鋼纖維混凝土彎曲疲勞性試驗(yàn)及抗裂性能研究

1、2015年第6期(總第308期)Number6in2015(TotalNo308)混凝土Concrete原材料及輔助物料MATERIALADMINICLEdoi：103969／jissn1002—3550201506025鋼纖維混凝土彎曲疲勞性試驗(yàn)及抗裂性能研究侯蔚峰(白城市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，吉林白城137000)摘要：鋼纖維混凝土具有良好的抗沖擊、抗彎、抗拉以及抗疲勞性能，因此鋼纖維混凝土在構(gòu)件中的工作性能逐漸受到人們的重視。通過對(duì)

2、纖維含量不同的鋼纖維混凝土梁進(jìn)行彎曲靜載與疲勞試驗(yàn)，分析鋼纖維含量對(duì)其彎曲疲勞性能的影響，并通過試驗(yàn)對(duì)鋼纖維混凝土抗裂性能進(jìn)行一系列研究。關(guān)鍵詞：鋼纖維；含量；彎曲疲勞性；抗裂性中圖分類號(hào)：TU528041文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10023550(2015)06009604SteelfiberreinforcedconcretebendingfatiguetestandcrackresistanceHOUWeifeng(Baicheng

3、CityConstructionEngineeringQuarrySurve~lance，Baicheng137000，China)Abstract：Thesteelfiberreinforcedconcretehasgoodshockresistance，bending，tensileandfatigueproperties，SOtheworkingperform—anceofsteelfiberreinforcedconcretem

4、emberingraduallytotheattentionofthepeopleThroughtothefibercontentofdifferentsteelfiberreinforcedconcretebeamsbendingstaticloadandfatiguetest，analysistheinfluenceofsteelfibercontentonthebendingfatigueperformance，andthroug

5、hthetestofsteelfiberreinforcedconcretecrackresistanceofresearchKeywords：steelfiber；content；bendingfatigue；crackresistance0引言普通混凝土具有耐久性好、能耗低、易于成型以及易于與鋼材協(xié)同作用制成各類承重結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，因而成為土建工作中最廣泛的材料。但是抗拉強(qiáng)度低、脆性大自重大等缺點(diǎn)使它的應(yīng)用受限，我們需要將它向著輕質(zhì)、改

6、變脆性的方向發(fā)展。鋼纖維混凝土中散布的短纖維可以阻滯混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展和宏觀裂縫的形成，疲勞加載下其抗剪、抗彎、抗裂等性能都有明顯改善。1鋼纖維混凝土梁彎曲疲勞性試驗(yàn)及分析11試驗(yàn)方法(1)標(biāo)記試驗(yàn)中所用鋼筋混凝土梁的編號(hào)：L1—1，L1—2，L1—3，L1—4，L2—1，L2—2，L2—3，L2—4，L3—1，L3—2，L3—3，L3—4。其中L1、L2、L3編號(hào)的梁鋼纖維體積率分別為0、05％、10％。(2)對(duì)試驗(yàn)梁中跨中部位的

7、鋼筋貼上電阻應(yīng)變片，模板制作完成后對(duì)混凝土進(jìn)行澆筑并養(yǎng)護(hù)，將跨中部位的混凝土貼上電阻應(yīng)變片。(3)對(duì)L1—1、L2—1、L3—1進(jìn)行彎曲靜載試驗(yàn)，測(cè)其彎曲極限強(qiáng)度。(4)對(duì)每組的其他三根梁，分別進(jìn)行應(yīng)力水平為075、080以及085的彎曲疲勞試驗(yàn)。其中應(yīng)力水平S=P／P，P為疲勞試驗(yàn)中作用在受彎構(gòu)件的最大荷載值，P為靜力荷載作用下測(cè)得的試驗(yàn)梁收稿日期：2014～09一O196的極限荷載，即L1—1、L2—1、L3—1構(gòu)件試驗(yàn)所得。①不同

