高體積率鋼纖維自密實(shí)混凝土靜態(tài)斷裂性能研究.pdf

1、自密實(shí)混凝土中可以通過摻入鋼纖維來改善其強(qiáng)度和韌性。以往研究都主要集中為普通鋼纖維增強(qiáng)自密實(shí)混凝土，所選用的鋼纖維主要集中在長(zhǎng)度為15～35mm，長(zhǎng)細(xì)比為40～65且體積摻量通常不超過1.5％。盡管普通鋼纖維對(duì)自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度和韌性均有一定程度的提高，但提高幅度有限，完全可以通過調(diào)整配合比配制出同等強(qiáng)度等級(jí)的普通自密實(shí)混凝土。此外，當(dāng)纖維體積摻量超過1.5％后，纖維分散性變差，混合料攪拌難度大易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)、流動(dòng)性降低難以達(dá)到自密實(shí)，材料

2、基本性能持續(xù)提高難以實(shí)現(xiàn)。
　　論文以斷裂力學(xué)阻裂增強(qiáng)機(jī)理為基礎(chǔ)，以滿足自密實(shí)混凝土工作性為前提，提出一種剛性纖維改性水泥基復(fù)合材料的研究方法，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鋼纖維自密實(shí)混凝土難以實(shí)現(xiàn)的鋼纖維高摻量，得到一種具有高強(qiáng)度和高韌性特性的高摻量微細(xì)平直型鋼纖維自密實(shí)混凝土(SFRSCC)，并針對(duì)高強(qiáng)特性可能導(dǎo)致的缺陷敏感性開展斷裂性能試驗(yàn)，即高強(qiáng)材料存在初裂紋的條件下，其高強(qiáng)優(yōu)勢(shì)會(huì)不會(huì)導(dǎo)致其缺陷敏感性也倍增。論文在大量的工作性和基本力學(xué)性能試

3、驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過三點(diǎn)彎曲缺口小梁試驗(yàn)研究了其靜態(tài)斷裂性能。具體展開了以下工作:
　?、倩跀嗔蚜W(xué)原理設(shè)計(jì)的SFRSCC混合料工作性能良好，當(dāng)鋼纖維體積摻量達(dá)到6％時(shí)，微細(xì)平直型鋼纖維自密實(shí)混凝土混合料的塌落擴(kuò)展度SP達(dá)到了600mm以上，鋼纖維亂向均勻分布于混合料中，無明顯骨料堆積現(xiàn)象?？闺x析性能極好，篩余率為1.3％。對(duì)于3×40mm的鋼筋間隙，當(dāng)體積摻量為0～3.0％時(shí)，通過性良好H2/H1能達(dá)到90％以上，當(dāng)體積摻量為4.

4、5％～6.0％時(shí)會(huì)出現(xiàn)輕微堵塞現(xiàn)象。
　?、谂cC40、C50基準(zhǔn)自密實(shí)混凝土相比，基本力學(xué)性能指標(biāo)隨著纖維體積摻量的增加而提高，當(dāng)纖維體積摻量達(dá)到6％，C40組（A組）SFRSCC立方體抗壓強(qiáng)度提高111.4％，抗折強(qiáng)度提高214.2％，劈拉強(qiáng)度提高133.2％，壓縮彈性模量提高13.1％，彎拉彈性模量提高9.3％，初裂強(qiáng)度提高217.1％，等效彎曲強(qiáng)度提高1083.3％，彎曲韌性比提高300％; C50組（B組）SFRSCC立方

5、體抗壓強(qiáng)度提高73.0％，抗折強(qiáng)度提高143.2％，劈拉強(qiáng)度提高173.6％，壓縮彈性模量提高16.5％，彎拉彈性模量提高9.8％，初裂強(qiáng)度提高125.0％，等效彎曲強(qiáng)度提高了1080.3％，彎曲韌性比提高264.7％。
　　③三點(diǎn)彎曲缺口小梁斷裂性能測(cè)試表明，預(yù)裂相同情況下，與C40、C50的素基準(zhǔn)自密實(shí)混凝土相比，C40組(A組)SFRSCC有效裂縫高度平均提高51.8％，斷裂韌度平均提高193.7％，起裂韌度平均提高139.

6、6％，失穩(wěn)韌度平均提高195.7％，加載點(diǎn)最大位移平均提高1002.4％，斷裂能增益比平均為23.0。C50組（B組）SFRSCC有效裂縫高度平均提高102.6％，斷裂韌度平均提高236.5％，起裂韌度平均提高98.1％，失穩(wěn)韌度平均提高285.6％。加載點(diǎn)最大位移平均提高1071.1％。斷裂能增益比平均為23.27。當(dāng)纖維層≥60mm，隨著纖維層厚度的提高，有效裂紋長(zhǎng)度ac增長(zhǎng)緩慢，趨于穩(wěn)定，達(dá)到1/3梁截面高度（包括預(yù)裂縫長(zhǎng)度），斷

7、裂韌度值也趨于穩(wěn)定。SFRSCC試件的P-CMOD曲線和荷載-位移曲線呈現(xiàn)明顯的塑性特征，素自密實(shí)混凝土達(dá)到峰值荷載后曲線迅速下降，失去承載能力。SFRSCC不僅具有非線性彈性階段，在達(dá)到峰值荷載后具有較長(zhǎng)的塑性階段，曲線緩慢下降，裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展時(shí)間長(zhǎng)，裂紋尖端張開位移提高明顯，具有高強(qiáng)韌特性。
　?、苓\(yùn)用ANSYS有限元分析軟件得出的斷裂韌度值與試驗(yàn)研究得出的斷裂韌度值隨著纖維層厚度增大而變化的規(guī)律一致，驗(yàn)證缺口小梁的斷裂韌度的準(zhǔn)