新型粗合成纤维混凝土力学特性试验研究

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近年来,由于粗合成纤维混凝土可显著改善混凝土的抗弯、抗冲击、抗疲劳和抗震等性能而逐渐在土木工程中广泛应用。目前市场上销售的粗合成纤维品类较多,性能差异很大,给工程选用带来了一定困难。因此,开展对新型粗合成纤维混凝土的力学性能试验研究具有较重要的理论意义和工程价值。  本文针对一种新型中弹模和粗聚烯烃合成纤维在混凝土中的应用技术问题,主要开展了以下几个方面的研究:  (1)通过不同纤维掺量、纤维直径和基体强度的纤维混凝土立方体试件的抗压、抗劈拉试验,分析比较了纤维掺量、纤维直径和基体强度对纤维混凝土抗压、抗劈裂强度的影响规律。试验结果表明:纤维掺量增加,同等基体强度的纤维混凝土抗压强度变化不大,抗劈裂强度逐渐增大;纤维直径的变化对混凝土抗压、抗劈裂强度影响并不明显。  (2)通过对埋置于砂浆中的粗纤维的拉拔试验,探讨了纤维埋深、基体强度对粗合成纤维-砂浆基体界面黏结强度的影响规律。试验结果表明:纤维埋深增加,纤维与砂浆基体的平均黏结强度降低,黏结强度下降趋势减缓;基体强度增加,纤维与砂浆基体的平均黏结强度增大。  (3)基于美国ASTM C1550标准,采用圆板试验研究了粗聚烯烃纤维混凝土的弯曲韧性,探讨了纤维掺量和长度对板能量吸收值的影响规律。通过与梁弯曲韧性试验方法的比较,发现圆板试验更加适合评价粗合成纤维混凝土的弯曲韧性,主要纤维混凝土梁试件的破坏主要集中在梁跨中的一条裂缝上,而纤维混凝土圆板试件破坏时表面通常会出现三条主裂缝,这种破坏形态更有利于能量的吸收和消耗。其次,圆板试件破坏时的中心挠度可发展到50mm左右,远大于梁试件。  (4)据日本JSCE-SF4韧性评价方法,掺量为6kg/m3、8kg/m3和11kg/m3的粗聚烯烃纤维混凝土梁的韧性指标,比相同质量掺量的中弹模纤维增强混凝土分别提高了101%、68%和76%,比掺量为15.6kg/m3的钢纤维增强混凝土分别提高了63%、90%和138%。Nemkumar韧性指标方法得到了相似的结论。  (5)利用自制的落锤式抗弯冲击试验装置,对钢纤维、粗聚烯烃纤维和中弹纤维混凝土试件梁进行冲击试验,通过数理统计方法对试验数据进行了回归处理,探讨了纤维掺量和纤维混凝土抗弯冲击次数之间的关系。研究发现:随着粗聚烯烃、中弹模纤维掺量增加,纤维混凝土梁抗弯冲击初裂次数和破坏次数增加,冲击延性改善。纤维掺量和纤维混凝土抗弯冲击次数的关系大致呈线性。粗聚烯烃纤维对混凝土梁抗弯冲击性能的改善效果明显优于相同掺量的中弹模粗合成纤维,尤其是对破坏冲击次数的改善效果最为显著。
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