多因素影响下铣削型钢纤维混凝土劈裂抗拉强度.pdf

第 1 7卷第 3 期 2 0 1 4年 6月 建筑材料学报 J 0URNAL 0F BUI LDI NG MATE RI ALS Vo1 1 7， No 3 J u n ， 2 0 1 4 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 3 8 3 0 6 多 因素影 响下铣 削型钢 纤维混凝 土劈裂抗拉强度 张廷毅 ， 汪 自力 ， 朱 海堂。 ， 郑光和 ( 1 黄河 水利 科学 研究 院 工 程力 学研究 所 ， 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ； 2 郑州大学 水利与环境学院， 河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ) 摘 要 ： 通 过铣 削型钢 纤维 混凝 土立 方体 试块 劈裂抗 拉 试验 ， 探 讨 了钢 纤维 体积 分数 ( ) 、 粗 骨料 最 大粒径 ( ) 和 水灰 比 ( mw m。 ) 等 因素对铣 削型钢 纤 维混 凝 土劈 裂 抗拉 强度 ( f ) 的影 响 结 果表 明 ： 铣 削型钢 纤 维 平 均 长度 为 3 5 mm 时 ， 能 够 显 著提 高 混 凝 土 的 劈 裂 抗 拉 强度 ， 随 着 ， ( 2 0 ram) 增加 ， 厂 f 及 其 增益 比逐 渐增 加 ； 随着 mw m 增加 ， 及 其增 益 比逐 渐减 小 ； 铣 削型钢纤 维混 凝 土劈裂 抗拉 强度 与 测试试 块 断 面特 性 有 关 ， 在 试 验 结 果 分析 的基 础 上 ， 建 立 了铣 削型 钢 纤 维混 凝土劈裂抗拉强度计算模型 ； 采用 B P神经网络对铣 削型钢纤维混凝土劈裂抗拉强度进行 了预测 关 键词 ：劈 裂抗拉 强度 ； 铣 削型钢 纤 维 ； 粗 骨料 ；水灰 比；混凝 土 中 图分 类 号 ： TU5 2 8 5 7 1 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 3 0 0 3 S p l i t t i n g Te n s i l e S t r e ng t h o f M i l l Cu t S t e e l Fi b e r Re i nf o r c e d Co n c r e t e u n d e r M u l t i pl e I n f l u e nt i a l Fa c t o r s ZH A NG Ti ngyi ，W _AN G Zi l i ， ZH 己 ，Hai t an g ， ZH ENG Gua ngh e ( 1 I ns t i t ut e of Eng i ne e r i n g M e c h a ni c s，Ye l l ow Rive r I ns t i t ut e o f Hyd r a u l i c Re s e a r c h，Zh e ng z h ou 45 00 03，Chi n a； 2 Co l l e g e o f W a t e r Co n s e r v a n c y& En v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g ， Z h e n g z h o u Un i v e r s i t y ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2 ，Ch i n a ) Abs t r a c t ：Th r o u gh s p l i t t i n g t e ns i l e s t r e n gt h t e s t on t he c ubi c s p e c i me ns o f mi l l c u t s t e e l f i be r r e i nf o r c e d c o n c r e t e ( S FRC) ，e f f e c t s o f i n f l u e n c i n g f a c t o r s i n c l u d i n g t h e f i b e r v o l u me f r a c t i o n( f )，t h e ma x i mu m c o a r s e a g g r e g a t e s i z e ( d )a n d t h e wa t e r c e me n t r a t i o ( mw mc )u p o n t h e s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f mi l l c u t S F R C( f f t )we r e s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t s t e e l f i b e r s a r e a b l e t o i mp r o v e t h e s p l i t t i n g 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 wh e n t h e a v e r a g e l e n g t h o f s t e e l f i b e r i s 3 5 mm_厂 f t a n d i t s i n c r e me n t r a t i o t e n d t o i n c r e a s e a s o r d m a ( 2 0 mm)i n c r e a s e s Ho we v e r厂 f t a n d i t s i n c r e me n t r a t i o t e n d t o d e c r e a s e a s 7 w mc i n c r e a s e s f f t i s r e l a t e d