新型粗聚烯烃纤维高性能混凝土弯曲韧性.pdf

第 1 7卷第 2 期 2 0 1 4年 4月 建筑材料学报 J 0URNAL 0F BUI LDI NG M ATERI AI S V0 1 17 NO 2 Ap r ， 2 01 4 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 2 2 8 0 6 新型粗聚烯烃纤维高性能混凝土弯 曲韧性 邓 宗 才 ， 刘 国平。 ， 杜 超 超 ， 施 慧聪 ( 1 北京 工业大 学 城市 与重大 工程安 全减 灾省部 共建 重点 实验 室 ， 北 京 1 0 0 1 2 4 ； 2 上海罗 洋新 材料科 技有 限公 司 ，上海 2 0 0 1 2 0 ) 摘 要 ：基 于 美国 AS T M C I 5 5 0标 准 ， 采 用 圆板 试 件研 究 了新型 粗 聚烯 烃 纤 维混 凝 土 的 弯 曲韧 性 ， 探 讨 了纤 维掺 量和 纤 维长度对 纤 维混凝 土板 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 随 着粗 聚烯 烃 纤 维掺 量 、 纤 维 长度 的增加 ， 纤 维混凝 土板 的能量 吸收值 逐渐 提 高 按 照 日本 J S C E S F 4韧 性评 价 方 法 ， 掺 量 为 6 ， 8 ， 1 1 k g m。的粗聚 烯烃 纤维混凝 土 梁的韧性 指标 ， 比相 同掺 量 的 中等 弹模 纤 维增 强混凝 土 分 别提 高 了 1 O 1 ， 6 8 ， 7 6 ， 比掺 量 为 1 5 6 k g m。的钢纤 维增 强混凝 土分别提 高 了 6 5 ， 9 0 ， 1 3 8 关键 词 ：粗 聚烯 烃 纤维 ；弯 曲韧 性 ；韧性 指标 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 2 0 0 8 Fl e x u r a l To u g h ne s s o f a Ne w K i n d o f M a c r o p o l y o l e f i n Fi b e r Re i nf o r c e d H i g h Pe r f o r m a nc e Co nc r e t e DENG Zo n gc ai ，LI U Guo pi ng ，DU Ch ao c ha o ，SH I H ui c o n g ( 1 Ke y La b o r a t o r y o f Ur b a n S e c u r i t y a n d Di s a s t e r En g i n e e r i n g ，Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n，Be i j i n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， B e i j i n g 1 0 0 1 2 4，C h i n a ；2 S h a n g h a i Ro y a n g I n n o v a t i v e Ma t e r i a l Te c h n o l o g i e s Co L t d ，S h a n g h a i 2 0 0 1 2 0 ，Ch i n a ) Abs t r a c t ：Ba s e d on t he s t a n da r d O ASTM C1 5 5 0，t e s t O f c i r c u l a r pl a t e wa s f o r t he f i r s t t i me i nt r od uc e d i n Chi na t o e xa m i ne t h e e f f e c t of a n e w ki nd o f ma c r o p ol y o l e f i n f i b e r o n t he f l e xu r a l t o ug hn e s s o f f i b e r r e i n f or c e d c on c r e t e p l a t e Co mp a r e d wi t h t he f l e xu r a l t o ug hne s s t e s t o f b e a m s，i t i S s ho wn t ha t t he t e s t o f c i r c u l a r pl a t e s i S mo r e s u i t a bl e t o e v a l u a t e t he f l e x ur a 1 t ou gh ne s s of ma c r o s y nt he t i c f i be r r e i n f o r c e d c o nc r e t e The e n e r gy a bs o r b t i o n v a l ue i nc r e a s e s wi t h i nc r e a s e i n f i b e r l e n gt h a n d v o l ume App l y i ng t he e v a l ua t i o n s y s t e m o f J a p a n J S CE S F 4，f o r t h e s a me f i b e r q u a n t i t y 6 ，8 ，1 1 k g m。 ，t h e f l e x u r a l t o u g h n e s s i n d e x o f p ol y o l e f i n f i be r r e i nf o r c e d c o nc r e t e wa s i nc r e a s e d by 1 0 1 ， 6 8 ，76 h i g he r t ha n t h a t of mi d e l a s t i c mo d u l a r f i b e r r e s p e c t i v e l y a n d 6 5 ，9 0 ，1 3 8 h i g h e r t h a n t h a t o f 1 5 6 k g m。