钢纤维高性能混凝土劈裂强度与变形特性分析.pdf

第 1 7 卷第 4期 2 0 1 4年 8月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI AL S V0 1 ． 17， No ．4 Aug ．， 2 01 4 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 - 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 4 — 0 5 8 6 — 0 6 钢纤维高性能混凝土劈裂 强度与变形特性分析 苏承 东 ， 李 艳。 ， 熊祖 强 ( 1 ． 河 南理 工大学 能 源科学 与工 程学 院 ， 河 南 焦作 4 5 4 0 0 3 ； 2 ． 河南理工大学 土木工程学院， 河南 焦作 4 5 4 0 0 3 ) ． 摘 要 ： 对钢 纤 维掺 量 ( 体积 分数) 为 0 ， 1 ， 2 ％， 4 的 混凝 土劈裂 强度 与 变形特 性进行 了分析 ． 结 果表 明 ： 4种 钢 纤维掺量 混凝 土屈服 时拉 伸 变形量 约为 0 ． 1 2 mm， 峰 值 时压 缩( 拉 伸) 变形 量 随着钢 纤维掺量 增加 而增 大 ； 钢 纤维掺 量增加 ， 混凝 土 的 阻裂性 能增 强 ， 其 屈服 、 峰 值抗 拉 强度 明显提 高， 屈 服 、 峰值 前韧 度增 强 ， 而且对 混凝 土峰 值抗 拉 强度 的贡 献 明显 大 于屈服 抗 拉 强度 ； 当钢 纤 维掺 量 大 于 2 ％时 ， 混凝 土不 易形成 贯通 裂纹 ， 基 体 开裂后 ， 钢 纤维继 续承 受拉 应 力 ， 其韧 性 随 着钢 纤维掺 量增加 而增 大． 关 键词 ： 钢 纤 维 ；高性 能 混凝土 ； 劈 裂试验 ；抗拉 强度 ；变形 特征 ；强度 特征 ； 韧 度 中图分 类号 ： T U5 2 8 ． 5 7 2 文献标 志 码 ： A d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 — 9 6 2 9 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 0 5 S t r e n g t h a nd De f o r ma t i o n Pr o pe r t i e s o f S t e e l Fi b e r Re i n f o r c e d Hi g h Pe r f o r ma n c e Co n c r e t e u nd e r S pl i t t i ng Pr o c e s s SU Che n gdo ng ，LI Ya n ，XI ONG Zuq i a ng ( 1 ． S c h o o l o f E n e r g y S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g ，He n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y ，J i a o z u o 4 5 4 0 0 3，Ch i n a； 2 ． S c h o o l o f C i v i l En g i n e e r i n g，He n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y ，J i a o z u o 4 5 4 0 0 3 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e s p l i t t i ng s t r e n gt h a n d d e f or ma t i o n p r o p e r t i e s of s t e e l f i be r hi g h p e r f o r ma nc e c on c r e t e wi t h 0 一4 ( b y v o l u me )f i b e r c o n t e n t we r e a n a l y z e d ．Re s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e y i e l d i n g t e n s i l e d e f o r ma t i o n o f c o nc r e t e wi t h 4 ki n ds o f a d mi xt u r e i S a b ou t 0 ．1 2 mm． W i t h t h e i nc r e a s e o f s t e e l f i b e r c o nt e nt ，pe a k c o m— p r e s s i v e ( t e n s i l e )d e f o r ma t i o n i n c r e a s e s ，c r a c k i n g r e s i s t a n c e o f f i b e r i mp r o v e ，c o n c r e t e y i e l d i n g a n d p e a k t e n s i l e s t r e n g t h i n c r e a s e a n d t o u g h n e s s o f c o n c r e t e b e f o r e y i e l d a n d p e a k s t r e s s e n h a n c e ．Th e c o n t r i b u t i o n o f s t e e l f i b e r c o n t e n t o n p e a k t e n s i l e s t r e n g t h o f c o n c r e t e i s s i g n i f i c a n t l y g r e a t e r t h a n y i e l d i n g t e n s i l e s t r e n gt h．