t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c r o s s s e c t i o n o f t h e s p e c i me n Ba s e d o n t h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s，a c ompu t a t i on a l mod e l i s pr o p os e d t o c a l c ul a t e t he s p l i t t i ng t e n s i l e s t r e ng t h o f mi l l c u t SFRCTh e s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f mi l l c u t S F RC i s t h e n p r e d i c t e d b y me a n s o f B P n e u r a l n e t wo r k Ke y wo r d s ：s pl i t t i ng t e ns i l e s t r e n gt h；m i l l c u t s t e e l f i be r；c o a r s e a gg r e g a t e；wa t e r c e me n t r a t i o；c on c r e t e 劈 裂抗 拉 强度 是 混 凝 土 基 本 力学 性 能指 标 ， 是 结 构设 计 中确 定混 凝 土 抗 裂 度 的主要 依 据 钢纤 维 混凝土( s t e e l f i b e r r e i n f o r e e d c o n c r e t e ， S F RC ) 作为 一 种多相复合材料， 组分和结构 的不 同对其宏观力 学性 能影响显著 粗骨料粒径大小及其分布情况 、 水 灰 比等 对混凝 土 抗拉性 能 的影 响研 究 已取得 了许 多 成果 _ 】 钢 纤维 掺入 后 ， 混 凝 土 的抗 拉 性 能 不仅 受 制于 这些 因素 ， 还 受 到 钢纤 维 性 能 及 其 与水 泥 石 等 组分 结合 强度 的影 响 既 有 的研 究 多 集 中在 钢 纤 维 性能 及掺 量对 混 凝 土抗 拉 性 能 的影 响方 面 ， 侧 重 于 分析钢纤维掺人混凝土基体后， 混凝 土抗拉性能的 变化 ， 对 钢 纤维 、 粗骨 料 相 互影 响 下 ， 以及 考 虑混 凝 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 1 2 - 1 2 ；修订 日期 ： 2 0 1 3 - 0 6 2 1 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 2 0 9 1 0 3 ) ； 中央级公益性科研 院所基金资助项 目( HKY J B YW一 2 0 1 3 - 2 ) 第一作者 ： 张廷毅( 1 9 7 8 一 ) ， 男 ， 河南 三门峡人 ， 黄河水利科学研究院高级工程师 ， 博士 E ma i l ： z t y 0 7 6 0 1 2 6 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 4 建筑材料学报 第 1 7 卷 土基体强度 变化 ( 水灰 比变 化 ) 时混 凝 土抗 拉性 能 的 研究并不充 分 7 ， 得到 的 S F R C抗拉 强度 计 算模 型 也不统一l_ 9 。 “ 。 ， 直接反映钢纤维 、 粗骨料及其水灰 比综合影 响的计 算模型及 神经 网络 预测研 究不 多 与 其他类 型钢纤 维相 比， 铣 削型钢纤维 沿轴 线方 向扭 曲 ( 螺旋 ) ， 截面 为月牙形 ， 两端带 有小肋 ， 掺入混 凝 土后 呈现 良好 的工作 性 能 ， 搅 拌 时不 易成 团， 粗 糙 的表面 与混凝 土的黏结力大 ， 在公 路桥梁 、 水工 大坝 、 港 口及 海 洋工 程等 领域 获得 了广 泛 使用口 因此 ， 对 铣削 型 S F R C劈裂抗拉 强度 的研究 具有工 程应 用价 值 本 文采用 立方体劈裂抗 拉试验 ， 研究 了钢 纤维体 积分数 ( ) 、 粗骨料最大粒径( ) 和水灰比( mw m ) 对铣 削 型 S F R C劈 裂抗 拉强度 ( ) 的影 响 ， 建 立 了多 因素 影 响下铣削型 S F R C劈裂抗 拉强度 计算 模型 ， 并应用 B P神经 网络模 型对其进行 了预测 1 试 验 概 况 采用 尺寸为 1 5 0 mm1 5 0 mm1 5 0 mm 立方 体 试块测 试劈裂抗 拉 强度 试 验 原材 料 为 ： 4 2 5级普 通 硅 酸盐水泥 ； 最 大粒 径 2 0 mm， 连续 级配 的石灰 石 碎 块 ， 以消除基体混 凝土变 异对 试验结 果 的影 响 用 -厂 f 与基体混凝土劈裂抗拉强度 _厂 f 的比值 ( 增益 比) 来分析钢纤 维的影响 共 1 1 组试块 ， 每组 5 个 表 1试块 配 合 比 Ta b l e 1 M i x p r o p o r t i o n o f s p e c i me n Mi x p r o p o r t i o n ( k gm ) S p e c i me n 。 f SFRC ce m e n t s a n d C。 w a t er M i l a ggr ega t e 2结 果 与分 析 石 ； 细度模数为 3 3 9的中粗河砂 ； 长径 比 甜为 3 4的 铣削型 S F R C及对比混凝土立方体试块的抗压 铣 削型 钢 纤 维 ； 高 效 减 水 剂 ( 掺 量 为 水 泥 质 量 的 强度 f ( MP a ) 与 劈 裂 抗 拉 强 度 见 表 2 ， 其 中 ( 9 ， 1 0 ) ； 自来 水 混凝 土 拌 和物 采 用强 制 式搅 拌 机 拌 mw m。