钢纤维对超高性能水泥基复合材料增强增韧的影响

为研究钢纤维对超高性能水泥基复合材料(UHPCC)增强增韧性能的影响,对掺加不同类型、掺量和排列方式钢纤维的UHPCC直接拉伸性能和弯曲韧性进行研究。结果表明,钢纤维明显提高UHPCC的直接拉伸性能和弯曲韧性。纤维掺量越高,增强增韧效果越明显;相同掺量下,波纹型钢纤维的增强增韧效果优于端钩型,这是由于波纹型钢纤维与基体间存在更强的机械咬合力。此外,沿拉应力方向有序排列钢纤维的方式更有利于UHPCC的增强增韧,表现为破坏过程呈现一定的应变硬化特征。     

磷酸锌改性钢纤维对UHPC单轴拉伸性能的影响

系统研究了不同质量掺量下,磷酸锌(Zn Ph)改性及未改性钢纤维对超高性能混凝土(UHPC)单轴拉伸性能的影响,并采用单根纤维拔出试验、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分别对纤维桥联作用、纤维/基体界面及纤维表观的形貌和元素进行分析。结果表明:钢纤维掺量相同时,与未改性钢纤维UHPC相比,Zn Ph改性钢纤维UHPC的极限抗拉强度和轴拉韧性比均增大,以掺量为160 kg/m3时最优,此时二者分别为9.00 MPa和0.85;单根Zn Ph改性钢纤维拔出行为的最大力、界面剪切强度和拔出耗能相较单根未改性钢纤维的分别提高了45.47%、45.23%、49.37%;Zn Ph改性钢纤维与UHPC基体间更加致密的界面性能、纤维表面更多的水化产物黏附和"沟壑"为单根Zn Ph改性钢纤维拔出性能的增强及其UHPC单轴拉伸韧性的提升奠定了基础。     

纤维种类对钢纤维增强聚合物混凝土力学与变形性能的影响研究

以羧基丁苯聚合物改性混凝土(聚合物掺量8%)为基体,分别加入体积掺量1%、2%、3%的波浪、盾铃、渡铜钢丝型钢纤维进行对比试验。试验结果表明,三种钢纤维增强聚合物混凝土中,渡铜钢丝型钢纤维聚合物混凝土具有最好的力学性能,但呈脆性破坏;盾铃型钢纤维聚合物混凝土具有最优的施工和易性与耗能性能;波浪型钢纤维增强效果相对较弱。纤维的数量、密度、外形特征、外表的光滑程度、最佳掺量等对钢纤维增强聚合物混凝土的力学性能、耗能效果、破坏形式有较明显的影响。     

钢纤维在梁截面的分布及其对混凝土梁弯曲韧性的影响

参照德国混凝土标准(DBV)对纤维混凝土试验梁弯曲韧性进行研究。在此基础上统计分析了钢纤维在混凝土试验梁破坏截面的分布及其对弯曲性能的影响。结果表明:对于相同掺量的钢纤维混凝土梁,纤维在破坏截面的分布有较大的离散;韧性总体上随纤维掺量的增加呈增大趋势,但也存在纤维掺量较高但截面纤维根数较低且韧性较低的试验梁;通过对统计数据进行线性回归,建立纤维掺量与单位面积纤维根数的函数关系,预测不同纤维掺量时破坏截面的纤维根数。试验表明,与纤维掺量相比,纤维分布是影响梁弯曲韧性更为直接的因素。     

哑铃形钢纤维增强超高性能混凝土力学模型研究

为研究异形钢纤维对混凝土的增强增韧作用机理,依据Victor Li提出的裂纹面纤维桥联应力公式,考虑钢纤维在基体中的埋置深度、埋置角度以及纤维与基体界面相互作用,提出了单根纤维拔出模型,通过异形钢纤维混凝土梁正截面平衡关系建立了裂纹面纤维桥联应力与截面力的关系。对哑铃形钢纤维在1%、2%、3%三种体积掺量下混凝土梁的弯曲试验数据进行拟合,得到钢纤维混凝土受拉本构关系,应用到截面非线性分析程序后得到的弯矩—曲率关系与试验结果吻和良好。     

