聚丙烯纤维-钢筋/混凝土管节受力性能试验

顶管施工中钢筋/混凝土管节存在开裂现象,严重影响工程质量与后续营运。鉴于聚丙烯纤维具有改善混凝土抗拉、抗裂性能的作用,本文采用2种聚丙烯细纤维和1种聚丙烯粗纤维,设计了无纤维、单掺粗纤维及混掺三种尺度纤维的3组钢筋/混凝土管试件,进行了三点试验,对比分析管节的开裂破坏形态、荷载挠度曲线和开裂延性指标。并建立纤维混凝土管节三点试验的有限元模型,进一步探究聚丙烯纤维掺量对钢筋/混凝土管节受力性能的影响规律。结果表明,聚丙烯粗纤维可提高混凝土管的抗裂与承载能力,聚丙烯粗、细纤维的协同作用使管达到更高的使用和极限强度。相比无纤维管,混掺多尺度纤维提升管的使用强度和极限强度分别为28.7%和36.4%。此外,数值模拟合理地预测了纤维/混凝土管节的荷载挠度响应,并针对混凝土管节的极限强度值,得到单掺和混掺聚丙烯纤维时粗纤维的最佳掺量。      

高应变率下多尺寸聚丙烯纤维混凝土动态压缩力学性能研究

采用Φ74mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,对两种尺寸聚丙烯细纤维和一种尺寸聚丙烯粗纤维单掺及混掺的混凝土试件进行冲击压缩试验,对比分析粗、细纤维及不同纤维掺量比的多尺寸纤维混凝土试件在五种不同应变率下的动态压缩强度、动态压缩变形、动态压缩韧性和破坏特征,研究聚丙烯纤维混凝土的动态压缩力学性能。结果表明:随应变率的增加,素混凝土及纤维混凝土的动态压缩强度、动态压缩变形和动态压缩韧性表现出显著的应变率效应;在试验应变率范围内,粗聚丙烯纤维混凝土的动态抗压强度最高,相对素混凝土增幅为132.36%~213.85%;多尺寸聚丙烯纤维混凝土的动态强度增长因子与素混凝土基本一致;掺入多尺寸聚丙烯纤维可有效增大混凝土在不同应变率下的动态峰值应变和动态极限应变;多尺寸聚丙烯纤维混凝土的动态极限韧性较高,其中细聚丙烯纤维含量为1.2kg/m~3时混凝土动态极限韧性最高,增幅为121.11%。     

高应变率下多尺寸聚丙烯纤维混凝土动态压缩力学性能研究

采用Φ74 mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,对两种尺寸聚丙烯细纤维和一种尺寸聚丙烯粗纤维单掺及混掺的混凝土试件进行冲击压缩试验,对比分析粗、细纤维及不同纤维掺量比的多尺寸纤维混凝土试件在五种不同应变率下的动态压缩强度、动态压缩变形、动态压缩韧性和破坏特征,研究聚丙烯纤维混凝土的动态压缩力学性能.结果表明:随应变率的增加,素混凝土及纤维混凝土的动态压缩强度、动态压缩变形和动态压缩韧性表现出显著的应变率效应;在试验应变率范围内,粗聚丙烯纤维混凝土的动态抗压强度最高,相对素混凝土增幅为132.36％～213.85％;多尺寸聚丙烯纤维混凝土的动态强度增长因子与素混凝土基本一致;掺入多尺寸聚丙烯纤维可有效增大混凝土在不同应变率下的动态峰值应变和动态极限应变;多尺寸聚丙烯纤维混凝土的动态极限韧性较高,其中细聚丙烯纤维含量为1.2 kg/m3时混凝土动态极限韧性最高,增幅为121.11％.     