和 d 为影 响 因素 从 表 2可 以看 m ， 钢 纤 和 ， 台式振动器振 动成 型 ， 2 4 h后拆模 ， 标准条 件下 养 维掺入 后 ， 混 凝 土 劈 裂抗 拉 强 度 提 高程 度 要 高 于 抗 护 2 8 d ， 铣削型 S F R C试块 的配合 比见表 1 试验按 照 压强 度 在试 验 过程 中 ， 对 比混凝 土试 块破 坏 时劈 成 C E C S 1 3 ： 2 0 0 9 ( ( 钢纤 维混凝 土试 验方 法 进行 为 了客 两半 ， 并伴 随较 大声 响 ； 而 铣 削 型 S F R C破 坏 时 ， 试 观反映钢纤维 对混凝土劈 裂抗拉 强度 的影响 ， 在 浇筑 块裂 而不 散 ， 响声较 为低 闷 ， 可 见钢 纤维 的掺 入 改变 铣削型 S F R C试 块 的 同时 ， 还 浇 筑 了 混凝 土 对 比试 了混 凝土 劈裂 受力 时 的破 坏特 征 表 2 铣削型 S F R C和对比混凝土的抗压强度与劈裂抗 拉强度 Ta b l e 2 Co mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g t h o f mi l l c u t SF RC a n d c o n c r e t e s 。 兰 r一 一 M P M P s p e c i o f ! M P (1 P 2 1 钢纤维体积分数 铣削型 S F R C劈裂抗拉强度及其增益比的影响 由 图 1为 mw me 一0 3 0 ， d 一2 0 mm 时 ， 对 图 1可以看出， 铣削型 S F R C劈裂抗拉强度随着 5 0 一 0 0 0 0 0 5 0 1 l 2 1 L 1 0 1 3 6 9 2 6 6 6 3 9 【二 O 0 O O O 0 O O 0 6 4 2 O 6 6 5 6 2 5 6 7 8 7 7 6 5 7 O 0 O 0 O 0 O O O M 0 0 0 0 0 0 O 0 0 O O O 0 O 0 O O O 0 O O 6 2 8 O 9 6 O 2 l 9 8 6 3 3 l 8 7 6 6 6 8 7 5 7 6 0 O O O O 0 O O O 0 7 3 0 2 6 1 O 3 2 4 7 O 5 7 l 2 7 5 5 5 6 3 4 6 5 5 G G n 9 7 1 6 8 5 4 6 2 5 9 O O 0 0 0 7 7 0 O O O 3 3 3 3 5 3 2 3 3 3 3 0 0 O 0 O O O 0 O O O 加 加 0 0 ( ) ( ) ( ) 加 加 B G 8 5 5 5 3 9 l 8 9 3 7 4 7 1 8 4 7 3 9 8 7 9 5 5 6 6 3 4 6 3 4 4 5 6 1 6 6 4 2 7 5 5 6 3 8 2 4 9 1 3 1 4 l 8 1 5 6 6 6 3 4 8 3 6 3 6 5 0 5 O O O 0 5 5 5 5 O 1 l 2 1 1 1 0 O l 1 0 O O O O 7 7 0 O 0 O 3 3 3 3 5 3 2 3 3 3 3 O O O O O 0 0 O O O O O O B B G 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 3 8 8 建筑材料学报 第 1 7卷 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 ne e r i n g F r a c t u r e M e c h a n i c s ， 2 0 0 8， 7 5 ( 1 3 )： 3 83 9 3 8 5 1 林 辰， 金贤玉 ， 李宗津 粗骨料粒 径和硅灰 对混凝土 断裂性能 影 响的试验研究 J 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 1 O ) ： 3 2 3 4 L I N C h e n ， J I N Xi a n y u ， L I Z o n g j i n E x p e r i me n t a l s t u d y o n t h e e f f e c t s o f a g g r e g a t e s i z e a nd s i l i c a f u m e o n t he f r a c t u r e p r o p e r t y o f c o n c r e t e J C o n c r e t e ， 2 0 0 4 ( 1 O ) ： 3 2 3 4 ( i n C h i n e s e ) 欧阳幼玲 ， 陈迅捷 ， 蔡跃波 不 同骨料混凝 土的界面结 构特征 及极 限拉伸性能口 建筑材料学报 ， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 6 ) ： 8 3 4 8 3 8 OUY ANG Yo u l i n g ， CHE N Xu n j i e ， CAI Y u e b o I n t e r r a c i a l mi c r o s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s a n d u l t i ma t e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e s wi t h d i f f e r e n t k i n d s o f a g g r e g a t e s J J o u r n a l o f Bu i l d i n g M a t e r i a l s， 20 1 l ， 1 4( 6 )： 8 3 4 8 3 8 ( i n Ch i n e s e ) NEPTUNE A I ， PUTM AN B J Ef f e c t o f a g g r e g a t e s i z e a n d g r a d a t i o n o n p e r v i o u s c o n c r e t e mi x t u r e s J AC