低掺量钢纤维混凝土力学性能研究

论文摘要

钢纤维混凝土是一种新型复合材料,除了具有较高的强度之外,其韧性和抗裂性能也非常好。本文以6种钢纤维类型、5个钢纤维体积掺量和4种混凝土基体强度等级为主要考察因素,通过不同因素水平的组合,分别制备了18种立方体试件、棱柱体试件、小梁试件和6种平板试件,共计252个试件。在试验的基础上,研究了钢纤维在低掺量范围内(钢纤维体积率≤0.7%),钢纤维掺量、钢纤维类型及基体混凝土等对钢纤维混凝土基本力学性能、弯曲韧性以及早龄期抗裂性能的影响。主要研究内容如下：1.通过60个150 mm×150 mm×150 mm立方体试块的抗压试验、60个150 mm×150 mm×50 mm立方体试块的劈拉试验、60个150 mm×150mm×300 mm棱柱体试块的轴心抗压、120个100 mm×100 mm×400 mm试块的抗剪试验和抗折试验,系统研究了纤维掺量、钢纤维类型和混凝土强度等级对混凝土基本力学性能的影响。结果表明,钢纤维除了对抗压强度影响较小之外,对劈拉强度、抗剪强度和抗折强度都有很大提高,并且改善了混凝土的破坏形态。此外,钢纤维对混凝土抗压强度的影响效果与基体强度有很大关系：基体强度较低时,随着钢纤维掺量的增加,抗压强度也逐渐提高；基体强度较高时,随钢纤维掺量的增加,抗压强度先降再升,且钢纤维掺量较小时,钢纤维混凝土抗压强度略低于普通混凝土抗压强度。2.研究了钢纤维对混凝土静压弹性模量和抗折弹性模量的影响以及钢纤维混凝土静压弹性模量与抗压强度、抗折弹性模量与抗折强度的关系。结果表明,钢纤维对混凝土静压弹性模量和抗折弹性模量影响较小,混凝土基体强度是影响弹性模量的主要因素。由于试验方法的影响,静压弹性模量一般略大于抗折弹性模量,两者比值约为1.04。3.通过54根尺寸为100 mm×100 mm×400 mm低掺量钢纤维混凝土小梁的弯曲韧性试验,计算了低掺量钢纤维混凝土的弯曲韧性指数和弯曲韧性比,分析了钢纤维体积率、钢纤维类型和基体混凝土强度对低掺量钢纤维混凝土弯曲性能的影响,并对荷载—挠度曲线进行了对比。结果表明,钢纤维混凝土初裂强度由基体混凝土强度控制,钢纤维影响不大；钢纤维混凝土弯曲韧性指数及弯曲韧性比随钢纤维掺量的提高而增大；两端带弯钩的切断性钢纤维增韧效果最好；低掺量钢纤维对混凝土初裂荷载的提高并不明显,初裂荷载与极限荷载十分接近。4通过对6块尺寸为63mm×63mm×600mm的平板抗裂试件1d时裂缝的观察和测量,分析了钢纤维掺量、钢纤维类型和基体混凝土强度对低掺量钢纤维混凝土早龄期抗裂性能的影响。结果表明,普通混凝土中掺加钢纤维,明显改善了混凝土早龄期的抗裂性能,1d时的裂缝面积和裂缝宽度减小了50%以上,裂缝数量有所增多。一定范围内,钢纤维掺量越高、长径比越大,钢纤维混凝土早龄期抗裂性能越好