钢纤维对UHPC拉伸性能及其拔出行为的影响

采用单轴拉伸试验和单丝拉拔试验探究了钢纤维形状、长度与直径对超高性能混凝土(UH-PC)拉伸性能及钢纤维拔出行为的影响,并结合部分单丝拉拔试验样品的钢纤维表面形貌和钢纤维-基体界面的扫描电子显微镜(SEM)观察结果,对前述影响进行了合理解释.结果表明:掺有端钩型钢纤维的UHPC拉伸性能和钢纤维单丝拉拔性能普遍优于同直径同长度的平直型钢纤维,端钩型钢纤维的锚固力是导致其拉伸全应力-应变曲线出现"屈服段"和拉拔载荷-位移曲线出现平台期的原因;无论平直型还是端钩型钢纤维,当钢纤维直径相同时,UHPC的初裂强度随钢纤维长度增加而呈先增大后减小趋势,当钢纤维长度为16 mm时获得最优UHPC拉伸性能与钢纤维单丝拉拔性能;随着钢纤维直径的增加,掺有相同长度端钩型钢纤维的UHPC拉伸性能与钢纤维单丝拉拔性能逐渐变差,原因在于随着钢纤维直径的增加,钢纤维-基体界面出现泌水,导致混凝土局部孔隙增多,结构疏松.     

混杂纤维高强混凝土断裂性能试验研究

采用楔劈拉伸试验方法,对14组共42个混杂纤维(钢纤维-聚丙烯纤维)高强混凝土试件进行楔劈拉伸试验,研究混杂纤维高强混凝土的断裂性能。研究结果表明:在钢纤维体积率为1.5%、聚丙烯纤维掺量为0.6kg/m3时,混杂纤维高强混凝土表现出较好的断裂韧性,但随着聚丙烯纤维掺量的增大,其增韧效果变化不大;当聚丙烯纤维掺量为0.9kg/m3时,混杂纤维高强混凝土断裂韧度、断裂能、裂缝嘴张开位移及其增益比均随钢纤维体积率的增加表现出良好的增加趋势;钢纤维在高强混凝土断裂性能的改善方面起着主导作用,随着钢纤维体积率的增加,聚丙烯纤维的增韧作用逐渐减弱;钢纤维类型对混杂纤维高强混凝土的断裂性能具有不同程度的影响。     

纤维增强活性粉末混凝土(RPC)断裂能的研究

通过三点弯曲梁法测试了钢纤维、混杂纤维（钢纤维、聚丙烯纤维）增强RPC试件的断裂能．试验结果表明,钢纤维对RPC的增强增韧效果显著,而混杂纤维的效果更佳,给出了断裂能、特征长度等参数随纤维掺量的变化趋势,得出较优的纤维掺量,并分析了纤维增强RPC的整个破坏过程,对其破坏机理进行了初步探讨．     

纤维对含粗骨料超高性能混凝土高温性能的影响

为了探究改善超高性能混凝土(UHPC)高温性能的措施,从力学性能、质量损失、超声检测等方面研究了纤维(不掺纤维、单掺钢纤维、混掺钢纤维与合成纤维)对UHPC高温性能的影响。结果表明:当纤维掺量增加时,UHPC的工作性与抗压强度均随之下降,抗折强度则先升后降;随着目标温度的升高,UHPC的残余抗压强度先升后降,损伤逐步加重;纤维的加入可以延缓裂缝的发展,混掺钢纤维与合成纤维可以有效改善UHPC高温爆裂行为。     

利用3D-DIC评价超高性能混凝土裂缝扩展行为

为研究钢纤维掺量对超高性能混凝土裂缝扩展行为的影响,利用3D-DIC定量评价超高性能混凝土裂缝扩展规律。首先利用三点弯曲试验测试纤维掺量对UHPC弯曲性能影响。然后利用3D-DIC监测弯曲荷载作用下UHPC裂缝扩展行为。实验结果表明:钢纤维显著改善了UHPC的抗压强度和劈裂拉伸强度,随着纤维掺量的增加,抗拉强度和劈裂拉伸强度呈现出先增大后减小的趋势,当纤维体积掺量为2.0%时,其抗压和劈裂拉伸强度达到最大值。当V_f=0.5%时,荷载-挠度曲线呈现"挠度软化"现象,P_(LOP)P_(MOR);V_f≥1.0%时,荷载-挠度曲线呈现"挠度硬化"现象。随着纤维掺量的增加,裂缝扩展路径曲折程度增加,裂缝开口位移逐渐增大。     

