钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土动态劈拉力学性能研究

摘要

为满足当今社会一些重要工程结构更高的要求，高强混凝土得到了广泛的推广和应用。然而，同传统普通混凝土一样，高强混凝土依然存在着抗拉强度低、韧性差等固有缺点，表现出明显的拉压强度不均衡。混凝土结构在其工作过程中都不可避免的遭遇到动荷载的作用，在承受动力荷载等等情况下，这一固有缺点尤为突出，给结构带来严重的安全隐患，因此对高强混凝土的抗拉性能进行改善是十分必要的。已有的研究表明，在混凝土中掺入增强纤维是解决这一问题的有效途径之一。 为了得到更好的增强效果，需要掺入两种或多种纤维混杂来增强混凝土。纤维增强混凝土按纤维力学性能可分为高弹性模量纤维混凝土和低弹性模量纤维混凝土。高弹性模量纤维可从材料的强度和延性两方面对混凝土材料起到增强作用,而低弹性模量纤维混凝土主要提高材料的延性。目前，高弹性模量纤维混凝土和低弹性模量纤维混凝土中比较典型并应用广泛的分别是钢纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土，本文的研究就是围绕这两种纤维混杂掺入高强混凝土试件的静、动态劈拉力学性能进行展开的。 本文的研究工作主要围绕以下几点展开： （1）利用压力试验机对钢纤维、聚丙烯纤维以不同比例掺杂的C60高强混凝土试件进行了力加载率为5kN/s的静态劈拉试验研究，结合高速摄像机及其配套系统装置拍摄裂纹的扩展过程，并对试验结果进行分析，研究了静态试验中混凝土试件的破坏过程和破坏强度，得到了纤维混杂掺入比例对混凝土劈拉强度的影响规律。研究表明：静态劈拉时试件变现为两种不同的破坏模式——第一种破坏模式变现为突然的脆性断裂，试件最终破坏后均断开两半，第二种破坏模式变现为破坏持续缓慢，最终破坏裂而不开，具有较好的延性；掺有钢纤维的混杂纤维在混凝土基体材料产生较大裂缝后开始受力并发挥作用，提高了试件的抗拉强度；当钢纤维掺量小于2%时，聚丙烯纤维的混杂掺入会不同程度地降低试件静态劈拉强度，混杂效果不佳，而当钢纤维掺量提高到2.5%、3%时，在此基础上混杂掺入聚丙烯纤维均能够提高试件的静态劈拉强度，可以取得较好的混杂效果。 （2）利用西南科技大学自主研发的SHPB装置对钢纤维、聚丙烯纤维不同比例掺杂的C60高强混凝土试件进行了力加载率约为11×105kN/s、15×105kN/s的动态劈拉试验研究，使用高速摄像机及其配套系统装置拍下裂纹的扩展过程，并对试验结果进行分析，研究了动态试验中混凝土试件的破坏过程和破坏强度，得到了不同力加载率、不同纤维掺杂比例对混凝土劈拉强度的影响规律。研究表明：各种纤维掺入组混凝土试件均表现为与静态类似的从中心起裂的劈裂破坏；不同纤维掺量的混凝土试件均存在明显的力加载率效应；钢纤维单独掺入可以明显提高试件的动态劈拉强度，而聚丙烯纤维单独掺入对试件动态劈拉强度的效果不佳，纤维混杂掺入时会因两种纤维掺量的变化而对试件的动态劈拉强度表现不同程度的增强效果，在本文研究的掺量范围内，当两种纤维以钢纤维掺量2.5%、聚丙烯纤维掺量0.22%混杂时对试件的动态劈拉强度取得较好的混杂效果。

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