， 纤 维 混 凝 土梁 极 限弯 矩 计 算公式为规程计算公式去除钢筋影响项所得 ， 即 Mf 一fo b x( 一z 2 一z 2 ) ( 1 ) f c b x一 f I b x ( 2 ) z ： 一lz ( 3 ) 式中 ： b为梁截面宽度 ； h为截面高度 ； z为规范中等 f f 为纤维长度 ， d 为纤维直 径) ， 2 种纤维混杂 时纤 效应力图的高度 ； z 为纤维混凝土受拉区等效矩形 表 9 超高性能 纤维 混凝 土梁抗弯强度 Ta b 9 Fl e x u r a l S t r e ng t h o f UHPFRC Be a ms 试件 编号 f MP a f MPa f f f MP a p l t mm R MP a R MP a Rt R7 W O XO 1 0 3 6 3 1 4 0 0 0 0 3 6 0 0 7 0 5 2 7 9 2 4 7 1 0 2 l 2 3 1 2 1 W 2 X0 1 1 5 6 9 4 6 1 0 0 0 4 6 8 0 6 8 6 1 3 9 0 9 9 1 3 1 1 3 5 1 0 3 W 1 5 XO 5 1 21 71 8 7 1 2 2 5 5 7 3 0 6 6 7 1 2 8 9 22 1 5 9 l 3 6 0 8 6 W 1 X1 1 2 1 7 1 8 7 1 4 5 0 6 7 9 0 6 6 8 2 6 87 4 8 1 8 5 1 7 6 0 9 5 W O 5 X1 5 1 2 2 7 2 4 7 1 6 7 5 7 8 4 0 6 6 9 2 9 8 5 9 2 21 1 1 9 3 0 9 1 W O X2 1 3 6 7 7 6 2 1 9 0 0 8 8 9 0 6 2 9 6 7 84 41 2 3 8 2 0 2 0 8 5 注 ： R ， R 分 别 为纤 维 混 凝 土 梁 根 据 极 限弯 矩 得 到 的抗 弯 强 度 计 算 结 果 和 试 验 结 果 。 应力图高度 。 混杂能均衡地提高基体混凝土各个方面的表现 ， 体 根据 混凝土结构设计规范 中等效应力 图的高 现出混杂优势。综合承载力 、 韧性 和经济性各项指 度 随混 凝 土 强 度 的 变 化 规 律 以及 纤 维 混 凝 土 极 标 ， 配 比 WO 5 X 1 5 为 最佳 配 比 。 限压 应变 增 大 的特 点 ， 对 C F 9 0 C F 1 4 0的等 效矩 形 ( 3 ) 按 照现行 混凝 土 结 构 设计 规 范 中 的 系数 应力 图高度计 算系数 进行线性外延 ， 取值 见 变化规律， 线性外延得到混凝土强度折算系数、 脆性 表 8 。 表 9中给出了根据纤维混凝土梁极限弯矩得到 的抗弯强度的计算结果 ， 试验 结果 R 与计算结果 R 的 比值见 表 9 。可 见 ， 采 用 本 文 中建 议 的 超 高性 能纤维混凝土折算 强度 系数 、 脆性折减系数和受压 区高度换算系数 ， 按照式( 1 ) ( 3 ) 计算超高性能纤 维混凝土梁受弯承载力 ， 计算结果与试验结果 吻合 较好 。 4 结语 ( 1 ) 1 0 3 MP a基体 超高性能混凝 土， 钢纤维体 积率 为 2 0 时 ， 超 细 纤 维 和端 弯纤 维 分 别 主 导 混 凝土在承载力和延性上的表现。相对于基体超高性 能混凝土， 随着超细纤维体积率 的增加 ， 承载力提高 幅度 为 9 6 6 7 4 ； 相 对 于超 细 纤维 W0 X2 ， 随 着端弯 纤维体 积率 的增加 ， 延 性 系数 提高 幅度 为 1 5 7 6 7 8 。 ( 2 ) 2种纤维在混凝土中发挥作用不同， 纤维的 折减系数和受压区高度换算系数 ， 采用现行 纤维混 凝土结构技术规程 中的公式计算超高性 能纤维混 凝土梁抗弯强度 ， 计算结果与试验结果吻合 良好 。 参 考文献 ： Re f e r e n c e s： 1 蒲心诚 ， 严吴南 ， 王 冲， 等 1 5 0 MP a 超 高强 高性能 混凝土研究与应用前景 J 1 9 9 3 ( 3 ) ： 1 3 1 9 PU Xi n c h e ng， YAN W u n a n， W ANG Ch ong，e t a 1 Cu r r e nt St a t us a nd Fut u r e Pr o s p e c t s o f 1 5 0 M Pa Su p e r Hi g h S t r e n g t h Hi g h P e r f o r ma n c e C o n c r e t e J Co n c r e t e， 1 9 9 3 ( 3 ) ： 1 3 - 1 9 2 RI C HAR D P， C HE YR E Z Y M C o mp o s i t i o n o f Re a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e s J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 5 O 1 1 5 1 1 f 3 l YANG S L， MI I LARD S G， S OUTS OS M N， e t a 1 I n f l u e n c e o f Ag g r e g a t e a n d Cu r i n g Re g i me o n t h e M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f Ul t r a h i g h Pe r f o r ma n c e F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e ( UHP F R C) J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 9， 2 3 ( 6 ) ： 2 2 9 1 - 2 2 9 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 O 建 筑科 学与工 程 学报 2 O 1 2年 4 5 6 7 8 9 1 O 1 1 M ARKOVI C I H i g h p e r f o r ma n c e H y b r i d f i b r e Co n c r e t e ： D e v e l o p me n t a n d Ut i l i s a t i o n M D e l f t ： D e l f t Uni v e r s i t y Pr e s s ， 2 0 06 胡晓波 异形钢纤维改善混凝土性能研究 J 工业建 筑 ， 2 0 0 6， 3 6 ( 9 ) ： 6 2 6 7 HU Xi a o b o St u dy o n M o di f i c a t i on o f De f o r me d St e e l F i b e r Re i n f o r c e d C o n c r e t e r J I n d u s t r i a l C o n s t r u c t i o n， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 9 ) ： 6 2 - 6 7 高丹盈 ， 赵伟 ， 张廷毅 ， 等 钢纤 维体积 率对高 强混 凝土断裂性能的影 响E J 工业 建筑 ， 2 0 0 8 ， 3 8 ( 8 ) ： 5 0 5 3 1 O 8 GAO Da n y i ngZHAO W e i ， ZHANG Ti ng y i ，e t a 1 I nf l u e n c e o f St e e l Fi b e r Vol ume Fr a c t i on o n t he Fr a c t u r e P e r f o r ma n c e o f Hi g h S t r e n g t h C o n c r e t e J I n du s t r i a l Co ns t r uc t i o n， 2 0 08， 3 8( 8)： 5 O一 53， 1 0 8 BANTH I A N，SAPPAKI TTI PAK0RN M To ug h ne s s Enh a nc e m e n t i n St e e l Fi b e r Re i nf o r c e d Co nc r e