玄武岩—聚丙烯粗纤维混凝土管承载力试验研究

为改善素混凝土管易开裂、延性差等缺陷，基于纤维混凝土良好的抗裂性和耐久性，选用聚丙烯粗纤维和玄武岩纤维，设计了无纤维、单掺玄武岩纤维、单掺聚丙烯粗纤维及混掺玄武岩-聚丙烯粗纤维的四组混凝土管节，通过三点试验对比分析管节的开裂破坏形态、荷载-位移曲线和承载力，并建立纤维混凝土管节三点试验的数值模型，进一步探究聚丙烯粗纤维与玄武岩纤维对素混凝土管破坏形态和承载力的影响。结果表明，聚丙烯粗纤维可有效地改善混凝土管的破坏形态，提高混凝土管节的抗裂性能与承载能力，相比于无纤维管节，混掺玄武岩-聚丙烯粗纤维管B2P4的承载力提升了46.26%,效果最佳。此外，各组管节数值模拟结果与试验结果较为一致，承载力误差控制在5%以内，表明模拟合理。通过试验和数值模拟，获得提升混凝土管节抗裂性能和承载力的玄武岩-聚丙烯粗纤维的最佳掺量。     

碳纤维混杂纤维混凝土抗冲击性能研究

对比美国混凝土学会的混凝土落锤冲击试验装置,自行设计了混凝土落锤弯曲冲击试验装置,进行了不同几何尺寸及弹性模量的碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维混凝土的抗冲击力学性能试验研究。分析比较了不同纤维几何尺寸和弹性模量、种类和掺量对混杂纤维混凝土抗冲击性能的影响和增强机理。本文通过定义混杂效应系数,可定量评价混凝土抗冲击力学性能的正混杂效应。研究表明纤维可以明显提高混凝土的抗冲击强度,其中碳纤维混杂纤维混凝土的提高幅度更为显著。     

纤维对开裂后混凝土渗透性及裂缝恢复的影响

通过劈裂试验和渗透试验,研究了结构型钢纤维、聚丙烯粗纤维和聚丙烯细纤维对开裂后混凝土的裂缝恢复率、劈裂韧性和渗透系数的影响。研究结果表明:钢纤维和聚丙烯粗纤维的掺入可限制裂缝扩展,使混凝土由脆性破坏转为韧性破坏,提高开裂混凝土在卸载后裂缝的恢复作用,显著减小开裂后混凝土的渗透系数。钢纤维掺量越高,裂缝恢复和渗透性降低越明显,钢纤维掺量由25kg/m~3增加至55kg/m3时,渗透系数减小了87%。钢纤维和聚丙烯粗纤维的掺入具有较好的正混杂效应,当裂缝宽度为150μm时卸载,单掺25kg/m~3钢纤维和4kg/m~3聚丙烯粗纤维与单掺35kg/m~3钢纤维相比,渗透系数减小了60%。而聚丙烯细纤维对开裂混凝土的裂缝恢复和渗透性影响较小。     

低温下玄武岩纤维混凝土的抗冲击性能

采用直径15μm的两种长度的玄武岩纤维,制成不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土。对其进行抗冲击试验,分析玄武岩纤维混凝土在低温环境下的抗冲击性能。结果表明:玄武岩纤维能够提高混凝土在低温环境下的抗冲击次数。对试验结果进行统计分析和失效概率预测,结果表明:威布尔分布可以有效地对基于U形试件的玄武岩纤维混凝土抗冲击性能进行统计分析。以玄武岩纤维混凝土在冲击试验中的初裂和终裂次数的自然对数来评价其抗冲击性能,则在相同的失效概率情况下,玄武岩纤维混凝土的抗冲击性能与玄武岩纤维的掺量近似呈线性关系。且在相同的失效概率和玄武岩纤维掺量的条件下,18mm长纤维对混凝土的抗冲击性能的改善作用优于6mm短纤维。     

钢纤维-聚丙烯纤维混杂对再生混凝土抗冲击性能的影响

为研究钢纤维(SF)与聚丙烯纤维(PPF)混杂后对再生混凝土(RAC)抗冲击性能的影响,采用落锤弯曲冲击试验装置对素RAC、SF/RAC、PPF/RAC和SF-PPF/RAC进行抗冲击试验;分析了不同纤维掺量和掺入方式对RAC抗冲击性能的影响;采用数理统计模型对冲击试验结果进行拟合和失效概率预测,并对SF-PPF/RAC抗冲击性能的阻裂增强机制进行深入分析。结果表明:单掺或混杂纤维均可提高RAC的抗冲击性能;其中混合掺入体积分数为1.5vol%的SF和体积分数为0.9vol%的PPF时,RAC抗冲击耗能的提高幅度最大,RAC基体的延性和韧性最佳。SF-PPF/RAC的抗冲击次数很好地服从两参数Weibull分布。SF与PPF混杂对改善RAC的抗冲击性能呈现出优异的混杂增强效应。      