8、鋼纖維混凝土分別做立方體試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。②對(duì)試驗(yàn)梁做12次的預(yù)加載，調(diào)整荷載歸零，平衡電阻應(yīng)變儀，根據(jù)彎曲靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合不同應(yīng)力水平確定每根試驗(yàn)梁荷載的上限值～，下限值和中間值。是疲勞荷載中最小值作用于構(gòu)件正截面上產(chǎn)生的最大應(yīng)力，i是疲勞荷載中最大值作用于構(gòu)件正截面上產(chǎn)生的最大應(yīng)力。③對(duì)試驗(yàn)梁利用疲勞試驗(yàn)機(jī)靜載模式，將荷載加至疲勞荷載中間值，記錄各儀器讀數(shù)。④啟動(dòng)動(dòng)載模式對(duì)試驗(yàn)梁進(jìn)行疲勞加載。試驗(yàn)選定停機(jī)時(shí)間分別在動(dòng)力荷載的第1次、

9、5000次、10000次、50000次以及10萬次，之后每個(gè)l0萬次進(jìn)行一次動(dòng)靜荷載轉(zhuǎn)換以利于測(cè)量數(shù)值。⑤直至?xí)r間破壞即疲勞試驗(yàn)結(jié)束，若循環(huán)荷載加至200萬次試驗(yàn)梁仍沒有達(dá)到破壞，則證明此時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力水平下梁不會(huì)發(fā)生疲勞破壞。12試驗(yàn)數(shù)據(jù)表1立方體試塊抗壓強(qiáng)度學(xué)兔兔www.xuetutu.com裂縫總面積計(jì)算式：A=∑BiL(7)式中：A，——構(gòu)件裂縫的總面積；B。——第i條裂縫的名義最大寬度，mm；Li——第i條裂縫的長度，mm。之后

10、計(jì)算裂縫降低系數(shù)卵：叼：(8)叼——L6，0這樣得到裂縫降低系數(shù)，按表4即可確定材料的限裂等級(jí)，進(jìn)而評(píng)價(jià)混凝土材料抗裂性能的優(yōu)劣。表4限裂等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)32試驗(yàn)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析由試驗(yàn)現(xiàn)象可以得知，鋼纖維混凝土的裂紋較為復(fù)雜，中部出現(xiàn)一條較長的裂紋，它是該構(gòu)件中出現(xiàn)時(shí)間最早的裂紋，但并不是寬度最寬的，第二條裂紋出現(xiàn)在構(gòu)件的左下角，它的寬度最寬，之后的另外兩條裂紋是均勻的分布在構(gòu)件周邊。根據(jù)觀察現(xiàn)象，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)公式計(jì)算裂縫降低系數(shù)。

11、表5抗裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果4試驗(yàn)結(jié)論(1)通過對(duì)試驗(yàn)梁Ll、L2、L3應(yīng)變、撓度等隨疲勞循環(huán)次數(shù)的不同變化，可以看出：①靜載試驗(yàn)的破壞形態(tài)與疲勞試驗(yàn)的破壞形態(tài)相差很大。其中，靜載試驗(yàn)中梁的破壞是延性破壞，而疲勞的破壞類型是脆性破壞，它以梁內(nèi)縱筋的突然破壞為標(biāo)志，沒有先前的征兆；在外觀上，疲勞破壞時(shí)只有梁內(nèi)的很寬的主裂縫擴(kuò)展；分析斷面情況，疲勞破壞后的構(gòu)件內(nèi)部不會(huì)出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，縱筋的斷面很平滑。②對(duì)于整個(gè)試驗(yàn)梁來說，無論是L1、L2、L3，在彎

12、曲疲勞破壞后都會(huì)出現(xiàn)相同形態(tài)，鋼纖維的是否摻入以及摻入的多少不會(huì)改變?cè)囼?yàn)梁的彎曲疲勞破壞形態(tài)。③對(duì)于相同應(yīng)力水平，由于L2、L3試件梁內(nèi)縱筋的應(yīng)力大于Ll，故L2、L3試件梁內(nèi)鋼筋更容易發(fā)生疲勞斷裂進(jìn)而引起整個(gè)梁的疲勞破壞，所以說相同應(yīng)力水平下鋼筋鋼纖維混凝土的疲勞壽命小于普通鋼筋混凝土。④在整個(gè)疲勞試驗(yàn)中，試驗(yàn)梁的應(yīng)變、撓度等的發(fā)展均隨循環(huán)荷載的增加呈如圖的三階段規(guī)律，及鋼纖維的是否摻入以及摻人的多少不會(huì)改變梁的應(yīng)變、撓度等的發(fā)展規(guī)律

