含水率及加载速率对纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性的影响.pdf

第 5期 2 0 1 3年 1 0月 水利水运 工程学报 A ND目 N口 NG No 5 0C t 2 0 1 3 含水率及加载速率对纤维增韧喷射 混凝土弯曲韧性的影响 苏安双 ，宁逢伟 ，韩旭 东 ，丁建彤 ，蔡跃波 ( 1 南京水利科学研究院，江苏 南京2 1 0 0 2 9 ； 2 中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都6 1 0 0 8 1 ) 摘要： 试验中观察到含水率及加载速率对钢纤维、 粗合成纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性测试中的脆断概率影 响显著， 为此， 研究了这 2个试验条件对弯曲韧性测试的影响 试件在( 2 0 + 2 ) o C、 ( 6 0 _+ 5 ) 相对湿度条件下分 别干燥 0 ， 1 6， 2 4及 7 2 h ， 获得不同程度的干湿状态 ； 然后按照 A S T M C 1 6 0 9及 C E C S 1 3的三分点加载， 以 0 0 5 m I n m i n 加载速率测试弯曲韧性 对于干燥时间分别为2 4和7 2 h的试件， 以0 0 5 ， 0 1 0及0 2 0 ra m ra i n 加 载速率分别测试其弯曲韧性 结果表明， 随着含水率降低， 第一峰值弯曲强度明显降低 ； 未经干燥的水饱和试件 弯韧试验中均发生脆断， 但经干燥非饱和试件的特定挠度下残余弯曲强度、 弯曲韧性 。 。 。 随含水率降低而呈 现降低趋势 纤维增韧喷射 昆 凝土第一峰值强度、 残余弯曲强度、 弯曲韧性随加载速率提高而增大 ； 配合比相同 时， 相对含水率较高， 上述抗弯性能随加载速率提高而增大的趋势更为明显； 其原因可以解释为受孔隙中自由 水 S t e f a n 效应引发黏聚力作用 关 键 词 ： 纤维增韧喷射混凝土； 弯曲韧性； 含水率； 加载速率； 粗合成纤维 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 7 2 文献标志码 ：A 文章编号 ： 1 0 0 9 6 4 o x ( 2 o 1 3 ) o 5 - o o 4 6 - o 8 喷射混凝土被广泛应用于隧道 、 洞室及地下工程 的支护 近年来 ， 工程界经常使用钢纤维、 粗合成纤维增 韧的方法， 提高喷射混凝土的抗拉、 抗剪、 抗弯、 抗疲劳及抗冲击性能， 这种情况在具有高地应力、 高岩爆风险 的支护施工中尤为常见 与素混凝土相 比， 纤维增韧混凝土具有更高的弯 曲韧性 纤维增韧混凝 土弯曲韧 性测试方法的国内外标准包括 C E C S 1 3 ： 2 0 0 9 、 J S C E S F 4及 A S T M C 1 6 0 9 2 - 4 按照上述标准 ， 从材料和配合 比角度针对纤维增韧喷射混凝土( F R S C) 弯曲韧性影响因素的试验研究不断展开 然而 ， 含水率与加载 速率这 2个试验条件对 F R S C弯 曲韧性影响的相关研究却极为少见 对于进行弯曲韧性测试的试件的含水率 ， C E C S 1 3： 2 0 0 9 、 J S C E S F 4及 A S T M C 1 6 0 9均要求将试件从标 准养护条件下取出后 ， 立即进行弯曲韧性测试 ， 以防止水分散失 参照这一规定 ， 笔者进行 了若干组 F R S C弯 曲韧性测试 结果表明， 试件在测试过程中发生脆断的概率较高 一些相关研究则指出， 在进行弯曲韧性测试 之前 ， 混凝土试件须在干燥环境条件下放置 3 4 h _ 8 由此可见 ， 含水率可能在很大程度上影响 F R S C的弯 曲韧性测试结果 ， 需要对此开展研究 对于弯曲韧性测试过程中的加载速率 ， A S T M C 1 6 0 9 、 J S C E S F 4及 C E C S 1 3： 2 0 0 9的规定分别为 0 0 5 0 1 0 m m m i n ， 0 1 0 0 2 0 m m m i n和 0 1 0 m m m i n 由于加载速率会影响混凝土的强度测值 ， 因而加载速率 也可能对弯曲韧性测值产生影响 笔者进行的初步试验结果也表明， 在较高的加载速率下 ， 粗合成 F R S C试 件在弯韧测试过程中更易发生脆断 本文参照 C E C S 1 3 ： 2 0 0 9 及 A S T M C 1 6 0 9 ， 分别在 0 0 5 ， 0 1 0及 0 