码头面层纤维混凝土的抗冲击性能与增韧机理

在C30素水泥混凝土中分别添加聚丙烯纤维、尼龙纤维、钢纤维配制纤维混凝土,进行抗弯曲冲击试验。以初裂次数、终裂次数、冲击韧性评价混凝土抗冲击性能的优劣。试验结果表明:添加钢纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维混凝土的冲击韧性分别是素混凝土冲击韧性的15.1倍、3.4倍、2.7倍。结合冲击破坏断裂特征,分析了纤维混凝土承受冲击载荷作用的几种能量吸收机制,对增韧机理进行了分析。钢纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维混凝土,纤维拔出功消耗能量分别是纤维断裂功消耗能量的25倍、1.72倍、0.93倍。纤维的滑移、拔出、断裂是聚丙烯纤维、尼龙纤维混凝土提高抗冲击性能的主要因素,钢纤维混凝土的抗冲击能力提高幅度最大除了纤维的滑移、拔出因素外,还归功于钢纤维对裂纹面的桥接作用。     

钢纤维对再生混凝土抗冲击性能的影响

为研究不同再生骨料取代率、钢纤维掺量和纤维类型对再生混凝土(RAC)抗冲击性能的影响,采用自由落锤冲击试验装置,对其进行抗冲击试验.利用两参数Weibull分布函数模型对试件抗冲击初裂次数和破坏冲击次数的概率分布规律,进行了拟合检验和失效概率预测分析;并以抗冲击延性比、抗裂性能定量评价了钢纤维再生混凝土(SFRAC)的...     

基于孔结构分析的多尺度聚丙烯纤维混凝土耐久性

为研究不同尺度纤维对混凝土耐久性的影响,借助压汞法技术测定多尺度聚丙烯纤维混凝土内部孔隙的孔径大小及分布情况,通过孔径分布、最可几孔径、平均孔径等孔隙特征参数的变化情况,探究多尺度聚丙烯纤维在抗渗试验、抗硫酸盐侵蚀循环试验、抗冻融试验中对混凝土耐久性的影响.研究结果表明:不同尺度聚丙烯纤维的掺入,均使得混凝土内部多害孔...     

高温作用后聚丙烯纤维混凝土的抗冻性

本文开展了高温作用后的聚丙烯纤维混凝土冻融循环试验,研究分析了高温与冻融循环耦合作用下聚丙烯纤维混凝土抗冻性能的退化规律,采用扫描电子显微镜(SEM)研究分析了聚丙烯纤维混凝土细微观结构损伤特征。研究表明,高温对混凝土的抗冻性有显著影响,经历温度越高,混凝土抗冻性越差。高温和冻融循环的耦合作用加速了混凝土动弹性模量和抗压强度的衰减,掺入适量的聚丙烯纤维能够改善和提高混凝土高温损伤后的抗冻性能。     