W he n t h e s t e e l f i b e r c on t e n t i S m o r e t ha n 2 ，i t i S d i f f i c ul t f o r t he f o r m a t i o n o f e xc ur r e n t c r a c k— i n g． Af t e r m a t r i x c r a c k i ng，s t e e l f i be r wi t hs t a n ds t e ns i l e s t r e s s ． The t ou gh ne s s o f s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c on c r e t e i nc r e a s e s wi t h i nc r e a s i n g o f s t e e l f i be r c o nt e nt ． Ke y wo r d s： s t e e l f i be r；hi g h pe r f o r ma nc e c o nc r e t e ；s p l i t t i n g t e s t ；t e ns i l e s t r e n gt h；de f o r ma t i o n pr o pe r t y； s t r e ng t h p r op e r t y；t o ug hn e s s 钢纤 维混凝 土 是在普 通混凝 土 中掺入 钢纤 维所 形成 的一种新 型 的 多相 复 合 材料 ． 钢纤 维 的主要 作 用是延缓混凝土微裂纹的扩展和阻滞宏观裂缝的发 生和发展， 从而使混凝土的抗拉强度 、 抗剪强度较普 通混 凝 土有较 大提 高 ， 同时对混 凝 土的抗疲 劳 、 抗 冲 击 以及 韧性 、 耐久性 也有较 大改 善 ， 因而钢 纤维 高性 能混凝 土被 广 泛 应 用 于建 筑 、 公 路 ， 铁 路 、 机 场 、 水 利 、 矿山和国防等领域． 文献E 1 — 1 4 ] 对钢纤维混凝土的力学性能进行了 试 验研 究 ， 研 究表 明 ， 钢纤 维混凝 土 的力学性 能 与 材 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 0 2 — 2 6 ；修订 日期 ： 2 0 1 3 — 0 5 — 0 7 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 2 0 8 1 8 3 ) 第一作者 ： 苏承东( 1 9 6 1 一 ) ， 男 ， 陕西佛坪人 ， 河南理工大学教授级高工 ， 硕士生导师． E — ma i l ： s u c d @h p u ． e d u ． c n 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 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 第 4期 苏承东 ， 等 ： 钢纤维高性能混凝土劈裂强度与变形特性分析 5 9 1 [6] [7 ] [8] [9] [ 1 o ] r e l a t i o n s [ J ] ． J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 3 ) ： 3 2 3 — 3 2 7 ． ( i n Ch i ne s e ) 李长永 ， 赵顺波 ， 钱晓军． 砂 率对剪切 型钢纤 维增强混 凝土性 能的影响[ J ] ． 建筑材料学报 ， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 2 ) ： 2 4 7 — 2 5 2 ． L I Ch a n g y o n g ， Z HAO S h u n b o ， QI AN Xi a o j u n ． E f f e c t o f s a n — d r a t i o o n t h i n — p l a t e s h e a r i n g s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e [ J ] ． J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 2 ) ： 2 4 7 — 2 5 2 ． ( i n Ch i n e s e ) 焦楚杰 ， 孙伟 ， 高培 正， 等． 钢纤 维高性 能混凝 土力学性 能研 究 [ J ] ． 混凝土与水泥制品 ， 2 0 0 5 ( 5 ) ： 3 5 — 3 8 ． J I AO C h u j i e ， S UN We i ， GAO P e i z h e n g ， e t a 1 ． S t u d y o n t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t y o f s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d h i gh — s t r e n gt h c o n c r e t e [ J ] ． C h i n a C o n c r e t e a n d Ce me n t P r o d u c t s ， 2 0 0 5 ( 5 ) ： 35 - 3 8 ． ( i n Ch i ne s e ) 焦楚杰 ， 孙伟 ， 张亚梅 ， 等． 钢纤维高性能混凝土在不 同应变 率 时 的单轴受压性能 [ J ] ． 