2 0 ra m ra i n 加载速率条件下， 测试了 经过不同干燥处理的粗合成纤维 、 钢纤维增韧喷射混凝土的弯曲韧性 以第一峰值弯曲强度、 特定挠度下残 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 2 2 0 作者简介： 苏安双( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 辽宁铁岭人， 工程师， 博士， 主要从事混凝土材料研究E ma i l ： a s s u n h r i c n 通信作者： 丁建彤( E ma i l ： j t d i n g n h r i c n ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 苏安双 ， 等： 含水率及加载速率对纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性的影响 4 7 余弯曲强度及弯曲韧性为考核指标， 考察了含水率及加载速率对粗合成纤维、 钢纤维增韧喷射混凝土弯曲韧 性的影响 1 原材料及 配合 比 1 1原材料 水泥采用 P O 4 2 5普通硅酸盐水泥， 其物理力学性能指标见表 1 特种掺合料采用市售产品， 该产品主 要成分为高 S i O 含量的掺合料与高效减水剂 ， 其平均粒径 D( 4 ， 3 ) 为 1 2 8 n m， 比表面积为 2 1 6 1 0 I T I k g 增韧纤维采用2 种市售聚丙烯粗合成纤维， 以及 1 种市售端钩型钢纤维， 生产厂家提供的性能指标见表2 速凝剂采用市售无碱液体速凝剂 ， 掺量为水泥的 8 时， 按照 J C T4 7 7标准检测的初凝时间3 3 rai n ， 终凝时 间 8 5 rai n 细骨料采用大理岩人工砂 ， 细度模数 2 8 ， 石粉含量 1 2 5 ， 饱和面干吸水率 1 3 粗骨料采用 最大粒径 1 5 m m的大理岩人工米石 表 1 水泥物理力学性能 T a b 1 Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c e me n t P P F 1 聚丙烯粗合成纤 维 P P 聚丙烯粗合 成纤维 s F 钢纤维 3 8 3 0 3 5 1 0 0 0 8 1 0 5 5 3 8 3 7 6 5 4 8 8 4 7 4 1 2 5 0 5 6 6 0 2 0 0 1 2配 合 比 F R S C配合比见表3 其中， 钢纤维的体积掺量为 0 5 ， 粗合成纤维体积掺量为 0 9 ； 特种掺合料掺量 为 1 0 ( 外掺 ) ； 速凝剂掺量为水泥质量的 4 ； 砂率为 6 0 ； 水胶 比= T k ( 水泥+ 特种掺合料 ) 为 0 4 4 表 3 纤 维增 韧喷射混凝土配合 比 T a b 3 Mi x p r o p o r t i o n s o f fi b e r r e i n f o r c e d s h o t c r e t e 2 试验研 究 2 1 搅 拌 与成 型 参照美 国硅粉协会推荐的硅粉混凝土的搅拌顺序 ， 确定振动成型的掺加特种掺合料混凝土的搅拌工 艺 ： 约一半的拌合水+ 粗骨料+ 特种掺合料 ， 搅拌 3 m i n ； 加入水泥等其他胶凝材料 ， 搅拌 3 m i n ； 加细骨料+ 粗 合成纤维 钢纤维+ 剩余的拌合水， 搅拌 3 m i n 在上述搅拌程序完成之后， 考虑现场实际施工条件， 为确保试 验程序尽量模拟现场施工操作 、 考察喷射时拌合物性能对喷射混凝土性能影响规律 、 如实反映胶凝材料水化 后加入速凝剂的效果 ， 将拌合物静置 3 0 mi n ， 然后再加无碱速凝剂 无碱速凝剂推荐掺量为胶凝材料的 8 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 水 利 水 运 工 程 学 报 2 0 1 3年 1 0月 此掺量下混凝土拌合物无法振动成型 试验表明 ， 满足振动成型前提下 ， 速凝剂最大掺量为 4 故按此掺量 加入无碱速凝剂 ， 搅拌 3 0 S ， 出机成型 2 2干燥 处理 试件拆模后 ， 标准养护至 2 8 d 随后 ， 将试件置于标准干缩试验条件下分别干燥 0 ， 1 6 ， 2 4及 7 2 h 选用这 样的干燥时间， 一方面考虑到试件内部含水率的变化主要发生在干燥初期 ， 另一方面尽可能消除龄期增长对 试件弯曲性能的影响 将经过不 同干燥处理的试件在 1 0 5 o C下分别烘干至恒重 ， 测试其相对含水率 ， 按式 ( 1 ) 计算。 ： 墨l二 x 1 0 0 ( 1 ) m。一m。 ) 式 中： W为相对含水率 ( ) ； m。 为 2 8 d标准养护后试件初始质量( g ) ； m。 为试件烘干至恒重后质量( g ) ； 为 干燥时间( h ) ； m( t ) 为经过 t 时间干燥后试件的质量 ( g ) 2 3弯曲韧性测试 试件尺寸为 1 0 0 m m 1 0 0 m inx 4 0 0 m m 参照 A S T M C 1 6 0 9及 C E C S 1 3： 2 0 0 9标准 ， 采用进 口自动伺服控 制抗弯试验机 ， 测试弯曲韧性 试验采用三分点加载方式 ， 跨 1 8 距为3 0 0 m E， 加载速率分别为 0 0 5 ， 0 1 0 及0 2 0 m n Vm i n ： ： 荷载一 挠度曲线通过 自动数据采集系统获取 至 1 2 典型荷载一 挠度曲线如图1 所示 依据 A S T M C 1 6 0 9 ， 确 嚣 定第一峰值荷 载 P 、 特定挠 度残余 荷载 P n 。 ， P 。 及 P lo o l 2 lo ； 通过计算获得 o o 2 lo 。 其中P 1 o 0 o _ 5o ， P 1 o 及P 1 0o 2 o ： 分别为宽和高均为 1 0 0 m m的棱柱体试件在弯韧钡 4 试过程中 挠度 m r f l 芝 桑 Fi 篓 d P 。及 P 。2l。计 算 的 强 度 分 别 为 第 一 峰 值 强 度 ，以 及 挠 ， ： ， 度 分 别 为 0 5 ， 1 0和 2 0 mm 时 对应 的残 余 弯 曲强 度 d e ft e c t i o n a n d fl e x u r a l t 。 g h n T I ， 。 0 0 ， 0 5 0 0 o ， 1 0 0 o I 2 _ o T l o o 2 _ 0 为荷载一 挠度曲线在( 02 0 ) m m d e t e mi n e d a c c 。 r d i “ g t 。 A S T M C 1 6 0 9 3 结果分析 与讨论 3 1 含水率的影响 经干燥后试件的相对含水率见表4 结果表明， 随着干燥时间延长， 3组混凝土相对含水率逐渐降低， 且 01 6 h的降低速率明显高于 0 2 4 h及 0 7 2 h的降低速率 ， 表明混凝土内部水分散失主要发生在干燥初 期 ； 经过相同干燥时间 ， 2组聚丙烯纤维增韧混凝土相对含水率基本相同， 均高于钢纤维增韧喷射混凝土 ， 表 明相同干燥条件下， 钢纤维增韧喷射混凝土较聚丙烯纤维增韧喷射混凝土更易失水 已有研究结果表 明， 聚丙烯纤维体积掺量为 0 1 时 ， 即可显著提高透水压力及抗渗等级 ； 而钢纤维体 积掺量为 0 6 时 ， 透水压力及抗渗等级并未提高 ， 仅是渗水高度小 幅降低 渗透性 的降低 ， 在一 定程度 上阻碍了聚丙烯纤维混凝土在干燥环境下的水分散失 表 4 不同干燥时间后纤维增韧喷射混凝土相对含水率 T a b 4 Re l a t i v e mo i s t u r e c o n t e n t o f F R S C a f t e r v a ri o u s d r y i n g d u r a t i o n s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 苏安双， 等：含水率及加载速率对纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性的影响 4 9 在 0 0 5 m m mi n加载速率下 ， 不同相对含水率 的 F R S C 的第一峰值强度 见 图 2 可见 ， 3组 F R S C在相对含水率降 低4 5 时， 第一峰值强度降低了3 8 5 0 ， 即第一峰 值强度随着含水率的减少明显降低； 在最初干燥 1 6 h内， 相 对含水率降低 3 左右， 第一峰值强度降低2 5 4 0 ， 表 明干燥初期第一峰值强度降低最为明显 ， 这与相对含水率 的 明显降低相对应 ； 在相对含水率为 1 0 0 时 ， 聚丙烯纤维增韧 喷射混凝土第一峰值强度达到甚至超过钢纤维增韧混凝土 ； 干燥失水后 ， 后者的第一峰值强度高于前者 在 0 0 5 mm m i n加载速率下 ， 未经干燥的试件均发生脆 断 脆断试件的荷载一 挠度 曲线在断裂发生前呈 明显的线性 ， 董 制 魑 趔 相对含水率 图2 不同相对含水率的纤维增韧喷射混凝土 第一峰值强度 ( 加载速率0 0 5 m m m i n ) F i g 2 F i r s t p e