低模量聚酯纤维/水泥基复合材料抗冲击性能及损伤机制

研究聚酯纤维长径比、掺量对混凝土抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、断裂韧性及冲击荷载等力学性能的影响;运用复合材料理论和纤维间距理论对聚酯纤维/混凝土增韧阻裂机制进行研究,结合SEM观察微观形貌分析纤维长径比与掺量对增韧阻裂机制的影响;采用正交试验设计方法及激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)研究冲击高度、试件厚度、长径比及掺量对纤维/混凝土抗冲击性能的影响。结果表明,长径比为300与600的聚酯纤维会降低混凝土抗压强度,低掺量长径比为150的聚酯纤维通过提高混凝土致密程度使混凝土抗压强度有所提升;在抗拉强度方面长径比为150的聚酯纤维主要以缺陷形式存在,长径比为300的聚酯纤维对改善混凝土内部拉结作用最显著,3%(与胶凝材料体积比)掺量聚酯纤维对提高混凝土抗折强度最显著;对于混凝土断裂韧性,长径比为300与600的聚酯纤维/混凝土断裂韧性提高明显,通过SEM微观形貌发现纤维拉结作用产生的微裂纹会提高混凝土耗能能力,从而提高混凝土极限荷载与破坏时中心挠度,长径比为300的聚酯纤维/混凝土抗拉强度变化规律与复合材料理论和纤维间距理论分析结果较吻合;冲击高度为影响冲击荷载大小的主要因素,纤维长径比较纤维掺量影响较大,通过LSCM三维损伤形貌分析得出长径比为150的聚酯纤维对混凝土材料损伤改善效果较显著,同等掺量下长径比为150的聚酯纤维间距较小导致混凝土局部力学性能提高,从而提高混凝土抗冲击性能。      

聚丙烯纤维增强混凝土干接缝的抗剪性能

为了研究聚丙烯纤维对预制节段混凝土桥梁干接缝剪切性能的影响,本试验以接缝类型、键齿数量、混凝土类型、聚丙烯纤维掺量和水平正应力大小为试验参数,对C40普通混凝土和C40聚丙烯纤维增强混凝土试件进行抗剪性能的试验研究。记录了试件开裂载荷、极限载荷和残余载荷,同时也研究了试件开裂破坏模式和规范化剪应力-竖直位移曲线的关系。试验结果表明：聚丙烯纤维有利于提高干接缝试件的开裂荷载、极限荷载以及有利于试件的塑性变形;聚丙烯纤维对阻止干接缝试件开裂能起到一定的作用,但是聚丙烯纤维不同掺量的影响规律不明显。     

Comparative impact behavior of four long carbon fiber reinforced concretes

The addition of long carbon fibers (fibers more than 10 mm in length) to traditional reinforced concrete is proposed as a method to improve the impact spalling resistance of concrete. A series of experimental tests were conducted to compare the impact resistance of plain concrete (PC), steel reinforced concrete, and four different types of long carbon fiber reinforced concrete (LCFRC) panels. The plain and conventional steel reinforced concrete panels served as control specimens. Of the four types of long carbon fibers tested in this study, the first fiber type consisted of an epoxy-impregnated, bidirectional weave (Type A), while the remaining types consisted of fiber tow with three different variations of a polypropylene support system (Type B). To determine the properties and performance of the LCFRC, experimental testing included a drop weight impact test of the panels as well as a standard ASTM test method for flexural performance of fiber-reinforced concrete. The results from each test in terms of impact energy, time histories of impact load and deflection, strain energy, failure crack pattern, and flexural properties were then compared to one another. This comparison indicated that adding long carbon fibers to concrete increases the post-cracking behavior of the concrete and decreases fragmentation during an impact test. Of the four fibers tested, Fiber Type B3 exhibited the highest performance, absorbing more energy during impact. This result is most likely related to the unique shape of this type of fiber in comparison to the others, which allowed more extensive wetting of the fiber with cement paste and thus improved bond to the cementitious matrix.     

纤维对混凝土裂缝宽度、曲折度及渗透性的影响

为研究不同纤维（钢纤维（SF）、聚丙烯长纤维（Macro-PP）、聚丙烯短纤维（Micro-PP））对荷载作用下带裂缝混凝土渗透性能的影响,通过劈裂试验引入不同宽度的结构裂缝（50~200 μm）,比较不同纤维对卸载后混凝土裂缝宽度及曲折度的影响。利用自主研发的渗透装置,分析了不同纤维类型、掺量及混杂方式对荷载作用下不同裂缝宽度混凝土渗透性的影响。研究发现:单掺55 kg/m3 SF比25 kg/m3渗透系数降低95.7%。与单掺SF相比,SF和Macro-PP的掺入具有正混杂效应;Micro-PP与SF混杂体系中渗透系数基本无变化,研究表明Micro-PP对结构裂缝间桥接作用甚微,对渗透性的作用不明显。SF和Macro-PP可有效限制裂缝的扩展,增大表面曲折度,降低开裂后混凝土的渗透性。