s t e e l f i b e r Ke y wo r d s：ma c r o po l y ol e f i n f i be r ；f l e x ur a l t o ug hn e s s ；f l e xu r a l t ou gh ne s s i n d e x 普通 混凝 土容 易开裂 ， 常发 生脆性 破坏 乱 向分 布 于混凝 土 中的纤维 对裂缝 扩展具 有 良好 的抑 制作 用 ， 可显著 改善 混 凝 土 裂后 性 能 ， 提 高 混凝 土 韧 性 纤维 在拔 出或 拔 断 的过 程 中吸 收大 量 能量 ， 有利 于 改善混凝土的抗震耗 能能力 粗合成纤维具有分散 性 良好 、 阻裂增 韧效 果显 著 ， 可有 效改 善硬化 混 凝 土 裂后行为的特点 ， 能提高其抗疲劳、 抗冲击和抗震等 性 能l 】 ， 克 服 了钢 纤维 易结 团 、 对设 备磨 损 大 、 易生 锈 等不 足 韧性 是纤 维混 凝 土 的 重要 特 性 ， 韧 性 指标 已成 为开发新 品种 纤 维 、 甄 选纤 维 品种 、 确 定 纤 维掺 量 、 设 计纤 维混凝 土 配 合 比、 检 测 和 控 制混 凝 土 质 量 的 重 要指 标 4 J 本 文采用 圆板 试 件 和 梁试 件 ， 对 两 种 国产 粗合 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 2 - 0 2 ；修订 日期： 2 0 1 3 0 1 1 4 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 3 7 8 0 3 2 ) ； 教育部博 士点基金资助项 目( 2 0 1 3 1 1 0 3 l 1 0 0 1 7 ) 第一作者： 邓宗才 ( 1 9 6 1 -) ， 男 ， 陕西扶风人 ， 北京工业大学教授， 博士生导师 。 博士 E ma i l ： d e n g z c b j u t 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 2期 邓宗才 ， 等 ： 新型粗 聚烯烃纤维 高性 能混凝 土弯曲韧性 模 纤维 混凝 土 提高 了 1 3 2 9 6 ， 1 4 4 和 1 6 5 9 6 ； 纤 维 掺 量 为 8 k g m。 时 ， 分 别 提高 了 1 0 5 ， 8 9 和 1 3 7 ； 纤 维掺 量 为 1 1 k g m。时 ， 分 别提 高 了 7 3 ， 7 1 和 1 1 3 可见 ， 在 挠度 较大 时 ， 聚烯烃 纤维 混凝 土 韧性 指 标 P C S 明显 高 于 中等 弹 模 纤 维 混 凝 土 ， 即 聚烯 烃 纤维 对混 凝 土 裂后 韧 性 性 能 的 提 升更 明显 总体 上 说 ， 聚烯烃 纤 维 对 于改 善混 凝 土 抗 弯 韧 性 的 能力 要 明 显优 于 中等 弹 模 纤 维 6 k g m。聚烯 烃 纤 维 与 1 5 6 k g m。钢 纤 维 混 凝 土 梁 相 比 ， 挠 度 为 L 3 0 0 ( 1 ram) ， L 2 0 0 ( 1 5 mr n ) 和 L 1 5 0 ( 2 ram) 时 ， 前 者 比后 者的韧 性指 标 P C S 分别 提 高 了 5 3 ， 1 0 7 和 1 3 7 聚烯 烃纤 维掺 量 8 k g m。 和 1 1 k g m。时 ， 其 韧 性指 标 比钢纤 维混 凝土 提高 的 幅度更 大 4 板 、 梁韧性评价 方法 比较 4 1 破 坏形 态 聚烯 烃 纤维 混凝 土梁试 件 的破 坏主 要集 中在 梁 跨 中 的 1条 裂 缝上 ， 随着 荷 载 的增 大 ， 裂缝 萌 生 、 扩 展 直至试 件 破坏 聚烯 烃 纤 维 混 凝 土 圆板 试 件 破 坏 时 表面通 常会 出现 3条 主 裂缝 ， 这种 破坏 形 态 更 有 利 于能量 的吸收 和 消 耗 聚 烯 烃纤 维 混凝 土 梁 试 件 在挠 度达 到 2 mm 时 就 接 近 破坏 ， 而 聚 烯 烃 纤 维 混 凝土圆板试件 的挠度在 2 0 mm 时仍能承受较大荷 载 ， 挠度 可 发 展 到 5 0 mi t t 左 右 ， 所 以 圆板 试 件 更 适 合 于测定 纤 维混 凝 土 的 弯 曲韧性 ， 且 圆板 试 件 的破 坏形 态更 接 近于工 程 实际 4 2耗 能指 标 聚烯 烃纤 维 混凝 土 圆板 试 件破 坏 时 ， 试 件 能 量 吸 收值达 到 了 6 2 0 6 J ， 而 聚烯烃 纤 维混 凝 土梁 试 件 破坏 时 ， 能量 吸收值 为 2 4 6 J ， 即纤 维混 凝 土 圆板 试 件 吸收 的能量 是梁试 件 的 2 5倍 ， 圆板试 件 破坏 时 吸 收能 量值 远 高于梁试 件 4 3受力状 态 粗纤 维一 般适 合 用 于 混 凝 土 薄 板 结 构 ， 具 有 较 高的经济性， 如工业地坪、 楼板、 隧道衬砌 和污水池 等大 板结 构 ， 而 圆板 试 件 更 接 近 大板 结 构 的受 力 状 态 ， 所 以用 圆板 试验 甄选 纤维 、 确 定其合 理 掺量 和 长 度 比较科 学 5 结 论 ( 1 ) 随着纤 维掺 量 的增加 ， 聚烯烃纤 维 混凝 土 圆 板 试件 和梁 试 件 的抗 弯 韧性 均得 到 了不 同程度 的提 高 ， 荷 载一 挠 度全 曲线 变得更 加 饱满 、 平 滑 ， 且 曲线 的 下 降段也 变得 愈加平 缓 ( 2 ) 聚烯烃 纤维 混凝 土 圆板试 件 的弯 曲韧 性 、 能 量 吸收值 主要与纤维 掺量和纤 维长度 有关 ， 纤 维掺 量 增加后 ， 能量吸收值有所提高； 增加纤维长度 ， 有利于 改善聚烯 烃纤维混凝 土裂 后变形性 能和耗能能力 ( 3 ) 采 用 日本 J S C E S F 4和 Ne mk u ma r 等 定 义 的韧性 指标 评 价方 法 均 得 出 ， 聚 烯 烃 纤 维改 善 混 凝 土抗 弯韧性 的能 力要 明显优 于 中等 弹模纤 维 和钢 纤 维 的结 论 ( 4 ) 从 破坏形 态 、 能量 吸收 值和受 力状 态 等方 面 看 ， 圆板试 件更适 合评 价粗 纤 