鋼纖維混凝土彎曲疲勞性試驗及抗裂性能研究

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

2、纖維含量不同的鋼纖維混凝土梁進行彎曲靜載與疲勞試驗，分析鋼纖維含量對其彎曲疲勞性能的影響，并通過試驗對鋼纖維混凝土抗裂性能進行一系列研究。關(guān)鍵詞：鋼纖維；含量；彎曲疲勞性；抗裂性中圖分類號：TU528041文獻標(biāo)志碼：A文章編號：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，因而成為土建工作中最廣泛的材料。但是抗拉強度低、脆性大自重大等缺點使它的應(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及分析11試驗方法(1)標(biāo)記試驗中所用鋼筋混凝土梁的編號：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編號的梁鋼纖維體積率分別為0、05％、10％。(2)對試驗梁中跨中部位的

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

8、鋼纖維混凝土分別做立方體試塊抗壓強度試驗。②對試驗梁做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)彎曲靜載試驗數(shù)據(jù)結(jié)合不同應(yīng)力水平確定每根試驗梁荷載的上限值～，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對試驗梁利用疲勞試驗機靜載模式，將荷載加至疲勞荷載中間值，記錄各儀器讀數(shù)。④啟動動載模式對試驗梁進行疲勞加載。試驗選定停機時間分別在動力荷載的第1次、

9、5000次、10000次、50000次以及10萬次，之后每個l0萬次進行一次動靜荷載轉(zhuǎn)換以利于測量數(shù)值。⑤直至?xí)r間破壞即疲勞試驗結(jié)束，若循環(huán)荷載加至200萬次試驗梁仍沒有達(dá)到破壞，則證明此時對應(yīng)的應(yīng)力水平下梁不會發(fā)生疲勞破壞。12試驗數(shù)據(jù)表1立方體試塊抗壓強度學(xué)兔兔www.xuetutu.com裂縫總面積計算式：A=∑BiL(7)式中：A，——構(gòu)件裂縫的總面積；B?！趇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，進而評價混凝土材料抗裂性能的優(yōu)劣。表4限裂等級評定標(biāo)準(zhǔn)32試驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)分析由試驗現(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，記錄試驗數(shù)據(jù)，進而根據(jù)公式計算裂縫降低系數(shù)。

11、表5抗裂試驗數(shù)據(jù)結(jié)果4試驗結(jié)論(1)通過對試驗梁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靜載試驗的破壞形態(tài)與疲勞試驗的破壞形態(tài)相差很大。其中，靜載試驗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，疲勞破壞時只有梁內(nèi)的很寬的主裂縫擴展；分析斷面情況，疲勞破壞后的構(gòu)件內(nèi)部不會出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，縱筋的斷面很平滑。②對于整個試驗梁來說，無論是L1、L2、L3，在彎

12、曲疲勞破壞后都會出現(xiàn)相同形態(tài)，鋼纖維的是否摻入以及摻入的多少不會改變試驗梁的彎曲疲勞破壞形態(tài)。③對于相同應(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)生疲勞斷裂進而引起整個梁的疲勞破壞，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在整個疲勞試驗中，試驗梁的應(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改變梁的應(yīng)變、撓度等的發(fā)展規(guī)律

13、，不會改變疲勞過程的發(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，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，對其進行彎曲靜載試驗和彎曲疲勞試驗，并與普通混凝土做對比，通過試驗現(xiàn)象及試驗數(shù)據(jù)總結(jié)鋼纖維的加入以及鋼纖維的含量對

14、鋼筋混凝土梁的疲勞工作性能的影響，并對其中的工作9R機理進行分析；又通過抗裂性試驗，確定纖維混凝土裂縫降低系數(shù)，進而確定混凝土限裂效能等級。運用于土木工程中的構(gòu)件，得出的結(jié)論如下：(1)鋼纖維的摻量對抗壓強度的提高效果、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，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的強度下發(fā)生的脆性破壞，疲勞破壞形態(tài)不會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相對較高，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，則提高的相對值越大。(6)通過對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，今后可以加強對鋼纖