高温时纳米SiO2钢纤维混凝土轴向拉伸力学性能试验研究.pdf

2 0 1 3年 第 1 2 期 (总 第 2 9 0 期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 01 3 ( To t a 1 No 2 9 0) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE ORE TI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 1 2 0 1 4 高温时纳米 S i O2 钢纤维混凝土轴 向拉伸 力学性能试验研究 燕兰 。邢永明 ( 1 呼和浩特职业学院 建筑工程学院，内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 5 8 ；2 内蒙古 工业大学 理学院，内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 5 1 ) 摘要 ： 采用 自行设计的耐高温装具及卡具， 对普通混凝土( Y C) 、 钢纤维混凝土( S F R C) 和掺入纳米 S i O 钢纤维混凝土( Ns F c ) 3 种材料 ， 分别在高温电炉中加热到不同温度， 进行高温时轴向拉伸试验。 结果表明 ： 4 0 0以内时， N S F C、 S F R C和 N C的轴 向拉伸 随温度升高而升高 ， 4 0 0时达到最大值， 此后 ， 随温度升高， 轴 向拉伸强度迅速下降。 掺纳米 S i O ： 的钢纤维混凝土 N S F C轴向拉 仲强度最大， 常温下为 2 6 6 MP a ， 足普通混凝土 N C的 4 2 9 倍 ， 比未掺纳米 S i O 的钢纤维混凝土 S F R C还高 5 2 9 。 4 0 0。 C时为 3 0 9 MP a ， 较 4 0 0下的 S F R C提高 9 2 、 较 N C提高 1 1 9 7 。 关键词 ： 钢纤维 ；高温 ；纳米 S i O ；轴向拉伸 ；断裂能 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 l 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 1 2 - 0 0 5 0 0 4 E xper i ment al r es ear c h on t he axi al t ens i l e m e c hani ca l pr oper t i e s of nano-Si O2 s t ee l f i ber r ei nf or ce d c onc r et e at hi gh t e m per a t ur e YAN La n ， XI NG Yo n g m i n g ( 1 De p a r t me n t o f Ci v i l En g i n e e r i n g a n dAr c h i t e c t u r e ， Ho h h o t Vo c a t i o n a l Co l l e g e ， Ho h h o t 0 1 0 0 5 8 ， C h i n a 2 S c h o o l o f S c i e n c e ， I n n e r Mo n g o l i a nUn i v e r s i tyo f T e c h n o l o g y ， Ho h h o t 0 1 0 0 5 1 ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： The ind e pe n de n t l y d e s i g n e d h e a t r e s i s t a n t t e mpe r a t ur e ha r ne s s a nd fix t ur e s we r e u s e d i n t h e a x i a 1 t e ns i o n e xp e r i me n t a t h i g h t e mp e r a t u r e T h r e e ma t e r i a l s we r e t e s t e d i n t h e e x p e r i me n t ， i n c l u d i n g n o r ma 1 c o n c r e t e ( NC) ， s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e( S F RC) a n d s t e e 1 fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e wi t h n a n o S i 0，( NS F C) ， wh i c h we r e h e a t e d t o d i f f e r e n t t e mp e r a t u r e s i n t h e h i g h t e mp e r a tu r e e l e c tr i c r e s i s t a n c e f urna c e Re s ul t s p r e s e n t e d t ha t wi t h i n 4 00 t h e a x i a 1 t e ns i l e s t r e n g t h 0 f NS FC S FRC a nd NC we r e i mp r o v e d a s t e mpe r a t u r e i n c r e a s e d， r e a c hi n g ama x i mu m v a l ue a t 40 0 Af t e rt ha t t h et e mp e r a t u r e r i s el e dt o r a p i d d r o p o ft h e a x i a l t e ns i l e s tre ng t h At r o o m t e mp e r a t u r e s ， t h e a xi a 】t e ns i l e s t r e n g t h