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 钢纤维混凝土
• 1.2 钢纤维混凝土的研究和应用
• 1.3 钢纤维混凝土增强机理的基本理论
• 1.4 研究意义
• 1.5 主要研究内容
• 2 试验材料与试件设计
• 2.1 原材料
• 2.1.1 水泥
• 2.1.2 碎石
• 2.1.3 砂
• 2.1.4 钢纤维
• 2.2 试件及配合比设计
• 2.2.1 试件分组设计
• 2.2.2 配合比设计
• 2.3 试件的尺寸、搅拌、成型和养护
• 2.3.1 试件的尺寸和数目
• 2.3.2 钢纤维混凝土的搅拌
• 2.3.3 钢纤维混凝土的成型与养护
• 3 低掺量钢纤维混凝土基本力学性能
• 3.1 抗压性能
• 3.1.1 试验方法
• 3.1.2 立方体抗压强度试验结果及分析
• 3.1.2.1 钢纤维掺量对抗压强度的影响
• 3.1.2.2 钢纤维类型对抗压强度的影响
• 3.1.2.3 基体混凝土强度对抗压强度的的影响
• 3.1.3 破坏形态
• 3.2 劈拉性能
• 3.2.1 试验方法
• 3.2.2 劈拉强度试验结果及分析
• 3.2.2.1 钢纤维掺量和基体强度对劈拉强度的影响
• 3.2.2.2 钢纤维类型和混杂效应对劈拉强度的影响
• 3.2.2.3 劈拉强度和抗压强度的关系
• 3.2.3 劈拉破坏形态
• 3.2.4 劈拉变形
• 3.3 轴心抗压性能
• 3.3.1 试验方法
• 3.3.2 轴心抗压试验结果及分析
• 3.3.2.1 钢纤维掺量和基体强度对轴心抗压强度的影响
• 3.3.2.2 钢纤维类型对轴心抗压的影响
• 3.3.2.3 钢纤维混凝土轴心抗压强度和标准立方体抗压强度的关系
• 3.3.3 破坏形态
• 3.4 抗剪性能
• 3.4.1 试验方法
• 3.4.2 抗剪试验结果及分析
• 3.4.2.1 钢纤维掺量对抗剪强度的影响
• 3.4.2.2 钢纤维类型对抗剪强度的影响
• 3.4.2.3 基体强度对抗剪强度的影响
• 3.4.2.4 抗剪强度与抗压强度的关系
• 3.4.2.5 抗剪强度与劈拉强度的关系
• 3.4.3 破坏形态
• 3.5 抗折性能
• 3.5.1 试验方法
• 3.5.2 抗折强度试验结果及分析
• 3.5.2.1 钢纤维掺量对抗折强度的影响
• 3.5.2.2 钢纤维类型对抗折强度的影响
• 3.5.2.3 基体混凝土强度对抗折强度的影响
• 3.5.2.4 抗折强度与抗压强度的关系
• 3.5.2.5 抗折强度与劈拉强度的关系
• 3.5.3 破坏形态
• 4 静压弹性模量和抗折弹性模量
• 4.1 静压弹性模量
• 4.1.1 试验方法
• 4.1.2 静压弹性模量试验结果及分析
• 4.1.2.1 钢纤维掺量对静压弹性模量的影响
• 4.1.2.2 钢纤维类型对静压弹性模量的影响
• 4.1.2.3 基体混凝土强度对静压弹性模量的影响
• 4.1.2.4 静压弹性模量与立方体抗压强度的关系
• 4.2 抗折弹性模量
• 4.2.1 试验方法
• 4.2.2 抗折弹性模量试验结果及分析
• 4.2.2.1 钢纤维掺量对抗折弹性模量的影响
• 4.2.2.2 钢纤维类型对抗折弹性模量的影响
• 4.2.2.3 基体混凝土强度对抗折弹性模量的影响
• 4.2.2.4 抗折弹性模量与抗折强度的关系
• 4.3 静压弹性模量和抗折弹性模量的关系
• 5 低掺量钢纤维混凝土弯曲韧性和早龄期抗裂性能
• 5.1 低掺量钢纤维混凝土弯曲韧性
• 5.1.1 试验方法
• 5.1.1.1 试验装置和加载
• 5.1.1.2 数据处理
• 5.1.2 试验结果及分析
• 5.1.2.1 钢纤维混凝土荷载—挠度曲线
• 5.1.2.2 钢纤维掺量对弯曲韧性的影响
• 5.1.2.3 钢纤维类型对弯曲韧性的影响
• 5.1.2.4 基体混凝土强度对弯曲韧性的影响
• 5.1.3 破坏形态
• 5.2 低掺量钢纤维钢纤维混凝土早龄期抗裂性能
• 5.2.1 试验方法
• 5.2.2 试验结果及分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