有机仿钢纤维增强混凝土断裂韧性及抗裂性能研究.pdf

2 0 1 3 年 第 2 期 (总 第 2 8 0 期 ) Nu mb e r 2 i 1 1 2 0 1 3 ( T 0 t a l No 2 8 0) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE 有机仿钢纤维增强混凝土断裂韧性及抗裂性能研究 常洪雷 ，金祖权 ，任鹏程 ( 1 青岛理工大学 土木工程学院，山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ；2 青荣城际铁路指挥部 ，山东 青岛 2 6 4 0 0 0 ) 摘要 ： 研究了有机仿钢纤维对高性能混凝土抗压强度 、 断裂韧性及抗裂性能的影 响。 结果显示 ， 掺加有机仿钢纤维对高性能 混凝土的抗压强度影响不大， 但可以显著提高其断裂韧性和抗裂性能， 且随着掺量的增加 ， 效果愈显著。 关键词 ： 有机仿钢纤维；抗压强度；断裂能；抗裂性能 中图分类号： T U5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 0 0 一 O 0 St u d y o n f r a c t u r e t ou g h n e s s a n d c r a c k r e s i s t a n c e o f s t e e l - w i r e - l i k e o r g a n i c f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e CHANGHo ng - l e i 。 ， J I N Zu qu a rt ， REN Pe n g- c h e n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， Q i n g d a o T e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y ， Q i n g d a o 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a ； 2 Q i n g r o n g I n t e r - c i ty R a i l wa y H e a d q u a r t e r s ， Q i n g d a o 2 6 4 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： E v a l u a t i o n s o f t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ， f r a c t u r e t o u g h n e s s a n d c r a c k r e s i s t a n c e c a p a c i ty f o r s t e e l wi r e l i k e o r g ani c r e i n - f o r c e d h i g h pe r f o r man c e c o n c r e t e wa s c o n d u c t e d The e x pe rime nt a l r e s u l t s s h o we d t h a t wh i l e s t e e l wi r e l i k e o r g a ni c fibe r ha d l i t t l e i n flu e nc e o n c o mpr e s s i v e s t r e n g t h of h i g h p e r f o rm a n c e c o nc r e t e， i t c o u l d d r a ma t i c a l l y i n c r e a s e the fra c t u r e t o ug h n e s s an d c r a c k r e s i s t a nc e ， wh i c h wa s p r o p o r t i o n a l t o the d os a g e o f s t e e l wi r e l i k e o r g an i c fib e r Ke yw o r d s ： s t e e l - wi r e -l i k e o r g an i cfi b e r ； c o mp r e s s i v e s t r e n g t h； fra c t u r et o u g h n e s s ； c r a c k r e s i s t a n c e 0 引 言 目前我国工程建筑正在大规模开展， 这些工程大多都 提出了很高的寿命要求。 为了保证工程服役寿命的要求， 高性能混凝土得到了大量的应用 1 。 然而混凝土本身所具 有的缺 陷， 如抗裂性能差、 韧性过低易脆性断裂等 ， 这在一 定程度上又限制 了高性能混凝土进一步发展闭 。 有机仿钢纤 维断裂强度很高 ， 纤维分散性好 ， 混凝土 拌合物工作性能好 ， 经过表面改性处理 的有机仿钢纤维与 水泥基材料有很好的黏结力 ， 可以充分利用混凝土或砂 浆与纤维的增强原理啊 。 而且有机仿钢纤维很难与酸 、 碱反 应 ， 不会被空气氧化 ， 也不会发生类似钢纤维 的锈蚀情况 ， 同时具有质轻 ， 经济 的优点嘲 。 但有机仿钢纤维是一种新型纤维材料， 关于其在高性 能混凝 土中应用 的研究还很少。 本试验主要通过在高性能 混凝土中掺加不同量的有机仿钢纤维， 研究其对高性能混 凝土抗压强度、 断裂韧性及抗裂性能的影响， 并为其推广 应用提供相应依据。 1 试验 1 1 原材料及配合比 本试 验选用 的 P 0 4 2 5 R级水 泥 由山东 山水 水泥集 团有限公司青岛分公 司提供 ； 粉煤灰 由青 岛鲁青生产 ； 矿 粉 由青 岛家梁足球工贸有 限公司新 型建材厂生产 ； 硅灰平 均粒径 为 0 2 Iz m。 水泥 、 粉煤灰 、 矿粉及硅灰的化学组成如 表 1 所示 。 粗集料采用粒径为 5 2 5 m m 的碎石 ， 连续级配 ； 细集料采用的河砂 为中砂 。 外加剂 为江苏博特 的 P e A 4 C 型高效聚羧酸减水剂。 有机仿钢纤维由深圳维特耐工程有 限公司生产 ， 其技术指标如表 2所示 ， 形貌如图 1 所示 。 