Effects of fibers on mechanical properties of high-performance concrete subjected to elevated temperatures

The compressive strength and ilexural toughness as well as fracture energy of fiber reinforced highperformance concrete （FRHPC） subjected to different high temperatures were studied. The results showed that after exposure at 300,600 and 900℃, the concrete mixes retained 88.1% , 41.3% and 10.2% of the original compressive strength on average, respectively. Steel fiber and polypropylene （PP） fiber were both effective in minimizing the damage effect of high temperatures on the compressive strength. The HPC reinforced with steel fibers showed higher flexural toughness and fracture energy before and after the high-temperature exposures. In comparison, PP fibers had minor beneficial effects on the flexural toughness and fracture energy. The mechanical properties of HPC reinforced with hybrid fibers （steel fiber ＋ PP fiber） were equivalent to or better than those of HPC reinforced with steel fibers alone. In addition, the failure pattern of FRHPC beams changed from pull-out of steel fibers at lower temperatures （20, 300 and 600℃） to tensile failure of steel fibers at higher temperature （900 ℃）.     

The Mechanical Properties of Polypropylene Fiber Reinforced Concrete

The compressive, shear strengths and abrasion-erosion resistance as well as flexural properties of two polypropyenc fiber reinforced concretes and the comparison with a steel fiber reinforced concrete were reported. The exprimental results show that a low content of polypropylene fiber (0.91 kg/m^3 of concrete ) slightly decreases the compressive and shear strengths, and appreciably increased the flexural strength, but obviously enhances the toughness index and fracture energy for the concrete with the same mix proportion, coasequently it plays a role of anti-cracking and improving toughness in concrete. Moreover, the polypropylene mesh fiber is better than the polypropylene monofilament fiber in improving flexaral strength and toughness of concrete, but the types of polypropylene fibers are inferior to steel fiber. All the polypropylene and steel fibers have no great beneficial effect on the abrasion-erosion resistance of concrete.     

有机纤维对“客运专线”用C40高性能混凝土性能的影响

目的为增强混凝土早期抗塑性开裂性能及耐久性,研究了有机纤维种类、长度及掺量对混凝土工作性能、力学性能及抗碳化性能的影响．方法采用坍落度试验、抗压与抗折强度试验、混凝土碳化试验及平板约束法测试进行研究．结果聚丙烯腈（PAN）纤维对混凝土工作性能影响最大,坍落度降幅达86％;掺入19mm聚丙烯（PP）单丝纤维,坍落度下降25％;加入0．15％PP纤维,坍落度降幅达28．7％,含气量增加25．9％;掺入聚乙烯醇（PVA）纤维后,混凝土7d、28d抗压强度降幅最大,分别达30．4％、23．5％;12mmPP单丝纤维体积掺量为0．15％时混凝土的抗裂效果明显好于0．05％掺量,而碳化深度较基准低30％．结论混凝土中掺入有机纤维后,早期抗塑性开裂性能明显增强;混凝土的抗裂效果随纤维长度和掺量增加,效果越来越明显;有机纤维的加入明显提高混凝土的抗碳化力,力学性能有所降低,但降幅不大．     

层布式混杂纤维混凝土弯曲韧性的试验研究

介绍了评价纤维混凝土弯曲韧性的不同方法,提出了修正的弯曲韧度方法来确定初裂挠度,克服其初裂挠度确定困难的缺点.通过试验研究了素混凝土、聚丙烯纤维混凝土和层布式混杂纤维混凝土的弯曲韧性.结果表明,聚丙烯纤维混凝土的弯曲韧度指数高于素混凝土,层布式混杂纤维混凝土的弯曲韧度指数也高于素混凝土,最后分析了纤维混凝土的增韧机理.     