a k s t r e n g t h o f F R S C w i t h V l o n s r e l a t i v e m o i s t u r e c o n t e n t ( 1 o a d i n g r a t e 0 0 5 m m m i n ) 曲线斜率始终保持不变 ， 这表明初裂发生时试件 即断裂 ， 没有塑性变形阶段 初裂前试件发生弹性变形， 压力机所施加荷载做功转化为试件弹性应变能， 能量值为0至初裂之前的荷 载一 挠度曲线的积分面积 根据断裂力学理论 ， 初裂后弹性应变能转化为新表面能导致断面裂缝 的扩展及纤 维 的脱黏 、 变形 、 拔出或断裂 比较弹性应变能可得 ， S C P P F 1 水饱和状态下弹性应 变能分别较 干燥 1 6 ， 2 4及 7 2 h试件增加 1 2 6 ， 1 2 6 及 1 3 5 ； S C P P F 2的分别增加 1 5 3 ， 1 7 2 及 2 0 2 ； S C S F的分别增加 1 1 1 ， 1 1 2 及 2 3 0 弹性应 变能显著增加导致初裂瞬间裂缝扩展、 纤维脱黏及破损的速度加快， 这有可能是水饱和试件发生脆断的主要 原因 另一方面 ， 水饱和试件发生脆断也有可能与喷射混凝土特殊 的原材料及配合比相关 ， 例如在有速凝剂 条件下水化形成的针棒状钙矾石结晶较多、 凝胶状 的水化硅酸钙产物较少 ， 这有待进一步研究 不同相对含水率的 F R S C的残余 弯曲强度、 弯曲韧性分别见图 3和 4 相对含水率为 1 0 0 的试件 ， 弯韧 测试过程中均脆断 ， 因而残余弯曲强度和弯曲韧性均无法获取 复 似 瞩 相对含水率 相对含水率 相对含水率 ( a ) 挠度 0 5 m m ( b ) 挠度 1 0 m m ( C ) 挠度 2 0 mi ll 图 3 不同挠度下纤维增韧喷射混凝土残余弯曲强度随相对含水率变化 F i g 3 R e s i d u a l s t r e n g t h c h a n g e o f F R S C wi t l1 r e l a t i v e mo i s t u r e c o n t e n t u n d e r d i ff e r e n t d e fl e c t i o n s 随着相对含水率的降低 ， 3组 F R S C的残余弯曲强度、 弯 曲韧性均呈现降低趋势 ， 且在干燥初期 ， 残余弯 曲强度 、 弯 曲 韧性降低的趋势尤为明显 与粗合成纤维增韧喷射混凝土相 比， 干燥初期钢纤维 喷射混凝土的残余 弯曲强度 、 弯曲韧性 的降低更为明显 ， 这可能 由于其在干燥环境 下更易失水 、 相 对含水率下降幅度更大 比较 图3的结果可得 ， 在相对含水率相同时， s C s F组混 凝土 。 。 o 。 最大 ， 其次为 。 2 。 最小 ， 表明钢纤维增 韧 喷射混凝土残余弯曲强度随挠度增大而逐渐降低 可见， s c s F组混凝土在峰值荷载后 仍可保 持较高的承载能力 ， 其失 相对含水率 图4 不同相对含水率的纤维增韧喷射 混凝土弯曲韧性 。 。 。 F i g 4 F l e x u r a l t o u g h n e s s T l 0 0 2 0 o f F RS C w i t h v a Y i O HS r e l a t i v e mo i s t u r e c o nt e n t s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 0 水 利 水 运 工 程 学 报 2 o 1 3年 1 0月 效是随挠度增大而逐渐进行的 而在相对含水率相同时 ， S c P P F 1 、 s c P P F 2组混凝 土的 。 。 。 ， 。 及 。 。 - 2 _ 。 几乎相等 ， 表明峰值荷载 过后 ， 混凝土承载能力很快出现明显降低 ， 且维持在 比较稳定水平 干燥时间相同时， s c s F的残余弯曲强度 、 弯 曲韧性均 明显高于 S C P P F 1和 s c P P F 2 ， 表明体积掺量为 0 5 的钢纤维对喷射混凝土的增强 、 增韧效果明显优于体积掺量 0 9 的聚丙烯粗纤维 随着挠度逐渐增大 ， s c P P F 1 、 S C P P F 2的残余弯 曲强度与 S c s F的差值逐渐减少 ， 表 明随挠度变形增 大， 聚丙烯纤维增韧优势逐渐显现 S C - P P F 1 的残余弯曲强度、 弯曲韧性均高于 S C P P F 2 ， 表明体积掺量相同条件下， 长度更长、 长径比更大 的聚丙烯粗纤维峰值荷载后的增强 