表 1 水泥、 粉煤灰、 矿粉及硅灰的化学组成 化学组成S i O 2 A 1 2 0 3 F e 2 0 3 C a O Mg O S O 3 N a 2 0 f - C a O 断裂强度 初始模量 断裂伸长率 直径 长度 MPa瓜 Pa mm mm 4 6 0 6 1 0 0 2 2 0 5 - 0 8 5 3 O 5 0 高性能纤维混凝土的配合比如表 3 所示。 1 2试验 方法 ( 1 ) 抗压性能试验。 对养护不同龄期的纤维混凝土， 采 用无锡东仪制造科技有限公司生产的 D Y 2 0 0 8型全 自动 收稿日期：2 0 1 2 - 0 8 - 0 4 基金项目： 国家自然科学基金项目( 5 1 1 7 8 2 3 0 ， 5 0 7 0 8 0 4 6 ) ； 山东省自然基金( Z R 2 0 0 9 F Q 0 1 1 ) ； 高性能土木工程材料国家重点实验室开放基金 ( 2 0 1 0 C E M0 0 6 ) ； 江苏省土木工程材料重点实验室基金 46 参 考文 献 ： 1 吴中伟， 廉慧珍 高性能混凝土【 M E 京： 机械工业出版社， 2 0 0 4 2 】廉慧珍 对“ 高性能混凝土” 的再反思 J 混凝土世界， 2 0 1 0 ( 1 2 ) ： 8 -1 1 【 3 徐至韵 纤维增强混凝土技术及应用 M 】 E 京： 中国建筑工业出 版社 ， 2 0 0 3 4 李志龙 有机仿钢纤维增强混凝土试验研究叨 桥梁检测与加 固， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 4 3 4 5 b ut i o n a n d o x y g e n d i f f u s i o n r e s i s t a n c e o f p o l y me r mo d i fie d mo r - t a s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 1 ， 2 1 ( 2 3 ) ： 3 0 9 3 1 5 6 丁涛， 邢锋， 张晓强 有机仿钢纤维和 冈 纤维对钢渣混凝土性能 的影响【 J 中国粉体技术， 2 0 1 0 ， 1 6 ( 4 ) ： 7 2 7 4 ， 7 8 作者简介 联系地址 【5 】 O H A M A Y ， D E M U R A K ， K O B A Y A S H I K , e t a 1 P 0 r e s i z e d i s tr i 一 壁墨皇 上接第 3 5页 表 2 绿色混凝土抗压强度预测结果 误差能够满足要求。 4 评价指标的权重计算 利用样本集对 网络进行 训练的 目的在于训练 网络系 统的权重值 ， 经输入层与中间隐含层 的网络权值用 蛳 表示 ， 中间层到输出层间的权值用表示 ， 研究不同因素对抗压 强度影响程度 的大小 ， 第 i 个输人变量神经元 的权重 贡献 率， 用式( 3 ) 计算嘲 ： 常洪雷( 1 9 8 8 一 ) ， 男， 硕士， 从事高性能混凝土制备及 性能研究。 山东省青岛币四方区抚顺路 1 1 号 青岛理工大学 ( 2 6 6 0 3 3 ) 1 5 0 5 32 0 0 4 7 4 指标是影响绿色混凝土抗压强度的主要因素。 5结 论 根据水 泥 、 石灰 石粉 、 低 品质粉煤灰 、 机制砂 、 碎石 、 水 、 减水剂等成分因素建立 的 B P神经 网络抗压强度预测 模型， 得出的预测值与试验的实际数值比较吻合， 预测精 度能满足要求。 影响绿色混凝土抗压强度的主要因素有水 泥、 石灰石粉 、 低 品质粉煤灰和水 ， 在实践 中应主要控制好 这四者的掺量以更好的控制绿色混凝土的抗压强度。 参考 文献 ： 1 吴中伟 ， 廉慧珍 高性能混凝土 M 北京 ： 铁道出版社 ， 1 9 9 9 2 徐国强， 刘娟红， 乔兰， 等 双掺石灰石粉和粉煤灰绿色高性能 混凝土研究 J 武汉理工大学学报， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 2 1 ) ： 2 2 2 6 【 3 李红， 彭涛 基于 B P 、 R B F 神经网络混凝土抗压强度预测 J 】 武 汉理工大学学报， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 8 ) ： 3 3 3 6 ( 3 ) 4 】周双喜， 赵碧华 人工神经网络在掺活化煤矸石粉混凝土强度 预测中的应用 J 混凝土， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 2 6 2 8 7 个变量的权重及其对 3 d抗压强度 、 7 d 抗压强度和 2 8 d 抗压强度重要程度见表 3 。 表 3 评价指标权重计算结果 由表 3可以看出， 水泥、 石灰石粉和水对绿色混凝土 3 d抗压强度影响较大， 石灰石粉、 低品质粉煤灰和水对绿 色混凝土 7 、 2 8 d 抗压强度影响较大。 且随着绿色混凝土龄 期的增加 ， 水泥对抗压强度的影响逐渐减小， 低品质粉煤 灰对抗压强度的影响逐渐增大， 水对抗压强度的影响逐渐 减小 。 因此， 水泥、 石灰石粉 、 低品质粉煤灰和水 4 个成分 5 】王继宗， 倪宏光 基于 B P 神经网络的水泥抗压强度预测研究 J 】 硅酸盐学报， 1 9 9 9 ， 2 7 ( 4 ) ： 4 0 8 4 1 4 6 】李小雷 ， 邓寅生 ， 何小芳 ， 等 应用人工神经网络预测高掺量粉 煤灰混凝土的强度l=J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 2 0 2 2 7 陈强， 王新刚 人工神经网络在混凝土强度预测中的应用 J 工 业建筑 ， 2 0 0 7 ， 3 7 ( S 1 ) ： 1 0 1 3 1 0 1 6 8 】于山， 王海霞， 马亚杰 三层 B P神经网络地震灾害人员伤亡预 测模型【 J l _地震工程与工程振动， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 6 ) ： 1 1 3 1 1 7 作者简介： 徐国( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 副教授， 工学博士， 主要从事土木 工程材料和工程结构抗灾与结构抗震方面的教学与 研究工作。 联系地址： 河北省唐山市新华西道 4 6 号 河北联合大学建筑工 程学院办公室( 0 6 3 0 0 9 ) 联系电话 ： o 3 1 5 2 5 9 2 3 0 6 4 9 一 1 、 l 一 1 一 一