I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 0 1 0， 1 0 7 ( 6 )： 6 2 5 6 3 1 黄修 山， 尹小涛 ， 丁卫华 ， 等 不同粒组骨料对混凝土力学性质 的影响 J 武汉理工大学学报 ， 2 o 1 o， 3 2 ( 1 9 ) ： 5 o 一 5 4 HUA NG Xi u s h a n， YI N Xi a o t a o，DI NG W e i h u a，e t a 1 M e c h a ni c s c h a r a c t e r i s t i c s o f c o n c r e t e a f f e c t e d b y g r a i n g r o u p o f a g g r e g a t e J J o u r n a l o f Wu h a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， 2 01 0， 3 2 (1 9 )： 5 0 5 4 ( i n Chine s e ) KHAI AJ G， NAZARI AMo d e l i n g s p l i t t e n s i l e s t r e n g t h o f h i g h s t r e ng t h s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e i nc o r p o r a t i n g r a n d o m l y o r i e n t e d s t e e l f i b e r s a n d S i O2 n a n o p a r t i c l e s 口 C o mp o s i t e s P a r t B： En gi n e e r i n g， 2 0 1 2， 4 3 ( 4 )： 1 8 8 7 1 8 9 2 DENNEM AN E， KEARS LEY E P， VI S S ER A TS p l it t i n g t e n s i l e t e s t f o r f i b r e r e i n f o r c e d c o n c r e t e J Ma t e r i a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 1 1， 4 4 ( 8 )： 1 4 4 1 1 4 4 9 KH AL0O A R 。 KI M NM e c h a ni c a l p r o p e r t i e s o f n o r ma l t o 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 n c r e t e J C e me n t 。 C o n c r e t e a nd Ag g r e g a t e s ， 1 9 9 6， 1 8 ( 2)： 9 2 9 7 RAMADOS S P， NAGAMANI K Te n s i l e s t r e n g t h& d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h p e r f o r ma n c e f i b e r r e i n f o r c e d c o n e r e t e J Th e Ar a b i a n J o u r n a l f o r S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 8， 3 3 ( 2 )： 5 7 7 - 5 8 2 王成启 ， 吴科如 钢纤维和碳纤维混凝土力学性能的研究E J 2 建筑材料学报 ， 2 0 0 3 ， 6 ( 3 ) ： 2 5 3 2 5 6 W ANG Ch e ng q i ， W U Ke r u S t u dy o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c a r b o n f i b e r a n d s t e e l f i b e r c o n c r e t e J J o u r n a l o f Bu i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 3， 6( 3 )： 2 5 3 2 5 6 ( i n Ch i n e s e ) 赵顺波 ， 钱晓军 ， 陈记豪 ， 等 粗骨料对钢纤维混凝土性能影响 的试验研究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 4 5 4 8 Z HAO S h u n b o ， QI AN Xi a o j u n ， C HE N J i h a o ， e t a 1 E x p e r i me n t a l r e s e a r c h o n t h e e f f e c t o f a g g r e ga t e o n t h e p r o p e r t i e s o f s t e e l f ib r e r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C h in a C o n c r e t e a n d C e me n t 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 o Pr o d u c t s ， 2 0 0 6( 5 ) ： 4 5 4 8 ( i n Chi n e s e ) 焦楚杰 ， 孙伟 ， 高培 正， 等 钢纤 维高强 混凝 土力学 性能 研究 J 广州大学 学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 5 ， 4 ( 4 ) ： 3 5 7 - 3 7 2 