钢纤维形状与掺量对UHPC施工及力学特性的影响

摘要

选用四种平直及两种端钩钢纤维,研究钢纤维体积掺量、长径比、形状、同形及异形纤维混掺对超高性能混凝土(UHPC)施工及力学性能的影响.通过相关实验得到了UHPC扩展度、抗压强度、抗折强度、能量吸收、断裂能及弯曲应力-挠度曲线;基于弯曲应力-挠度曲线及改进后的规范方法计算了UHPC的弯曲韧性指标;最后,开展了最佳纤维混掺比例的研究.结果表明:纤维掺量每增加0.5％,UHPC扩展度平均降幅为2.72％,抗压强度平均增幅为5.79％.抗折强度、弯曲韧性指数和能量吸收则先增后减(临界掺量为3.5％),断裂能呈上下波动(在3％时达最低值).随着纤维长径比的增大,UHPC扩展度降低,抗压强度、抗折强度、弯曲韧性指数、能量吸收值和断裂能基本呈递增趋势.相同长径比时,端钩形纤维UHPC扩展度、弯曲韧性指数优于平直形纤维,抗压强度、抗折强度、能量吸收、断裂能低于平直形纤维.同形纤维混掺UHPC扩展度、抗压强度稍低于对应的单掺纤维,弯曲韧性、能量吸收、断裂能总体上优于单掺试件;异形纤维混掺UHPC扩展度、抗压强度稍低于单掺试件,抗折强度与单掺试件各有所长,弯曲韧性、能量吸收及断裂能绝大多数优于单掺纤维.UHPC抗折强度变异性高于其抗压强度.单掺和混掺纤维时,UHPC试件的抗压强度、抗折强度综合最优分别为173.53 MPa、44.9 MPa和160.9 MPa、55.72 MPa;纤维混掺最佳组合为18 mm平直形、16 mm端钩形,且两者混掺比例为1:1时,UHPC的综合力学性能较优.