钢纤维混凝土轴拉应力-应变特性的试验研究

资料等级:钢纤维混凝土轴拉应力-应变特性的试验研究
发布时间:2014-5-16
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                 钢纤维混凝土轴拉应力-应变特性的试验研究
在混凝土基体未开裂前,纤维与混凝土共同处于弹性状态,对材料的变形性能影响很小,但在基体开裂后处于裂纹面的纤维便发挥出其桥联阻裂性能,使材料具有较高的裂后强度、抗拉韧性等。传统的混凝土拉伸试验方法有3种:劈拉试验,轴拉试验和弯拉试验(抗折试验).劈拉试验因其操作简便,数据稳定的特性,而成为工程人员最易接受的一种方法,但由于复杂的加载条件[2],破坏断面上材料处于复杂的应力状态(包括拉、压、剪等作用),不利于对其力学行为进行分析。弯拉试验虽然操作同样简单方便,但只适用于以抗折强度为依据的混凝土结构,同样无法用来测量钢纤维混凝土的应力~应变全曲线。轴拉试验作为最基本的试验方法,其核心是对棱柱体试件进行均匀的轴向拉伸,在整个加载过程中,由于试件断面应力应变分布相对均匀,所测得应力、应变值对应关系明确,故能够直接、准确地测量材料的本构行为。另一方面,由于试件破坏形式简单,破坏准则易于掌握,便于进行钢纤维混凝土机理分析。但该试验的缺点是对试验设备要求较高,操作复杂。对于钢纤维混凝土(SFRC)来说,目前还没有统一的轴拉试验标准可循,国外学者在这方面涉及较早[3~6],其采用的加载方式主要有两种:一是采用楔形夹具通过摩擦作用于试件两端加载;另一种是采用环氧树脂粘结试件端面加载,其试验对象包括素混凝土以及低、中、高各种纤维体积含率的纤维增强砂浆或混凝土材料。进入90年代后期,国内有相关的文献报道[7~9]。其中,文献[7]采用大头试件对高掺量(体积含率6%~12%)的纤维砂浆进行了轴向拉伸全过程试验。而文献[8,9]则从另一个角度出发,设计出了环状试件加内水压加载的形式来模拟轴拉试验,并得到了材料的拉伸全曲线。但是,以此方法能否替代轴拉试验还需要进一步的论证。

综合上述分析,对纤维混凝土增强机理进行研究,要获得钢纤维混凝土的受拉全过程曲线,采用轴拉方法最为适宜,但是要在试验方法上作一定改进,并且试验机要有足够的刚度,来保证试验过程的稳定。众所周知,在工程实践过程中,由于施工技术及经济条件的限制,SFRC中纤维体积掺率一般不超过2%,而大部分工程实例中,纤维掺量都在1%左右。为此,本文设计了轴拉SFRC材料试验,纤维掺量取1%,并采用不同种类的纤维增强形式,进行对比分析。

1 试验内容

试验用水为生活用自来水。水泥为525号普通硅酸盐水泥。细砂为河砂,筛除粒径大于5mm的颗粒,粗骨料采用最大粒径为20mm的碎石。钢纤维共采用4种形式,见表1.轴拉试件尺寸为100mm×100mm×300mm,每组浇注试块4个,共4组(包括4种纤维).混凝土配合比为:水∶水泥∶砂∶石=0.42∶1∶1.5∶2.0.试件养护28d后取出,采用切割机把两端面切平,试件长度为24cm左右。试验在清华大学高坝大型结构国家实验室INSTRON 8506伺服疲劳试验机上进行,试验装置如图1.试件端面采用环氧树脂与拉头胶结,并分别采用4个引伸计测量试件的拉伸变形,引伸计均连接在试件的上下拉头上,以确保其破坏面在引伸计测量范围内。4个引伸计中示值最大的通道作为试验机的控制信号[6]。应变初始加载速率为8με/min,在软化段后期,应变到达1000με时,加载速率提高至50με/min.从试验结果来看,提高加载速率前后,相应载荷略有提高,但对整段曲线的发展趋势影响很小。

编辑评价
内容表述清楚,易于理解,紧密联系相关规范和标准,有一定的参考价值。
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