建筑结 构 ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 8 ) ： 6 5 — 6 7 ． J I AO C h u j i e ， S UN We i ， Z HANG Ya me i ， e t a 1 ． M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f S FRHS C u n d e r u n i a x i a l c o m p r e s s i o n wi t h d i f f e r — e n t s t r a i n r a t e [ J ] ． B u i l d i n g S t r u c t u r e ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 8 ) ： 6 5 — 6 7 ． ( i n Chine s e ) 焦楚杰 ， 孙伟 ， 周云． 钢纤维 混凝土 准静态单轴 受压力 学性能 [ J ] ． 重庆建筑大学学报 ， 2 0 0 6 ， 2 8 ( 2 ) ： 5 6 — 5 8 ． J I AO Ch u j i e ， S UN We i ， Z HOU Yu n ． Qu a s i — s t a t i c me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f S F RC u n d e r u n i a x i a l c o mp r e s s i o n [ J ] ． J o u r n a l o f Ch o n g q i n g J i a nz h u Un i v e r s i t y， 2 0 0 6， 2 8( 2) ： 5 6 - 5 8 ．(i n Ch i — n e s e ) 杨萌 ， 黄承逵 ， 刘 毅． 钢纤维高 性能混凝 土抗剪性 能试验研 究 口] ． 大连理工大学学报 ， 2 0 0 5 ， 4 5 ( 6 ) ： 8 4 2 — 8 4 6 ． YANG M e n g， HU ANG Ch e n g k u i ， LI U Yi ． Exp e r i m e n t a l r e 一 [ 1 1 ] [ 1 2 ] 口3 ] [ 1 4 ] s e a r c h 0 n s h e a r b e h a v i o r o f h i g h - s t r e n g t h S F R C[ J ] ． J o u r n a l o f Da l i a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o gy ， 2 0 0 5， 4 5( 6 )： 8 4 2 — 8 46 ． ( i n Ch i ne s e ) ． 杨 萌， 黄承逵． 钢纤维高性能混凝士轴拉性能试验研究[ J ] ． 土 木工程学报， 2 0 0 6 ， 3 9 ( 3 ) ： 5 5 — 6 i ． YANG M e n g，HU ANG Ch e n gk u i ． S t u d y o n s t r e s s — s t r a i n c u r v e o f h i g h s t r e n g t h s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c o nc r e t e u n d e r u — n i a x i a l t e n s i o n [ J ] ． Ch i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ， 2 0 0 6 ， 3 9 ( 3 )： 5 5 — 6 1 ． ( i n Ch i n e s e ) 高丹盈 ， 赵军 ， 汤寄予． 钢纤 维高性能混 凝土劈拉 强度尺寸 效 应试验研究 [ J ] ． 建筑材料学报 ， 2 0 0 4 ， 7 ( 3 ) ： 2 9 5 — 2 9 8 ． GAO Da ny i n g，Z HA0 J u n， TANG J i y u ．Ex p e r i me n t a l s t u d y o n t h e i me n s i o n a l e f f e c t o f s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d hi g h s t r e n g t h c o n c r e t e u n d e r s p l i t t i n g t e n s i o n [ J ] ． J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e — r i a l s ， 2 0 0 4， 7( 3) ： 2 9 5 - 2 9 8 ． ( i n Ch i n e s e ) 严少华 ， 钱七 虎， 孙伟 ， 等． 钢 纤维高 强混凝 土单 轴压 缩下应 力一 应变关系[ J ] ． 东 南大 学学 报 ： 自然科 学版 ， 2 0 0 1 ， 3 1 ( 2 ) ： 7 7 — 8 0 ． YAN S ha o hu a ， QI AN Qi hu S UN We i ． e t a 1 ． S t r e s s s t r a in r e l a — t i o n s hi p o f h i gh — s t r e n g t h s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n c o mp r e s s i o n [ J ] ． J o u r n a l o f S o u t h e a s t Un i v e r s i t y ： N a t u r a l S c i — e nc e 。 