、 增韧效果更优 关于干燥养 、 潮湿养护对普通或纤维混凝土力学性能的影响的研究较多， 普遍结论是干燥降低了抗压强 度、 抗折强度、 初裂弯曲强度 、 弯曲韧性 1 由于干燥初期 F R S C表层失水更多， 因而干缩变形较 内部更 为 明显 这种由表及里的不均匀收缩变形， 使表层混凝土的收缩受到约束而产生拉应力 由于跨中处试件下 表面在弯曲中受到拉应力最大 ， 收缩应力必在一定程度上降低表层混凝土承载能力 ； 同时 ， 收缩应力弱化 了 表层混凝土中纤维与基体的黏结 ； 且收缩应力可能导致表层混凝土产生微裂缝H ， 微裂缝在弯曲荷载作用 下易扩展 、 延伸 ， 从而降低初裂荷载 ， 使得抗弯性能对微裂缝较为敏感H 上述原 因导致干燥初期 F R S C的 抗弯性能随含水率减小而下降的趋势更加明显 ， 即图 3和 4中， 干燥时间从 1 6 h到 2 4 h， 残余弯 曲强度与弯 曲韧性显著降低 而针对标准条件养护后的试件 ， 研究干燥引发的含水率变化对抗弯性能影响的文献未见报 道 本文的研究结果和上述文献的结论有相似之处 ， 即潮湿试件在经过干燥后 ， 初裂强度 、 弯曲韧性均降低 但本文中标准养护后未干燥的水饱和试件在弯韧测试过程中发生脆断 根据 3 1论述 ， 未干燥试件初裂前弹 性应变能显著增加 ， 初裂后弹性应变能转化为新表面能导致断面裂缝的扩展及纤维的脱黏 、 变形 、 拔 出或断 裂 由于粗合成纤维掺量有限 ， 断面上分布的纤维已无法防止高弹性应变能导致的脆断的发生 因而 ， 对于有 水潮湿条件下的 F R S C， 例如隧道 、 洞室的初期支护用喷射混凝土 ， 若工程的埋深大 、 地应力高 ， 需要考虑增加 纤维的设计掺量 3 2 加载速率影响 不同加载速率下不同含水率 的 F R S C的第一峰值强度 见图 5 可见 ， 经过 2 4 h干燥 、 相对含水率较高的 F R S C的 总体 上 随 着 加 载 速 率 的 增 加 而 增 加： 加 载 速 率 从 0 0 5 ram rai n 提 高 至 0 2 0 ram rai n ， S C P P F 1 、 S C P P F 2及 暑 隈 磐 溉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 苏安双，等： 含水率及加载速率对纤维增韧喷射混凝土弯曲韧性的影响 5 1 加载速率 ( m r n m i n - ) ( a ) S C P P F 1 加载速率 ( ra m ra i n - ) (b )S C P P F2 6 重5 、 鬻 垣 授s 嘏 2 0 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 加载速率 ( m m m in - ) ( c ) S C S F 图6 不同加载速率下不同含水率的纤维增韧喷射混凝土的残余弯曲强度 F i g 6 R e s i d u a l s t r e n g t h o f f i b e r r e i n f o r c e d s h o t c r e t e w i t h d i ff e r e n t mo i s t u r e c o n t e n t s a t v a r i o u s l o a d i n g r a t e s 不 同加载速率下 F R S C的弯曲韧性 。 。 。 见图 7 结果表明， 随着加载速率提高 ， F R S C的 。 总体上呈增加趋势 加载速率 从 0 0 5 m m mi n提高至 0 1 0 m m mi n ， 经 2 4 h干燥 的 S C - P P F 1 ， S C P P F 2及 S C S F的 o 0 。 分别增加 1 6 ， l 3 及 2 1 ； 经 7 2 h 干燥的 S C P P F 1 及 s c s F的 。 。 ： 。 分别 增加 1 5 及 1 3 ； 加载 速率 从 0 0 5 m m m i n提 高 至 0 2 0 m m mi n ， 经 2 4 h干 燥 的 S C P P F 1 ， S C P P F 2及 S c S F的 0 0 2 。 