Mechanical properties of layered steel fiber and hybrid fiber reinforced concrete

To explore a new structure form of fiber reinforced concrete, namely, the layered steel fiber and layered hybrid fiber reinforced concrete （LSFRC and LHFRC）, the mechanical properties of LSFRC and LHFRC, such as compressive strength, tensile strength, flexural strength, fatigue and durability were focused on. The experimental results show that LSFRC and LHFRC can improve the flexural strength of concrete by 20%-50%. In the aspect of improving the flexural strength of concrete, adulterant rate has more obvious effect than length/diameter ratio. Double logarithmic fatigue equation considered liveability was founded. The impermeability of LHFRC is superior to LSFRC and plain concrete （C）. However, the porosity of LHFRC is lower than LSFRC and C. The shrinkage of LHFRC at every age is obviously lower than C. The antifreeze durability of LHFRC is also better than C.     

钢纤维超高强混凝土的力学性能试验

为了配制出强度高、韧性好、抗冲击性能良好的超高强混凝土,对钢纤维掺入体积率(Vf)为0~3%、基体强度为110 MPa以上的钢纤维超高强混凝土(SFRVHSC)进行立方体抗压、轴向抗压、劈裂抗拉、抗折强度和弹性模量等性能的测试,并对钢纤维超高强混凝土弯曲韧性进行了试验研究.结果表明,SFRVHSC抗压强度随Vf(0~3%)的增加有一定的增长,弹性模量随着材料抗压强度的提高略有增加;钢纤维对SFRVHSC的劈裂抗拉、抗折强度有显著的增强作用.SFRVHSC表现出优异的韧性,弯曲韧性指数I5、I10、I20分别达基体混凝土的4.71~5.15、9.47~11.23、19.02~24.06倍.SFRVHSC梁的荷载-位移曲线与坐标轴包含的面积也明显增加.     

纤维素纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性

研究了纤维素纤维UF500增强混凝土的抗弯韧性,同时进行了合成纤维、钢纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性试验,测定了纤维混凝土梁的荷载一挠度全曲线.基于美国ASTM方法,分析了纤维素纤维、合成纤维、钢纤维及其混杂纤维增强混凝土的弯曲韧性.研究表明,纤维素纤维可提高混凝土抗弯韧性和变形能力,韧性指数I_5、J_(10)分别比素混凝土提高了3.0和5.8倍;在纤维体积率相同情况下,纤维素纤维混凝土抗弯韧性高于聚丙烯纤维混凝土;纤维素纤维和钢纤维混杂使用显著改善了混凝土的韧性和变形性能,使混凝土由脆性破坏变为延性破坏.     

纤维类型对混凝土抗压强度和弯曲韧性的增强效应及变异性的影响

为研究单掺钢纤维、聚丙烯纤维和纤维素纤维对混凝土抗压强度及弯曲韧性的影响,在不同体积掺量下进行了混凝土试块的抗压强度及弯曲韧性试验,并对试验结果进行了变异性分析。试验结果表明：3种纤维混凝土抗压强度较素混凝土平均提高26.7%、6.1%和11.1%;二次抗压强度保持率分别达77.0%、45.7%和58.0%;抗弯承载力最大分别提高31.6%、3.5%和14.0%;基于荷载挠度曲线、Newkumar法及弯拉应力应变曲线分别计算的弯曲韧性指数I₂₀、Newkumar指标PCS_m和韧度比R_x分别为素混凝土的4.2、3.1、2.6倍,19.9、9.8、6.9倍和4.0、3.4、2.7倍。变异性分析结果表明,掺入纤维后混凝土的抗压强度变异性小于弯曲韧性。同时,基于Newkumar法和应力应变曲线法算得的混凝土弯曲韧性指标变异系数小于荷载挠度曲线法。总体而言,钢纤维增强混凝土的抗压强度和弯曲韧性最为显著,且变异系数最小。纤维素纤维增强混凝土抗压强度及聚丙烯纤维增强混凝土弯曲韧性则相对较显著。     

钢渣与废旧轮胎颗粒混凝土的强度与收缩变形性能

为研究钢渣部分或全部替代天然集料对混凝土基本力学性能和体积变形行为的影响,对使用不同种类集料混凝土的抗压强度、抗折强度、干缩变形和早期塑性开裂进行了试验研究。结果表明:钢渣取代天然集料将使抗折强度稍微降低而抗压强度有一定提高,也将显著改善混凝土的早期塑性开裂行为;废旧轮胎胶粉颗粒取代10%细集料能够显著降低全级配钢渣集料混凝土的膨胀、普通混凝土的干燥收缩,也将使混凝土的强度有所降低;弹性废旧轮胎胶粉颗粒的使用,可以改善钢渣混凝土的体积变形。     

