纤维对超高性能混凝土残余强度及高温爆裂性能的影响

采用普通原材料制备56 d龄期抗压强度为140~160 MPa的空白组超高性能混凝土、钢纤维超高性能混凝土及混杂纤维超高性能混凝土,测定其遭受高温作用后的残余抗压强度和劈裂抗拉强度,并对100%含湿量的混凝土试块进行高温爆裂试验。此外,测定大小2种加热速率对超高性能混凝土高温爆裂行为的影响。结果表明:所配制混凝土的残余抗压强度均随着目标温度的升高呈现先增大再降低的趋势,800℃高温后的残余抗压强度约为常温强度的30%。钢纤维与混杂纤维混凝土的残余劈裂抗拉强度亦呈现先升高再降低的趋势,800℃高温后的残余劈裂抗拉强度分别为常温强度的15.1%和35.4%。空白组混凝土的残余劈裂抗拉强度随着目标温度的升高而单调下降,800℃高温后的强度值约为常温强度的20.3%。7.5℃/min加热速率下,100%含湿量的3种混凝土试块均发生了严重高温爆裂,单掺钢纤维可以改善超高性能混凝土的高温爆裂,但不能避免爆裂的发生,而混杂纤维对超高性能混凝土高温爆裂的改善效果并未显著优于钢纤维。2.5℃/min加热速率下,混杂纤维可避免部分超高性能混凝土试块发生爆裂。      

高强混凝土经不同高温历程后性能劣化研究

对经历不同加热温度和不同恒温时间的C60高强混凝土性能劣化进行了试验研究,并利用超声、显微硬度检测、扫描电子显微镜及汞压力测孔等综合手段观察其高温后细微观结构的变化。重点分析了高强混凝土外观、抗压强度、弹性模量、质量损失、高温爆裂机理、细微观结构的变化规律。研究结果表明,经不同高温历程后,高强混凝土的色泽变浅,从300℃恒温1 h时开始混凝土试块呈铁锈红色,直到400℃恒温2 h时铁锈红色消失,700~900℃试块外表呈灰白色;高强混凝土会在500℃时发生爆裂,较普通混凝土的爆裂温度低很多;凝胶分子、水泥水化物等受热分解,使其表面和内部产生孔隙和微裂纹,高强混凝土细微观结构逐渐变差,这是造成宏观力学性能劣化的根本原因。随着加热温度的升高与恒温时间的增长,高强混凝土的抗压强度、弹性模量和质量总体呈下降趋势,且相对恒温时间的不同,加热温度的变化对高强混凝土力学性能劣化的影响更大。     

自密实轻骨料混凝土的高温性能

为了保证自密实轻骨料混凝土(Self-compacting lightweight concrete,SCLC)在实际工程中的安全运用,本文分别对强度为C40和C50的自密实轻骨料混凝土试件进行了高温爆裂试验。通过测定混凝土试验前后的质量、超声波速、抗压强度和抗折强度,研究了自密实轻骨料混凝土的高温性能,并和同强度的普通混凝土、轻骨料混凝土和自密实混凝土的高温性能进行了对比。结果表明,自密实轻骨料混凝土比普通混凝土易爆裂,质量损失较大,但是高温后的超声波速和残余强度损失均小于普通混凝土。     

微胶囊-玄武岩纤维/水泥复合材料的力学性能

以水泥、玄武岩纤维和脲醛/环氧树脂微胶囊为主要材料,制备水泥基复合材料标准试样,研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期对复合材料抗折强度和抗压强度的影响,利用正交实验确定微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料力学性能的最优配比。实验结果表明：抗折强度随着纤维掺量的增加而增加,抗压强度随着纤维掺量增加而减小;随着纤维长度的增加,抗折强度略有增加,抗压强度略有降低;抗折强度随着微胶囊质量分数的增加呈现出先增加后减小的趋势,而抗压强度则呈现下降趋势;抗折强度与抗压强度随养护龄期的增加而呈增加的趋势;材料经损伤后修复,抗折强度修复率为117%,恢复率为103%,抗压强度修复率为71%,恢复率为97%。     

纤维增强活性粉末混凝土高温力学性能的实验研究

研究了钢纤维、聚丙烯纤维和PVA纤维的不同掺量以及纤维复掺在90℃、200℃和400℃高温养护时活性粉末混凝土的力学性能和微观结构.结果表明,200℃高温养护,单掺钢纤维时,RPC的抗折强度与90℃的相近,但抗压强度提高,迭210.2MPa;单掺聚丙烯纤雏时,由于其高温熔解,形成三维网络结构,与RPC融为一体,抗压强度显著提高,当掺量为1.5%(体积分数)时,强度达242.6MPa.纤维复掺时抗折强度与钢纤维相近,但抗压强度有所提高,200℃养护时达265 MPa.400℃养护时,随水胶比降低,强度进一步增大,当水胶比为0.12时,抗压强度达333.4MPa.     