J I A O C h u j i e ， S UN We i ， GA O P e i z h e n g ， e t a 1 Ex p e r i me n t a l r e s e a r c h o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f S F R C J J o u r n a l o f Gu a n g z ho u Un i v e r s i t y： Na t ur a l S c i e n c e ， 2 0 0 5， 4( 4 )： 3 57 - 3 7 2 ( i n Chi n e s e ) 黄 承逵 ， 赵 国藩 钢纤维混凝土设计强度 的计算模式 J 大连 理 工 大学 学 报 ， 1 9 9 1 ， 3 1 ( 5 ) ： 5 8 5 5 9 1 HU ANG Ch e n g k u i ZHAO Gu o f a n Ca l c u l a t i o n mo d e l s f o r d e s i g n s t r e n g t h o f s t e e l f i b r e 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 Da l i a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， 1 9 9 1， 3 1 ( 5 )： 5 8 5 59 l _ ( i n Ch i n e s e ) 高丹盈 ， 赵军 ， 汤寄予 掺有纤 维的高强混凝 土劈拉性 能试验 研 究 J 土木工程学报 ， 2 0 0 5 ， 3 8 ( 7 ) ： 2 1 - 2 6 GAO Da n y i n g， ZHAO J u n， TANG J i y u An e x pe r i me n t a l S t u dy o n t he b e h a v i o r o f f i b e r r e i n f o r c e d h i 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 C h 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 5， 3 8( 7 )： 2 1 2 6 ( in Chi n e s e ) 高翔 铣削型钢纤维螺旋效 应 的研究 J 工程建设 ， 2 0 0 7 ， 3 9 ( 2 ) ： l 3 1 7 GAO Xi a n g S t u d y o f h e l i c a l e f f e c t o f mi l l i n g t y p e s t e e l f i b e r s 口J E n g i n e e r i n g C o n s t r u c t i o n ， 2 0 0 7 ， 3 9 ( 2 ) ： l 3 - 1 7 ( i n Ch i n e s e ) 赵 国藩 ， 彭少 民， 黄承逵 钢 纤维混凝 土结构 M 北 京 ： 中国 建 筑工业 出版社 ， 1 9 9 9 ： 2 ， 4 1 7 ZH AO Gu o f a n， PENG S h a o mi n， HUANG Ch e ng k u i St 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 t r u c t u r e M B e i j i n g ： C h i n a Ar c h i t e c t u r e&Bu i l d i n g Pr e s s ， 1 9 9 9： 2 ， 4 1 7 ( i n Ch i n e s e ) 聂金龙 ， 王利恒 ， 樊文超 HAR E X铣 削型钢纤 维混凝 土的应 用 J 水利建设与管理 ， 2 0 1 0 ( 3 ) ： 2 4 2 7 NI E J i n l o n g， W ANG Li h e n g， FAN W e n c h a o Ap p l i c a t i o n o f HAR EX mi l l c u t 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 Wa t e r R e s o u r c e s De ve l o p me n t 8 L M a n a g e me n t ， 2 01 0(3)： 2 4 2 7(i n Ch i n e s e ) 高丹盈 ， 刘建秀 钢纤维混凝土基本理论 M 北京 ： 科学技术 文献 出版社 ， I 9 9 4 ： 2 4 2 GAO Da ny i n g， LI U J i a n x i u 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 e 卜 e me n t a r y t h e o r y M B e i j i n g： S c i e n t i f i c a n d T e c h n i c a l D o c u m e ri t s Pu b l i s h i n g Ho u s e ， 1 9 9 4： 2 4 2 ( i n Ch i n e s e ) 韩力群 人工神经网络教程 M 北京 ： 北京 邮电大学 出版社 ， 2 0 0 6： 7 4 HAN Li q u n Tu t o r i a l o f a r t i f i c i a l n e u r a l ne t wo r k r M Be i j i n g：Be i j i n g Un i v e r s i t y o f Po s t s a n d Te l e c o mmu n i c a t i o n s Pr e s s ， 2 0 0 6： 7 4 ( i n Ch i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m