纤维高性能混凝土工作性能与韧性的试验研究

目的 揭示高耐碱玻璃纤维[ARGF（H）]与混杂纤维对高性能混凝土工作性能与弯曲韧性的影响，以拓展它们的结构用途．方法 参照国际上先进的试验方法和标准，按不同的纤维掺量设计了多组玻璃纤维、钢纤维（SF）以及混杂纤维混凝土试件，进行了大量工作性能、含气量、抗压强度和弯曲韧性的试验．结果 掺加纤维对高性能混凝土的工作性能、抗压强度无明显影响。钢纤维和混杂纤维均可明显提高混凝土的韧性．结论 玻璃纤维对混凝土的韧性有一定的提高，与钢纤维混杂可充分发挥SF提高韧性及ARGF（H）抵抗收缩裂缝的功效，在实际工程中具有性能与成本的优势。     

掺粉煤灰PVA纤维增强水泥基复合材料的试验研究

研究了粉煤灰掺量对PVA纤维增强水泥基复合材料（ECC）的新拌性能、弯曲性能、抗压抗折强度、开裂模式及微观结构的影响.结果表明：随着粉煤灰掺量的增加,水泥净浆的屈服剪切应力和塑性黏度不断降低,ECC的流动度增加.ECC的初始开裂荷载降低、抗折和抗压强度逐渐降低,ECC的跨中挠度提高,ECC的平均裂缝宽度变小.在满足抗压强度的前提下,适当增加粉煤灰掺量有助于提高ECC的韧性和延性.     

层布式钢纤维-聚丙烯腈纤维混凝土力学性能试验研究

通过力学性能对比试验，研究了层布式钢纤维和聚丙烯腈纤维的混杂应用对混凝土的力学性能的影响．结果表明，层布式钢纤维—聚丙烯腈混杂纤维明显提高了混凝土的抗弯拉性能，显著改善了混凝土的延性和弯曲韧性。     

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土（RPC）和渗浇钢纤维混凝土（SIFCON）两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料（Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC）的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明：UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1 MPa、韧性指数I₂₀最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。     

橡胶粒子改性水泥混凝土的耐久性能

研究了橡胶粒子改性水泥混凝土的工作性能和耐久性能,探讨了橡胶粒子掺量对混凝土性能的影响。试验结果表明,掺加橡胶粒子可明显改善混凝土的工作性能、干缩性及抗冻性能,同时会降低混凝土的抗折、抗压强度和抗碳化性能。橡胶粒子对混凝土早期(3 d)抗折、抗压强度影响较小,但对混凝土28 d抗折、抗压强度的负面影响较大。随着橡胶粒子掺量的增大,混凝土抗冻性能逐渐降低,混凝土的干缩值也有逐渐增大的趋势,但其抗冻性及干缩性仍要优于普通混凝土。     

低掺量S-P混杂纤维增强增韧的作用研究

研究并讨论了钢纤维与聚丙烯纤维混杂对高性能混凝土力学性能的影响。研究结果表明,在较低掺量下(总体积率0.9％),混杂纤维混凝土的抗压、抗拉强度、断裂性能和抗弯韧性得到了较显著的提高,使混凝土的破坏具有预征兆性,并在混凝土材料初裂后呈现优越的应变硬化行为,体现了两者的混杂效应。     

外掺材料对混凝土弯曲韧性的影响

利用聚丙烯纤维网和聚丙烯酰胺制备高柔韧性混凝土,通过强度试验和弯曲韧性试验,研究了聚丙烯纤维网和聚丙烯酰胺对混凝土韧性的改性效果,并通过扫描电镜对改性混凝土的微观结构进行了全面分析.试验结果表明聚丙烯纤维网和聚丙烯酰胺不仅能提高抗折强度和弯曲韧性,而且对混凝土微观结构的改善有显著作用,并可降低压折比,分析表明聚丙烯纤维网的最佳掺量为0.9kg/m3,聚丙烯酰胺的最佳掺量为8%.     