高温后混凝土力学性能的分析

对高温后混凝土的力学性能进行试验研究，包括不同温度后高强混凝土应力一应变曲线、峰值应力、平均模量的变化情况。研究表明：随受火温度升高，高强混凝土的强度、弹性模量逐渐下降，峰值应变逐渐增大。通过回归分析，给出了相应的回归公式。随后，与普通混凝土进行了比较，发现超过常温范围混凝土具有明显不同于普通混凝土的特点，快速升温时发生爆裂现象，其抗火性能低于普通混凝土。     

玻化微珠保温混凝土高温后性能劣化及微观结构

配制普通混凝土（NC）和玻化微珠保温混凝土（GHB/NC）,研究从常温升温至1 000℃高温后表观现象变化、质量、抗压强度损失等性能的劣化过程,同时讨论超声波无损检测法评判混凝土高温后性能的普适性,对比分析相对波速、损伤度与受热温度、抗压强度损失率的关系,利用SEM观察不同高温后试件微观结构变化。结果表明:采用相对波速、损伤度评价混凝土高温后性能具有良好相关性,回归公式拟合度较高;随温度升高,NC和GHB/NC混凝土内部损伤逐步加剧,水泥胶凝受热分解、水分散失等在试件表面和内部产生空隙、裂纹并相互贯通,玻化微珠、粗骨料与水泥石界面黏结力逐步减弱甚至丧失,造成宏观力学性能劣化,抗压强度损失率增大。升温至800℃后NC强度损失72.3%,GHB/NC强度损失74.6%,1 000℃时基本丧失承载能力。      

高温后半灌浆套筒抗拉性能试验研究

对灌浆料标准试块和铸铁半灌浆套筒连接件进行了常温、200℃、300℃、400℃、600℃的抗压强度试验和单向拉伸试验。研究了温度对灌浆料性能的影响,以及锚固长度、保护层厚度对高温后半灌浆套筒钢筋连接试件抗拉性能的影响,分析了高温后半灌浆套筒连接破坏模式的转变。结果表明:灌浆料抗压强度随温度的升高而降低,在经历600℃高温后,灌浆料抗压强度损失达73%;套筒试件经历高温后由钢筋屈服后断裂破坏逐渐变为钢筋屈服拔出破坏,最终变为钢筋屈服前拔出破坏;无保护层试件抗拉性能在各个温度下均低于有保护层试件。基于试验数据给出了灌浆料抗压强度随温度变化的计算公式及半灌浆套筒极限拉力随温度和锚固长度变化的计算公式,为相关设计及工程施工提供参考。     

高温后圆钢管高强混凝土界面黏结性能试验研究

为揭示历经高温作用后圆钢管与高强混凝土界面间的黏结滑移性能,设计17个试件进行推出试验,试验考虑了高强混凝土强度等级、历经最高温度和界面黏结长度3个变化参数,通过试验,观察了试件的破坏过程及形态,得到试件加载端及自由端的荷载-滑移曲线,基于试验实测数据深入分析各变化参数对黏结强度、界面耗能及损伤的影响规律,提出了高温后圆钢管高强混凝土界面黏结强度的计算式以及黏结滑移本构方程。结果表明:随历经温度的升高,圆钢管与高强混凝土界面黏结强度呈现先增大后减小的变化规律;随着历经温度的升高,黏结强度随混凝土强度等级的提高而增大的影响程度逐渐减弱;界面黏结损伤随历经温度的升高有所推迟;界面黏结耗能能力随历经温度与混凝土强度等级的提高而下降。     