13、，不會(huì)改變疲勞過程的發(fā)展規(guī)律，但是相同應(yīng)力水平下L2、L3試件梁中的鋼筋應(yīng)變大于Ll梁。(2)通過鋼纖維混凝土抗裂性試驗(yàn)，可以看出：①摻人鋼纖維后，收縮混凝土的裂縫長度大幅度減小，出現(xiàn)裂縫時(shí)間延后，裂縫產(chǎn)生的可能性減小。②加入鋼纖維后收縮混凝土的抗裂效果主要體現(xiàn)在混凝土表面出現(xiàn)裂縫之后。5總結(jié)本研究將纖維混凝土與鋼筋相結(jié)合，對(duì)其進(jìn)行彎曲靜載試驗(yàn)和彎曲疲勞試驗(yàn)，并與普通混凝土做對(duì)比，通過試驗(yàn)現(xiàn)象及試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)鋼纖維的加入以及鋼纖維的含量對(duì)

14、鋼筋混凝土梁的疲勞工作性能的影響，并對(duì)其中的工作9R機(jī)理進(jìn)行分析；又通過抗裂性試驗(yàn)，確定纖維混凝土裂縫降低系數(shù)，進(jìn)而確定混凝土限裂效能等級(jí)。運(yùn)用于土木工程中的構(gòu)件，得出的結(jié)論如下：(1)鋼纖維的摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的提高效果、提高程度并不明顯，亦無規(guī)律可循。但是鋼纖維對(duì)于抗壓試塊延性的增加效果很明顯，構(gòu)件破壞過程中可以吸收更多的能量。最終鋼筋鋼纖維混凝土達(dá)到“裂而不散”的破壞狀態(tài)。(2)在彎曲靜載作用下，鋼筋混凝土梁的抗彎極限承載力雖可以隨鋼

15、纖維的加入而有效提高，但梁的破壞形態(tài)并不會(huì)隨之改變。在配筋和尺寸相同的鋼筋混凝土梁，極限承載力與鋼纖維摻量成正比，且基本呈線性關(guān)系。同時(shí)，降低梁內(nèi)鋼筋應(yīng)變、提高梁的整體剛度以及抑制梁的裂縫擴(kuò)展等方面也隨著鋼纖維的加入有明顯的效果。(3)在彎曲疲勞荷載試驗(yàn)中，其破壞形態(tài)與靜載破壞不同，鋼筋鋼纖維混凝土在低于靜載試驗(yàn)的強(qiáng)度下發(fā)生的脆性破壞，疲勞破壞形態(tài)不會(huì)隨鋼纖維的摻人而發(fā)生變化，鋼筋與混凝土應(yīng)變變化、梁的撓度變化都呈現(xiàn)三階段發(fā)展模式。(4

16、)鋼筋鋼纖維混凝土梁的靜載極限彎曲承載力較高，在同一應(yīng)力水平作用下，若應(yīng)力水平較高，則鋼筋鋼纖維混凝土梁的疲勞最大荷載就會(huì)相對(duì)較高，由此導(dǎo)致鋼筋鋼纖維混凝土梁的疲勞壽命將小于鋼筋混凝土梁。(5)在同一疲勞最大荷載值作用下，比較鋼纖維摻量不同，梁的疲勞壽命也會(huì)有差別。其疲勞壽命隨著鋼纖維摻量的增多而提高，并且荷載值越低，則提高的相對(duì)值越大。(6)通過對(duì)鋼纖維混凝土的抗裂性能分析，可以看到鋼纖維混凝土的利用空間和發(fā)展前景，今后可以加強(qiáng)對(duì)鋼纖