维混凝 土 的弯 曲韧性 参考 文献 ： 1 邓宗 才 ， 薛 会青 ， 李朋 远 P VA纤 维增 强 混凝 土 的弯 曲 韧性 J 南水北调与水利科技 ， 2 0 0 7 ， 5 ( 5 ) ： 1 3 9 1 4 1 DENG Zo n g c a i ， XU E Hu i q i n g，L I Pe n g y u a n Fl e x u r a l t ou gh n e s s o f p o l y v i ny l a l c o h o l ( P VA ) f i b e r r e i n f o r c e d c o nc r e t e b e a ms J S o u t h t o No r t h Wa t e r T r a n s f e r s a n d Wa t e r S c i e n c e Te c h n o l o g y， 2 0 0 7， 5 ( 5 )： 1 3 9 1 4 1 ( i n Ch i n e s e ) 2 邓宗才 ， 何唯平， 张国庆 高性 能腈纶纤维混凝土韧性评价方法 J 混凝土 ， 2 0 0 3 ( 1 1 ) ： 1 1 - 1 3 DENG Z o n g c a i ， HE W e i p i n g， ZHANG Gu oq i n g To u gh n e s s e v a l u a t i n g m e t h o d s f o r p o l y a c r y l o n i t r i 1 e f i b e r r e i n f o r c e d c o nc r e t e J C o n c r e t e ， 2 0 0 3 ( 1 1 ) ： 1 1 - 1 3 ( i n C h i n e s e ) 3 丁一宁 ， 曹继锋 聚丙烯 长纤维高性 能混凝土 性能研究 J 大 连理工大学学报 ， 2 0 0 7 ， 4 7 ( 5 ) ： 7 0 7 7 1 1 DI NG Yi n i n g， CAO J i f e n g Ex p e r i me n t a l s t u d y o f b e ha v i o r o f mo d i f i e d ma c r o 。 p o l y p r o p y l e n e f i b e r r e i n f o r c e d h i g h p e r f o r m a n t e c o n c r e t e J J o u r n a l o f D a l 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 7， 4 7 ( 5 )： 7 07 7 1 1 ( i n Ch i n e s e ) 4 邓宗才 ， 李 建辉 新型 腈纶 纤维 混凝 土 的弯 曲韧 性试 验研 究 J 混凝土与水泥制品 ， 2 0 0 4 ( 6 )： 3 9 4 I DENG Zo ng c a i ，LI J i a n h u i Te s t i n g r e s e a r c h o n t he f l e x u r a l t o u g h n e s s o f a n e w k i n d o f a c r y l i c f ib e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e J Co n c r e t e a n d Ce m e n t Pr o du c t s ， 2 0 0 4 ( 6 )： 3 9 - 41 ( i n Ch i ne s e ) E s AS TM C1 5 5 0 0 3 a S t a n d a r d t e s t me t h o d f o r f l e x u r a l t o u g h n e s s o f f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ( u s i n g c e n t r a l l y l o a d e d r o u n d p a n e 1 ) I s 6 J S C E S F 4 Me t h o d o f t e s t f o r f l e x u r a l s t r e n g t h a n d f l e x u r a l t o u g h n e 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 o n c r e t e S 7 NE MKUMA R B， TR OTT I E R J - F Te s t me t h o d s f o r f l e x u r a l t o u gh n e s s c h a r a c t e r i z a t i o n o f f i b e r r e i nf o r c e d c o n c r e t e ：S o me c o n c e r n s a n d a p r o p o s i t i o n J AC I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 5 ， 9 2 ( 1 )： 4 8 5 7 8 王现卫， 邓宗才 合成纤维混 凝土梁 弯曲韧性研 究 J 工程建 设 ， 2 0 0 7 ， 3 9 ( 2 ) ： 1 0 - 1 7 W ANG Xi a nwe i ， DENG Z o n g c a i S t u d y o n f l e x u r a l t o u g h ne s s o f s y n t h e t 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 b e a m J E n g i n e e r in g Con s t r u c t i o n， 2 0 0 7， 3 9( 2 )： 1 0 l 7 ( in Chi n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m