异形钢纤维混凝土性能试验研究

通过试验研究了4种异形钢纤维对高强混凝土工作性能、物理力学性能和弯曲韧性的影-向。探讨了不同异形钢纤维的增强、增韧机理，并指出钢纤维的掺入，使混凝土以主拉应力控制的劈拉强度等具有一定早强性。     

钢纤维自应力混凝土力学性能试验研究

研究了在三维乱向分布钢纤维的限制下,掺有钢纤维的硫铝盐酸自应力混凝土（SFRSC）的直接拉伸、抗压、 劈拉、抗折强度特性,由于钢纤维和基体间的摩阻限制所引入的自应力和钢纤维的三向限制作用,使得钢纤维对于自应力混凝土的增强效应要比对于普通混凝土的高,另外,在现有钢纤维混凝土强度计算模式的基础上,通过优化方法得出了对于不同目标自应力等级的自应力混凝土的钢纤维增强效应系数。     

超高性能混凝土有腹筋梁受剪性能及受剪承载力研究

为了研究超高性能混凝土（UHPC）有腹筋梁的受剪性能,对7根UHPC梁进行了受剪性能试验,变化参数包括剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、钢纤维掺量等。试验结果表明：UHPC有腹筋梁的破坏形态有弯曲屈服后的剪切破坏和剪压破坏,破坏时梁表面呈现斜向多条裂缝形态;箍筋可以提高UHPC梁开裂后刚度,钢纤维和箍筋均可以提高UHPC梁的变形能力和受剪承载力,足够的箍筋和钢纤维共同作用可以进一步提高UHPC梁的延性;配箍率增加,梁腹部会出现较密的短斜裂缝。提出了UHPC有腹筋梁受剪承载力计算模型,其中包括剪压区混凝土、斜裂缝处钢纤维、箍筋及纵筋销栓作用对于梁受剪承载力的贡献,模型计算值与试验值吻合良好。     

稻壳灰与混杂纤维对超高性能混凝土的影响作用研究

超高性能混凝土(UHPC)具有优异的力学性能、耐久性且能减轻结构自重、降低材料使用量,具有广阔的应用前景。但UHPC中大量采用超细硅灰与钢纤维等材料,成本较高。对此,拟采用稻壳灰取代一定量硅灰,选用聚丙烯纤维、玄武岩纤维与钢纤维混杂,通过测试UHPC的流动度、静动态力学性能、收缩变形与氯离子扩散系数,研究稻壳灰与混杂纤维对UHPC的影响规律。结果表明:稻壳灰用于UHPC是一种性能优良的廉价矿物掺合料,用量适当时能明显改善UHPC流动度、力学性能与体积稳定性;混杂纤维未能使UHPC取得较理想的力学性能和耐久性,但对UHPC抗裂性能有所改善。     

不同种类钢纤维在C30泵送混凝土中的应用试验研究

为探讨不同种类钢纤维及掺量对C30泵送混凝土工作性能及力学性能的影响,主要研究了钢纤维混凝土工作性能、抗压强度及弯曲韧性。研究表明:钢纤维的掺入会影响混凝土泵送施工性能,经配合比优化后剪切压痕型和哑铃型钢纤维混凝土泵送性能优良;同掺量钢纤维混凝土,峰值前韧度差异相对较小,不同类型钢纤维的增韧效果主要体现在峰值后韧度的提高上,其中端钩型效果最好,其次为高强微细平直型,哑铃型和剪切压痕型峰值后韧度相当;对于低强度等级C30泵送混凝土,钢纤维增韧效果的发挥不仅与钢纤维自身强度有关,同时与钢纤维异性化程度和掺量有关。     

Compressive and cyclic flexural response of double-hooked-end steel fiber reinforced concrete