Enhanced flexural performance of epoxy polymer concrete with short natural fibers

Epoxy polymer concrete (EPC) has found various applications in civil engineering. To enhance the flexural performance of EPC, two kinds of short natural fibers with high specific strength (sisal fibers and ramie fibers) have been incorporated into EPC. The results of mechanical tests show that a small loading of natural fibers (0.36 vol%) can significantly increase the flexural strength of EPC by 25.3% (ramie fibers) or 10.4% (sisal fibers). This enhancement is achieved without any sacrifice of compressive strength of EPC. The reinforcing effects of short natural fibers on the flexural properties and compressive properties of EPC decrease with further increase in fiber content, due to the insufficient wetting of fibers by epoxy resin which results in poor interfacial bonding. The reinforcing mechanisms of short natural fibers are explored according to the observation of fracture surfaces and micromechanical modelling. It is found that the parallel model based on the rule of mixture can be a good approximation to describe the improvement in flexural strength of the short natural fiber reinforced EPC at low fiber volume fractions.     

水胶比对超高性能混凝土施工与力学性能的影响

兼顾优异施工及力学性能超高性能混凝土（UHPC）研制的重点之一是确定合适的水胶比。为此,以150 MPa级UHPC的原材料和配合比均不变（除用水量外）为前提,研究水胶比（0.15~0.2）对UHPC施工与力学性能的影响规律。通过相关试验得到了UHPC不同湿拌时间的扩展度、充分湿拌时间、静停一段时间的扩展度、抗压、抗折强度、四点弯曲应力挠度曲线、四点弯曲出现可视裂纹时下缘等效拉应力;对抗压、抗折强度进行了变异性分析;利用应力挠度曲线,基于规范法得到了弯曲韧性指标,并提出了其改进方法。结果表明：UHPC达最佳扩展度所需湿拌时间（充分湿拌时间）为6 min;水胶比由0.16增至0.19时UHPC扩展度基本呈线性增长,水胶比每增加0.01,UHPC扩展度平均增幅为109 mm;当水胶比、静停时间分别为0.19、4 h时,扩展度损失40 mm,损失率仅5.9%;UHPC抗压强度、抗折强度及弯曲韧性指标随水胶比的增大皆呈先增后减趋势,当水胶比分别为0.18、0.16和0.16时达到最优;应力峰值前的应力挠度曲线并不是典型全凸形曲线;可视初裂抗折强度约为抗折强度的0.85倍;UHPC试件的弯曲韧性较好,宜采用可视初裂挠度作为初始变形参考进行韧性指标计算;为保证UHPC兼顾良好施工与力学性能,建议湿拌时间、水胶比分别为6 min、0.18或0.185。     

再生纤维素纤维增强水泥砂浆的早期抗裂和自收缩行为

早期收缩开裂是导致混凝土劣化的重要因素之一,纤维的加入可以延缓甚至减少裂缝的延伸及扩展。使用具有吸水特性的再生纤维素纤维,与UF500纤维素纤维和无吸水的聚丙烯短纤维对比,研究再生纤维素纤维对水泥砂浆早期抗裂和自收缩行为的影响规律。将掺量为水泥质量1%或2%的各类纤维掺入水泥砂浆,密封养护,分析水泥砂浆强度、折压比及自收缩应变。研究结果表明：水灰比0.3时,添加再生纤维素纤维不能增强砂浆的抗裂性能和自收缩性能;水灰比大于0.35时,添加1%的再生纤维素纤维虽然降低了砂浆的抗折强度和抗压强度,但提高了该样品的折压比,增强了砂浆的抗裂性能和减缩效应。     

异型塑钢粗合成纤维混凝土在道桥工程中的应用

介绍了粗合成纤维的种类及各自特点,在试验的基础上,着重阐明了异型塑钢粗合成纤维混凝土的抗拉强度、弯曲韧性、抗弯冲击、抗疲劳、轴向拉伸、抗断裂及抗腐蚀等力学性能与耐久性,论述了用于道桥施工的技术问题,并对未来的应用前景做了展望．