高温后PPF掺防腐剂HPC剩余抗压强度试验研究

通过分析常态下掺防腐剂C35HPC抗压强度及高温后剩余抗压强度变化,研究了聚丙烯纤维(PPF)对掺防腐剂C35HPC高温后剩余抗压强度的影响,并描述了试件外观特征随高温温度的变化规律;分析了添加PPF对改善掺防腐剂HPC的抗火性能效果,探讨了PPF改善HPC的抗爆裂机理;通过高温后抗压试验,得出高温作用后PPF掺防腐剂HPC的强度变化规律,用回归分析拟合出抗压强度与温度之间的数学关系式。     

微锈蚀钢筋混凝土高温后粘结锚固性能试验研究

为研究高温对锈蚀钢筋混凝土结构粘结锚固性能的影响,对锈蚀试件(锈蚀率为1.08%)与非锈蚀试件先进行高温试验(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃),再进行中心拔出试验。试验结果表明:随温度的升高,锈蚀试件与非锈蚀试件粘结强度均呈下降趋势,与非锈蚀试件相比,锈蚀试件在温度不超过400℃时,其粘结强度下降趋势较为平缓。分析了高温作用后混凝土抗压强度、钢筋极限强度、钢筋与混凝土间粘结强度三者之间的关系,并建立了考虑不同温度、不同锈蚀率等因素影响下钢筋与混凝土的粘结-滑移关系式。     

高温后高强混凝土受压动态损伤

对45个高强混凝土（HSC）棱柱体进行高温加热,温度分别为20℃、200℃、400℃、600℃和800℃。然后对棱柱体进行高温后轴向动态受压试验,应变率分别为10-5 s-1、10-3 s-1和0.067 s-1。结果表明:随着经历温度的升高,HSC将会出现裂缝,细观结构变得松散;高温对HSC造成的损伤随温度的升高而增大,而应变率对高温后HSC的损伤没有明显影响;经历相同的高温损伤后,HSC的相对受压强度随应变率的增大而增大;轴向应变对高温后HSC造成的损伤在峰值应变前缓慢增大,达到峰值应变后迅速增大;温度越高,峰值应变对应的HSC损伤越小,而经历相同温度后不同应变率下峰值应变处HSC损伤的变化趋势并不明显。基于试验及理论分析,建立了HSC高温损伤以及高温损伤后相对受压强度的计算公式。     

不同强度等级混凝土-190℃时受压强度性能试验研究

通过5种配合比混凝土的试验,探究了不同强度等级混凝土-190℃超低温下的受压强度性能。结果表明,-190℃时混凝土受压的宏观试验现象较常温明显地不同。破坏时脆性均显著,但破坏形态却基本相同。所有试件混凝土-190℃时的受压强度均显著地提高,但混凝土的强度等级对其影响较大,并且还取决于混凝土的含水率。该次试验的C30和C40混凝土-190℃时受压强度较常温可分别增幅达40%和65%,提高其含水率后竟与C50和C60混凝土增幅相近、达90%以上。根据该次试验结果与已有研究结果给出的不同强度等级混凝土-190℃时受压强度的计算模型,可用于LNG储罐等混凝土结构的设计和安全评估。     

An experimental study on the residual mechanical properties of fiber reinforced concrete with high temperature and load

The effects of high temperature and fiber content on the residual mechanical properties of concrete have experimentally investigated. In this paper, residual mechanical properties of high-strength and normal strength concretes made with different water to cement (w/c; 0.55, 0.42 and 0.32) ratios exposed to high temperature were compared with those obtained in fiber reinforced concretes with similar characteristics ranging from 0.05 to 0.20 % polypropylene (PP) fibers by volume of concrete. Also, variables including pre-load level of 20 and 40 % of the maximum load at room temperature were considered. Concrete specimens prepared with the variables were tested for outbreak time, thermal strain, length change, weight loss, compressive strength, modulus of elasticity and energy absorption capacity. It is seen that the cross-sectional area of PP fiber can influence the residual mechanical properties and the spalling tendency of concrete of fiber reinforced concrete exposed to high temperature from the results. Especially, the external loading influenced to increase not only the residual mechanical properties of concrete but also the risk of spalling and the brittle failure tendency.     