o f N S FC wa s t h e l a r g e s t ， a s 26 6 M P a， wh i c h wa s 4 2 9 t i me s t h a n N C， a n d 5 2 9 hi g h e r t h a n S FRC At 4 0 0 ， t h e a x i a 1 t e n s i l e s t r e n gth o f NS F C wa s 3 O 9 M P a ， 9 _ 2 h i c r t h a n S F RC a n d 9 7 h i g h e r t h a n NC Ke y w or ds ： s t e e l fib e r r e i nf o r c e d c o nc r e t e； h i g h t e mp e r a t u r e； na n o S i O2 ； a xi a l t e n s i l e ； f r a c tur e e n e r g y 0 引言 近年来 ， 纳米技术 在混凝 土中的应用 ， 使f 昆 凝土 向高 性能 、 多功能方向发展成为可能 。 纳米材料具有宏观物体所 没有 的小尺寸效应 、 量子效应 、 表面效应和界面效应 ， 从而 使 它在结构 、 物理性质和化学性质等方面具有许多传统材 料小具备的奇特特征 。 为了提高混凝土 的抗高温性能 ， 同内外学者对钢纤维 混凝土高温力学性能进行 了研究 ， 但主要集 中于高温后 的抗压 、 劈裂和抗折试验的研究 _5 _ ， 对高温正在加热时的 强度研究较少 ， 高温时的抗拉强度试验未见报道。 轴拉试 验是研究混凝土力学性能的最基本 的试验方法之一 ， 试件 断面在加载过程 中应 力应变分布相对均匀 ， 应力应变值对 应关系明确 ， 能够 直接准确测定材料 的本构行为 ， 试件破 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 6 0 3 基金项目：国家 白然科学基金( 1 0 9 7 2 0 9 7 ) 5 0 坏形式简单 ， 破坏准则易于掌握 。 但是高温轴 向拉伸试验对 设 备要求较高 ， 试验轴 向对 中困难 ， 试件加T和试验操作 复杂 ， 凶此 ， 到 目前为止 尚无普遍认 同的试验方法 。 本研 究 对特殊 的卡具及试件对钢纤维混凝土和加入纳米 S i O ， 的钢纤维混凝土在高温时的抗拉强度进行了试验。 1 试验材料 和方法 1 1 试 验 用材 料 水泥 ： 内蒙古冀东水泥有限责任公司生产的 P O 4 2 5 级 水泥 ； 砂 ： 厦 门艾 思欧标 准砂 ； 钢纤 维 ： 内蒙古 北腾 L 程 材料 有 限公 司生 产 的弓形 高强钢 丝 ， 长度 3 5 m m， 等效 直 径 0 6 mm， 长径 比 5 8 ， 钢 纤 维 体积 率 为 1 5 ； 纳米 S i O ： 杭州万 景新材料 有 限公 司生 产 的混 凝土专 用纳 米 S i O ， 其主要技 术参数见表 1 。 依据 内蒙古混凝 土源实业 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 低 ， 属于脆性材料 ， 一旦受荷达到抗拉 强度 ， 微裂缝立 即贯 通断裂 。 因此在所试验的温度范 围内， 随着温度的升 高 ， 普 通混凝土 NC抗断裂能变化幅度不是很大 ， 在所试温度下 ， 三种混凝土中 N S F C的断裂能最高 ， S F R C居 中， 素混凝土 NC的断裂能很小 ， 远低 于 S F R C和 NS F C 。 4 0 0以内时， 随着温 度 的升 高 ， S F R C和 NS F C的断裂 能也增加 ， 且在 4 0 0时达到峰值 ， 超过 4 0 0后 ， 断裂能开始下降 ， 超过 6 0 0后 ， 断裂能迅速下降 ， 至 8 0 0时 ， 虽然断裂能很低 ， 但仍远高于普通混凝土 ， NS F C、 S F R C的断裂能分别是 NC 的 3 6 7 、 2 6 9 倍 ， 比较图 5 可 以看 出， NS F C无论从抗拉强度 还是断裂能 ， 都是最大 的。 这表 明了掺纳米 S i O 的 N S F C 混凝土对载荷能量有较高的吸收能力 ， 从而具有较大的断 裂能。 吕 吕 Z O O 0O 00 00 0 200 4 00 60 0 800 r， o C 图 9 N S F C、 S F R C 、 N C典型试件的拉伸断裂能 3结论 ( 1 ) 本研究设计 了一种新型 的轴 向拉 伸试验 ， 并设计 制作 了相应配套 的试验装具 、 卡具 以及试件模具 ， 测试 了 钢纤维混凝土和掺纳米 S i O 钢纤维混凝土常温及高温 时 的轴 向拉伸性能 ， 结果证 明 ， 本套试验设施具有可行性和 很强的实用性 ， 本文 的试验可以为制定标准直接拉伸试验 方法提供一定的参考和理论依据 。 ( 2 ) 随温度升高 ， N S F C 、 S F R C和 NC的拉伸强度变化 趋势基本一样 ， 4 0 0以内 ， 轴 向拉伸随温度 升高而升高 ， 在 4 0 0 左右时 ， 达到最大值 ， 之后随着温度的提高 ， 轴向拉 伸强度迅速下降 ， 其中， 掺纳米 S i O ： 的钢纤维混凝土 N S F C 轴 向拉 伸强度最大 ， 常温下为 2 6 6 MP a ， 是普通混凝土 NC 的4 2 9 倍， 比未掺纳米 S i O ： 的钢纤维混凝土 S F R C高5 2 9 。 4 0 0 时为 3 0 9 MP a ， 较 4 0 0下的 S F R C提高 9 2 、 较N C 提高 1 1 9 7 。 ( 3 ) 纳米 S i O 的加入 了改善骨料 与浆体 的过 渡 区界 面和钢纤维与浆体的过渡 区界面 ， 增强 了钢纤维与基体 的 黏结力 ， 使黏结性能提高。 同时纳米 S i O ： 与水泥水化产物 C a ( O H) 晶体 ， 把对 强度不 利 的 C a ( O H) 转 化为 C S H 凝 胶 ， 使 混凝 土内部结构更加 密实 ， 这种组织结构 的改善 在 4 0 0时达到极佳状态 ， 因此其抗拉强度达到最大值。 ( 4 ) 在所试验的温度范 围内 ， 随着温度的升高 ， 普 通混 凝 土 N C抗断裂能变化幅度不是很大 ， 在所试温度下 ， 3 种 混凝土中 N S F C的断裂能最高， S F R C居中， 素混凝土 N C 是 断裂能很小 ， 远低于 S F R C和 N S F C 。 NS F C无论从抗拉强 度还是断裂能 ， 都是最大的。 掺纳米 S i O 的 N S F C混凝土对 荷载能量有较高的吸收能力 ， 具有较大的断裂能。 参考文献 ： 1 张中太 ， 林元华 ， 唐子龙 ， 等 纳米材 料及其技术的应用前景f J 1 _ 材料工程 ， 2 0 0 0 ( 3 ) ： 4 2 4 8 2 冯奇 ， 巴恒静 ， 范征宇 ， 等 微粉增强水泥基复合材料的早期界 面显微结构研究 复合材料学报 ， 2 0 0 3 ， 2 0 ( 4 ) ： 7 2 7 6 【 3 】L AU A， AN S ON ME f f e c t o f h i g h t e mp e r a t u r e s o n h i g h p e r f o r ma n c e s t e e l fi b r e r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C e m C o n c r R e s ， 2 0 0 6 ( 3 6 ) ： 1 6 9 8 4 】HA DDA D R H， A L S AL E H R J ， AL - AKH RAS N M E f f e c t o f e l e v a t e d t e mp e r a t u r e o n b o n d b e t we e n s t e e l r e i n f o r c e me nt a n d fibe r r e i n f o r e e d c o n c r e t e J F i r e S a f e t y J ， 2 0 0 8 ( 4 3 ) ： 3 3 4 5 Q I AN C X， S T ROE V EN P D e v e l o p me n t o f h y b r i d p o l y p r o p y l e n e s t e e l fi b e r r e i n f o r e e d c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 0 ( 3 0 ) ： 6 3 6 9 【 6 P HAN L T， C ARI N O N J R e v i e w o f me c h a n i c al p r o p e r t i e s o f HS C a t e l e v a t e d t e mp e r a t u r e l J 1 J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g F e b r u a r y。 1 9 9 8： 5 8 6 4 【 7 L AU A， AN S ON ME f f e c t o f h i g h t e mp e r a t u r e s o n h i g h p e rf o r ma n c e s t e e l fi b r e r e i n f o r e e d c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 2 0 0 6 ( 3 6 ) ： 1 6 9 8 1 7 0 7 8 】顾慧琳 ， 彭勃 混凝土单轴直接拉伸应力一 应变全曲线试验 方 法l J 1 建筑材料学报， 2 0 0 3 ， 6 ( 1 ) ： 6 6 7 1 9 张林俊 ， 宋玉普 ， 吴智敏 混凝土轴拉试验轴拉保证措施 的研 究l J 1 试验技术与管理 ， 2 0 0 3 ， 2 0 ( 2 ) ： 9 9 1 2 4 1 0 彭勃， 郑伟 混凝土单轴直接拉伸强度试验方法研究【 胡南大 学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 4 ， 3 1 ( 2 ) ： 7 0 8 3 【 1 l l K UMAR S ， B ARA I S V I n fl u e n c e o f s p e c i me n g e o me t r y o n d e t e r - mi n a t i o n o f do u bl e K f r a c t u r e p a r a me t e r s o f c o n c r e t e： a c o mpa r a - t i v e s t u d y J I n t J F r a e t ， 2 0 0 8 ， 1 4 9 ( 1 ) ： 4 7 6 6 1 2 徐世娘 ， 卜 丹 ， 张秀芳 楔入式紧凑拉伸法确定混凝土的断裂 能 J 】 水利学报 ， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 6 ) ： 6 8 3 6 8 9 作者简介 联 系地 址 ： C a ( O H) 发生二次水化 反应 ， 降低 C a ( O H) 含 量和细化 联系电话 燕兰( 1 9 7 3 一 ) ， 女 ， 博士 ， 副教授 ， 主要研究方向为 ： 钢 结构及高性能混凝土。 内蒙古呼和浩特币内蒙古工业 大学 3 2号楼 3 单 元 3 0 2 号 ( 0 1 0 0 5 1 ) 1 3 9 4 8 51 8 7 8 8 藿 堡 翟 曩 深士J lI ： 出 售 混凝土 给 违建 每场 所罚 五万 元 今 日， 深圳市五届人大常委会第二十六次会议第三次审议 深圳经济特区规划土地监察条例( 修订草案) ， 遵循行政处 罚“ 过罚相当” 的原则 ， 拟对违法加建 、 改建的当事人拒绝入户调查取证的处罚条款调整罚款额度 ， 从十万元调整为五万元。 另外 ， 经反复斟酌 ， 草案还作 出规定 ： “ 规划土地监察机构在执法过程中 ， 发现向违反城市规划和土地管理法律 、 法规 、 规章的建设工程供水 、 供 电或者 出售预拌混凝土的， 收到整改通知后未按要求配合执法 的， 按每场所五万元处以罚款。” 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m