Recent developments on high-performance double-hooked-end steel fibers have enhanced the wide applications of steel fiber reinforced concrete (SFRC). This study presents the compressive properties and the cyclic flexural performance of the SFRC that were experimentally examined. Three different double-hooked-end steel fibers at 0.25%, 0.5%, 0.75%, and 1% volume fractions were considered. All fiber types had similar length to diameter ratios, while the first two fiber types had similar anchorage mechanisms (4D) and tensile strength and the third type had different anchorage mechanism (5D) and a higher tensile strength. The increased volumetric ratio of the fibers increased the post-peak compressive strain (ductility), the tensile strength, and the cyclic flexural strength and cumulative energy dissipation characteristics of the SFRC. Among the 4D fibers, the mixtures with the larger steel fibers showed higher flexural strength and more energy dissipation compared to the SFRCs with smaller size fibers. For 1% steel fiber dosage, 4D and 5D specimens showed similar cyclic flexural responses. Finally, a 3D finite element model that can predict the monotonic and cyclic flexural responses of the double-hooked-end SFRC was developed. The calibration process considered the results obtained from the inverse analysis to determine the tensile behavior of the SFRC.     

复掺GO与钢纤维对UHPC性能的影响研究

该文研究了复掺氧化石墨烯(GO)与钢纤维对超高性能混凝土(UHPC)力学性能、流动性能、耐久性能的影响规律。研究结果表明:GO复掺钢纤维可以明显提高UHPC的抗压强度,但是会降低工作性。随着钢纤维掺量的增加,UHPC的流动度逐渐降低。复掺GO与钢纤维可以提高UHPC的抗氯离子渗透性能,降低干燥收缩,提高抗硫酸盐侵蚀性能。     

异形钢纤维改善混凝土性能研究

采用6种异形钢纤维在体积掺量分别为0.5%、1.0%的情况下,配制CF30、CF50异形钢纤维混凝土,试验结果表明,异形钢纤维混凝土抗折、抗剪和劈拉强度以及弯曲韧性,较基准混凝土有明显提高;干缩值降低,早期塑性开裂也明显减少;不同特征的异形钢纤维改性效果也存在差异。研究发现,《钢纤维混凝土试验方法》(CECS 13∶89)计算纤维混凝土承载能力变化系数的方法有偏差。     

钢纤维增强高强轻骨料混凝土的力学性能

为提高高强轻骨料混凝土(HLAC)的强度和韧性,在HLAC中分别掺入体积分数为0.5%~2.0%的微细型、端钩型、波纹型钢纤维,研究了钢纤维类型及其体积分数对钢纤维增强高强轻骨料混凝土(SFHLAC)的抗压、劈裂抗拉、抗折和抗剪强度等力学性能的影响,分析了SFHLAC的韧度因子和承载力变化系数等材料韧性指标的变化特点.结果表明:除体积分数为2.0%的波纹型钢纤维增强高强轻骨料混凝土外,SFHLAC的力学强度和韧性指标均随着钢纤维体积分数的增大而增大;微细型钢纤维对HLAC的增强增韧效果最好,端钩型钢纤维对HLAC抗折强度的提高效果与微细型钢纤维接近,但对其他力学强度和韧性的改善均不如微细型钢纤维,波纹型钢纤维对HLAC的增强增韧效果均较差;综合考虑新拌混合料工作性能后,给出了3种典型钢纤维的工程应用建议体积分数.     

锈蚀后钢纤维和钢纤维混凝土的力学性能

通过对剪切型、铣削型、切断型3种钢纤维和钢纤维混凝土的快速锈蚀试验,研究了锈蚀前后钢纤维的外观、弯折性能和抗拉强度的变化,以及钢纤维混凝土经过不同锈蚀时间后的抗压强度和抗拉强度的变化规律.结果表明:随锈蚀时间的增加,钢纤维的锈蚀程度逐渐增大,弯折性能和抗拉强度逐渐降低,钢纤维混凝土的抗压强度和抗拉强度随之减小.但是抗压强度和抗拉强度的变化规律有所不同,当锈蚀时间较短时,抗压强度变化不明显,在锈蚀时间超过60d以后,抗压强度显著降低.而抗拉强度随锈蚀时间的增加逐渐下降.锈蚀时间相同时,抗拉强度的降低幅度比抗压强度的降低幅度小.切断型钢纤维的抗锈蚀能力相对较好,剪切型和铣削型钢纤维的抗锈蚀能力相对较差.