2 0 0 1， 3 1( 2 )： 7 7 — 8 0 ． ( i n Chi n e s e ) 王海涛， 王立成． 钢纤维改善轻骨料混凝土力学性能的试验研 究口] ． 建筑材料学报 ， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 2 ) ： 1 8 8 — 1 9 4 ． W ANG Ha i t a o， W ANG Li c he n g ．Ex p e r i me nt a l s t u d y o n me — c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s t e e l f i be r r e i nf o r c e d l igh t we i g h t a g g r e — g a t e c o n c r e t e [ J ] ． J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 2 ) ： 1 8 8 — 1 9 4 ． ( i n Ch i n e s e ) ( 上 接 第 5 8 5页 ) [ 1 7 ] 张誉 ， 蒋 利学 ． 基 于碳化机 理的混凝土碳化深度 实用数学模 型 [ J ] ． 工业建筑 ， 1 9 9 8 ， 2 8 ( 1 ) ： 1 6 - 1 9 ． ZH ANG Yu， J I ANG Li x ue ． A p r a c t i c a l m a t h e ma t i c a l mo d e l o f c o n c r e t e c a r b o n a t i o n d e p t h b a s e d o n t h e me c h a n i s m[ J ] ． I n — du s t r i a l Co ns t r u c t i o n， 1 99 8， 2 8( 1 ) ： 1 6 — 1 9 ． ( i n Ch i n e s e ) [ 1 8 ] 肖佳 ， 周 士琼． 酸雨条件下低钙粉煤灰对水泥砂浆强度 的影 响 [ J ] ． 建 筑材料 学报 ， 2 0 0 5 ， 8 ( 4 ) ： 4 4 0 — 4 4 5 ． XI A0 J i a， ZH0U Sh i q i o n g ．Ef f e c t o f l o w- c a l c i u m f l y a s h o n c e me n t mo r t a r s t r e n g t h i n a c i d r a i n c o n d i t i o n [ J ] ． J o u r n a l o f Bu i l di n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 5， 8 ( 4 )： 4 4 0 — 4 4 5 ．( i n Ch i n e s e ) [ 1 9 ] s AR I C I ME N H， S HAME E M M， B AR RY M S ， e t a 1 ． Du r a b i l — i t y o f p r o p r i e t a r y c e m e n t i t i o u s ma t e r i a l s f o r u s e i n wa s t e wa t e r t r a n s p o r t s y s t e ms [ J ] ．C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， [ 2 0 ] [ 2 1 ] 2 0 0 3， 2 5( 5 ／ 6 ／ 7 )： 4 2 1 - 4 27 ． 霍润科． 酸性环境下砂浆、 砂岩材料的受 酸腐蚀过程及其基本 特性劣化规律的试验研究[ D ] ． 西安 ： 西安理工大学 ， 2 0 0 6 ． H UO Ru nk e ． Ex p e r i m e n t a l r e s e a r c h o n p r o g r e s s i v e a n d d e t e — r i o r a t i v e c h a r a c t e r i s t i c s o f s a nd s t o n e a n d mo r t a r ma t e r i a l s s u b j e c t e d t o h y d r o c h l o r i c a c i d c o r r o s i o n [ D ] ． Xi ’ a n： X i ’a n Un i — v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， 2 0 0 6 ．( i n Ch i ne s e ) 牛建刚． 一般大气环境 多因素作用混凝土 中性化研究[ D] ． 西 安 ： 西安建筑科 技大学 ， 2 0 0 8 ． NI U J i a n g a n g ． Co n c r e t e n e u t r a l iz a t i o n i n t h e a t mo s p he r i c a n — v i r o n me n t b a s e d o n mu l t i— f a c t o r e f f e c t s [ D ] ． Xi ’ a n ： xi ’ a n Un i — v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o g y， 2 0 0 8 ． ( i n Ch i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m