分 别 增 加 3 1 ， 1 9 及 4 3 ； 经 7 2 h干燥的 S C P P F 1 ， S C P P F 2及 s c s F的 0 o 2 o 分别增 加 1 9 ， 8 及 1 6 对 同一配合比， 相对含水率较高时 ， 加载速率提高引起 的残 余弯曲强度 、 弯 曲韧性 增加 的趋势更 明显 ， 相对含水 率较 高 的 I 寿 器 坦 钟 加载速率 ( r rm a m i n - ) 图7 不同加载速率下不同含水率的 F R S C的弯 曲韧性 0 0 ： 0 F i g 7 F l e x u r al t o u g h n e s s o f F RS C wi t h d i f f e r e n t mo i s t u r e c o n t e n t s a t v ari O l l S l o a d i n g r a t e s F R S C在各加载速率下 的残余弯曲强度总体上高于相对含水率低时的值 ； 总体上 ， F R S C的残余弯 曲强度、 弯 曲韧性越高 ， 提高加载速率引起的残余弯曲强度 、 弯曲韧性增加越明显 干燥时间相同时， 各加载速率下 s c s F的残余弯曲强度、 弯曲韧性高于或明显高于 s c P P F 1 、 S C P P F 2 ， 纤维长径比较大的S C P P F 1 的残余弯曲强度、 弯曲韧性高于 S C P P F 2 P R o s s i 等 在 1 O s 至 l 0 s 的应变速率范围内， 测试了含水率不 同的混凝 土单轴拉伸强度 ， 表 明 加载速率提高可导致强度测试值增加 ， 湿混凝土较干燥 昆 凝土表现出更为明显的速率敏感性 ， 并指 出强度对 速率的敏感性是由于试件中所含水分引起的 王海龙等 。 。 也观测到应变速率从 1 O 。 。 s 提高至 1 O s ， 水饱 和混凝 土的抗压强度增长较干燥混凝土的更加明显 根据 x X Z h a n g等 的测试结果 ， 加载速率从 5 5 X 1 0 m m s 提高至 5 5 x l O mm s ， 三点弯 曲下高强混凝土峰值弯曲荷载提高 3 0 左右 ， 他们认为低加载速 率下这种结果主要源于孔 隙中自由水产生的黏滞效应 P R o s s i 和 D Z h e n g _ 2 等人根据物理学中的 S t e f a n效应推导得出： 在 2个距离为 h 、 半径为 r 的圆盘中 间如果有黏度为 田的液体存在 ， 当圆盘沿着其法 向以速率 作垂直运动时 ， 液体的黏滞作用将对圆盘产生黏 聚反力 ， 由此产生的反向拉应力 o r 。 为： or v = 由式 ( 2 ) 可见 ， 圆盘分离的速度越快 ， 对应混凝土中孔隙、 裂纹面扩展及分离的速度越快 ， 孔隙或裂缝 中 自由水对孔隙或裂缝壁产生黏性反力越大 ， 越利于抑制裂纹增长 潮湿混凝 土孔隙中 自由水含量较高， 随加 载速率提高 ， 产生的 S t e f a n效应愈加 明显 相比之下 ， 干燥混凝土内部 自由水含量小， 对加载速率变化不 敏感 ， 除非在很高的应变速率情况下 综合分析结果可见 ， 对于本文掺加超细掺合料的纤维增韧喷射混凝土 ， 标准养护后未经干燥的饱和试件 在弯韧测试过程中发生脆断； 干燥初期 ， 含水率变化对抗弯性能影响显著； 而干燥 2 4 h后， 含水率变化对测 试的抗弩l生 能的影响较小； 因此， 建议标准养护至规定龄期后， 置于标准干缩试验条件下干燥 2 4 h 后， 进行 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 水 利 水 运 工 程 学 报 2 0 1 3年 1 0月 弯曲韧性测试 同时， 加载速率对测得 的抗弯性能具有一定 的影 响作用 ； 试件抗弯性能越好 、 含水率越高 ， 测 得的抗弯性能指标随加载速率提高而增加的趋势越明显 ； 因此 ， 建议采用尽可能小的加载速率 ； 针对本文研 究的 3种加载速率 ， 建议采用 0 0 5 ra m ra i n的加载速率 ， 即现有国内外相关标准中规定的最低的加载速率 4 结 语 ( 1 ) 加载速率相同时 ， F R S C的第一峰值强度随含水率降低而明显下 降； 未经干燥的水饱和试件弯韧试 验中均发生脆断 ， 经干燥非饱和试件残余弯 曲强度及弯曲韧性随含水率降低呈现降低趋势 ； 在干燥初期 ， 上 述抗弯性能随相对含水率降低而下降的趋势尤为明显 这主要由于干燥环境下 F R S C内部水分散失， 干缩变 形明显， 且不均匀收缩可能导致表层混凝土内部产生收缩应力并有可能引发微裂缝产生， 从而弱化了纤维与 基体的黏结及 F R S C承受弯曲荷载的能力 ( 2 ) 随着加载速率提高 ， 经干燥非饱和 F R S C的第一峰值强度、 残余弯 曲强度及 弯曲韧性总体上呈现增 加趋势； 对同一个配合 比， 相对含水率较高时 ， 上述抗弯性能随加载速率提高而增大的趋势更为明显 这可能 与加载速率变化时， F R S C内部 自由水产生的 S t e f