活性粉末混凝土高温后冲击压缩特性研究

利用分离式霍普金森压杆系统,分别对常温下、400℃、600℃及800℃高温过火后的RPC试样进行单轴冲击压缩实验.研究混杂纤维对高温过火后RPC材料抗冲击性能的影响规律.结果表明:常温下混杂纤维对RPC材料动态抗压强度和韧性均产生负混杂效应,但韧性指标降低幅度没有动态抗压强度明显.高温过火后,混杂纤维RPC 材料出现了塑性强化现象,动态抗压强度和韧性增加明显,抗冲击性能及材料完整性均优于单掺钢纤维RPC材料,出现正混杂效应.在研究范围内纤维最优体积掺量为:钢纤维2.0%、PVA 纤维0.1%.     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的抗盐冻性能

研究了盐冻循环作用对锂渣混凝土(LiC)和钢-聚丙烯混杂纤维锂渣混凝土(HFC)的质量损失、抗压强度、动弹性模量、基振频率以及溶液吸入量的影响。结果表明:随盐冻循环次数的增加,LiC和HFC均呈现质量损失率逐渐增大、抗压强度先增加后减小、动弹性模量前期稳定后期逐渐减小、溶液吸入量(Ws)先减小后增加的变化规律。将二者对比可以发现,钢-聚丙烯混杂纤维掺入混凝土可以减小盐冻作用对混凝土的内部损伤,显著提高混凝土的抗盐冻性能。     

高温后高强混凝土受压疲劳性能研究

利用电液伺服疲劳试验机,进行了C60高强混凝土的单轴受压疲劳试验,研究了其经100℃、400℃和700℃高温后表观特征、残余应变、疲劳寿命等的变化规律。试验结果表明:高温后高强混凝土的色泽变浅,部分400℃恒温0.5 h、1 h的试块呈铁锈红色,700℃时试块外表呈灰白色;在单轴受压疲劳荷载作用下,高温后高强混凝土的残余应变符合三阶段发展规律,较普通混凝土有更长的第二阶段。定义相对残余应变为损伤变量,建立了高温历程与受压疲劳损伤的关系模型,为经历重复荷载作用与不同加温历程等综合工况下高强混凝土疲劳试验研究及疲劳损伤评价奠定了基础。     

纳米碳纤维增强混凝土抗冻性能试验

对六种不同纳米碳纤维掺量的72个纳米碳纤维/混凝土试件进行了慢冻融循环试验,通过测量纳米碳纤维/混凝土经不同冻融循环次数作用后的抗剥落能力、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度损失率,研究了纳米碳纤维掺量对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的影响。另外进行了纳米碳纤维/混凝土的FE-SEM试验和压汞试验,分析了纳米碳纤维对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的微观改性机制。结果表明:纳米碳纤维通过改善混凝土的微观形貌,细化其孔隙结构,提高其整体性和密实度,显著改善了混凝土的抗冻性能;纳米碳纤维掺量为3vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能最佳。同普通混凝土相比,300次冻融循环后,纳米碳纤维/混凝土的相对动弹性模量提高了33.2%,抗剥落能力显著增强;相同冻融次数下,随着纳米碳纤维掺量的增加,纳米碳纤维/混凝土相对动弹性模量和抗压强度损失率均先增大后减小,质量损失率先减小后增大。但纳米碳纤维掺量最大为5vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能仍优于普通混凝土;冻融循环次数越多,纳米碳纤维对混凝土抗冻性能的改善作用越显著。      

Material and structural performance evaluation of recycled PET fiber reinforced concrete

Most PET bottles used as beverage containers become waste after their usage, causing environmental problems. To address this issue, a method to recycle wasted PET bottles is presented, in which short fibers made from recycled PET are used within structural concrete. To verify the performance capacity of recycled PET fiber reinforced concrete, it was compared with that of polypropylene (PP) fiber reinforced concrete for fiber volume fractions of 0.5%, 0.75%, and 1.0%. Appropriate tests were performed to measure material properties such as compressive strength, elastic modulus, and restrained drying shrinkage strain. Flexural tests were performed to measure the strength and ductility capacities of reinforced concrete (RC) members cast with recycled PET fiber reinforced concrete. The results show that compressive strength and elastic modulus both decreased as fiber volume fraction increased. Cracking due to drying shrinkage was delayed in the PET fiber reinforced concrete specimens, compared to such cracking in non-reinforced specimens without fiber reinforcement (NF), which indicates crack controlling and bridging characteristics of the recycled PET fibers. Regarding structural member performance, ultimate strength and relative ductility of PET fiber reinforced RC beams are significantly larger than those of companion specimens without fiber reinforcement.