a n 效应相关 ( 3 ) F R S C的第一峰值强度、 残余弯曲强度及弯曲韧性越高， 加载速率增大对上述抗弯性能的提高作用 越显著 ( 4 ) 对于纤维增韧喷射混凝土 ， 建议标准养护至规定龄期后 ， 置于标准干缩试验条件下干燥 2 4 h后， 进行 弯曲韧性测试 ； 同时， 建议采用 0 0 5 m m mi n的加载速率， 即现有 国内外相关标准中规定的最低 的加载速率 参考文献 ： 1 S U K O N T A S U K K U L P T o u g h n e s s e v a l u a t i o n o f s t e e l a n d p o l y p r o p y l e n e fi 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 s u n d e r b e n d i n g J T h a m m a s a t I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 4， 9 ( 3 ) ： 3 5 - 4 1 2 C E C S 1 3 ： 2 0 0 9 ， 纤维混凝土试验方法标准 S ( C E C S 1 3 ： 2 0 0 9 ， S t a n d a r d t e s t me t h o d s f o r fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e S ( i n C h i n e s e ) ) 3 J S C E S F 4 ， Me t h o d o f t e s t for fl e x u r al s t r e n g t h a n d fl e x u r a l t o u g h h e s s o f 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 4 A S T M C 1 6 0 9 ， S t a n d a r d t e s t me t h o d fo r fl e x u r al p e rf o r ma n c e o f fi b e r r e i n fo r c e d c o n c r e t e S 5 陈景涛， 张楠， 许巍， 等层布氏混杂纤维混凝土弯曲韧陛试验研究 J 华中科技大学学报： 城市科学版， 2 0 0 5 ， 2 2( 4 ) ： 7 2 7 4 ( C H E N J i n g t a o ， Z H A N G N a n ， X U We i ， e t a1 E x p e ri m e n t s t u d y o n fl e x u r al t o u g h n e s s o f l a y e r e d h y b ri d fi 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 H u a z h o n g U n i v e r s i t y of S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y( U r b a n S c i e n c e E d i t i o n ) ， 2 0 0 5 ， 2 2 ( 4 ) ： 7 2 7 4 ( i n C h i n e s e ) ) 6 赵顺波， 孙晓燕， 李长永 ， 等 高强钢纤维混凝土弯曲韧性试验研究 J 建筑材料学报， 2 0 0 3 ， 6 ( 1 ) ： 9 5 9 9 ( Z H A O S h u n b o ， S U N X i a o - y a n ， L I C h a n g - y o n g ， e t a 1 F l e x u r a l t o u g h n e s s o f s t e e l fi 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 J J o u rna l o f B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 3 ， 6 ( 1 ) ： 9 5 9 9 ( i n C h i n e s e ) ) 7 张晡 ， 齐静 ，陈鹏柱聚丙烯长纤维 混凝 土 的抗 弯 曲韧性 试验研究 J 山西 建筑 ， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 7 ) ： 1 7 9 ， 2 1 3 ( Z H A N G F a n g ， Q 1 J i n g ， C H E N P e n g z h u T h e e x p e r i me n t al s t u d y o n t h e a n t i b e n d i n g fl e x u r a l t o u g h n e s s f o r t h e p o l y p r o p y l e n e l o n g fi b e r c o n c r e t e l J 1 S h a n x i A r c h i t e c t u r e ， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 7 ) ：1 7 9 ， 2 1 3 ( i n C h i n e s e ) ) 8 邓宗才， 张鹏飞，薛会青， 等纤维素纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性 J 北京工业大学学报， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 8 ) ： 8 5 2 8 5 5 ，8 7 7 ( D E N G Z o n g c a i ， Z H A N G P e n g f e i ， X U E H u i q i n g ， e t a 1 F l e x u r a l t o u g h n e s s o f c e l l u l o s e a n d h y b r i d fi b e r r e i nfo r c e d c o n c r e t e b e a ms J J o u r n a l o f B e i j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 8 ) ： 8 5 2 8 5 5 ， 8 7 7 ( i n C h i n e s e ) ) 9 邓宗才， 李建辉 ， 孙宏俊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 41 ( D E N G Z o n g c a i ， L I J i a n h u i ， S U N H o n g - j u n E x p e r i me n t al S t u d y o n fl e x u r al t o u g h h e s s o f a n e w a c r y l i c fi b e r r e i nf o r c e d 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 C e m e n t P r o d u c t s ， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 3 9 41 ( i n C h i n e s e ) ) 1 0 HO L L A N D T C P r o p o r t i o n i n g s i l i c a f u m e c o n c r e t e R S i l i c a F u me U s e r S Ma n u a l ，F H WA I F - 0 5 - 0 1 6 ，1 9 9 9 ： 6 4 - 6 5 1 1 童常荣， 秦鸿根， 朱晓斌， 等不同品种纤维对混凝土抗渗透性能的影响 J 商品混凝土， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ： 3 3 - 3 5 ( T O N G C h a n g r o n g ， Q I N G H o n g g e n ， Z H U X i a o b i n ， e t a 1 T h e i n fl u e n c e o f d i f f e r e n t k i n d s o f fi b e r s o n a n t i p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e 【 J I R e a d y Mi x e d C o n c r e t e ， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ： 3 3 - 3 5 ( i n C h i n e s