不同尺寸纤维自密实混凝土试件轴拉性能试验

于江，尤志国，葛凯

(华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063009)



不同尺寸纤维自密实混凝土试件轴拉性能试验

于江，尤志国，葛凯

(华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063009)

轴拉性能；混凝土；纤维自密实混凝土

采用粘贴法对尺寸分别为150 mm×150 mm×150 mm和100 mm×100 mm×400 mm的纤维混凝土试件进行了轴拉试验。获得了轴拉应力-应变曲线，并研究了不同种类和不同纤维掺量的聚合纤维对混凝土轴拉极限承载力、极限应变的影响。结果表明：在自密实混凝土中掺入纤维能有效地提高混凝土的抗拉强度和峰值应变。

0 引言

纤维增强自密实混凝土(FRSCC)，是在自密实混凝土基体中加入适量的纤维的一种混凝土基复合材料。在纤维混凝土中，纤维对基体主要有阻烈、增强和增韧3种作用[1]：阻裂作用是指纤维限制混凝土早期收缩裂缝和受荷载作用产生的微观和宏观裂缝的产生和发展；增强作用是指由于纤维的弹性模量相对较高使纤维混凝土复合材料的抗拉、抗弯和抗剪强度较混凝土基体明显提高；增韧作用是指纤维混凝土材料在受拉、受弯等状态下构件的能量吸收能力明显增强，进入塑性阶段随着变形的增加仍可保持较高承载力的能力。

目前国内外学者多采用劈拉试验或者弯曲试验来分析混凝土的拉伸性能；但劈拉和弯拉都是间接拉伸试验，试件内部的应力分布比较复杂，间接拉伸试验不能真实地反映材料的抗拉强度[2]，单轴拉伸是最为直接的测试混凝土抗拉性能的试验方法。

对纤维自密实混凝土轴拉试验来说，国内外已经有多种方法[3]：国外学者在这方面涉及较早[3]，其采用的加载方式主要有2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。某些研究者如Somsak[4]采用内埋式，浇筑试件时在试件端部预埋钢筋或者螺栓。一些学者如Dongming Yan[5]和杨萌[6]等采用狗骨头型试件来进行试验。除以上方式外，Youjiang Wang[7]及RILEM[8]等采用黏贴式开口试件进行试验。

1 试验

1.1 试验材料

本试验选用的材料包括：唐山市冀东水泥厂生产的P.O 42.4R级水泥，粒径为5～15 mm的粗骨料、粉煤灰、聚羧酸高效减水剂、高性能聚丙烯纤维(PP纤维)和聚酯纤维(TF纤维)，图1为PP纤维和TF纤维。

该项研究采用的试验材料配合比以及合成纤维性能参数见表1和表2。

图1 PP和TF纤维

项目水泥粉煤灰水砂石子减水剂空气合计体积(L/m3)98．3131．9205290246．88201000质量(kg/m3)304．7249．3205769654．028．3102190．33

表2 合成纤维性能参数

1.2 试验方法

本试验参照彭勃[9]及RILEM[8]的双钢板粘贴法。试件为150 mm×150 mm×150 mm和100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体。试验前先在试件中部开口使2种试件中部横截面积相同且为8 100 mm2，两端面用建筑结构胶各粘贴一块50 mm厚的钢板，试验前传力钢板通过螺杆与试验机相连。为了提高系统的刚度，本试验采用在平行于试件的方向上增加刚性杆的方法来增加刚度，在与试件平行的方向上，增加4根刚性杆，使其与试件一同受力，以提高试验系统的刚度。

本试验中2种纤维的掺量分别为4 kg/m3、6 kg/m3、8 kg/m3，使用500 kN液压伺服试验机，控制位移方式进行加载：15 kN前控制在0.2 mm/min，达到15 kN时上紧刚性杆的螺栓使其和试件同时受力并将速度改为0.05 mm/min直到破坏。采用4个夹式引伸仪测量混凝土轴向的变形，数据采用数据采集仪(strainbook)进行采集。轴拉试验装置如图2所示。

图2轴拉试验装置示意图

2 试验结果及分析

图3～图5所示为尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的素混凝土与PP纤维混凝土、TF纤维混凝土试件轴拉试验的相关数据以及抗拉强度与应变变化关系和趋势。

图3 素混凝土抗拉强度

图4 PP纤维混凝土抗拉强度

图5 TF纤维混凝土抗拉强度

图6～图8所示为尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的素混凝土与PP纤维混凝土、TF纤维混凝土试件轴拉试验的相关数据以及抗拉强度与应变变化关系和趋势。

图6 素混凝土抗拉强度

图7 PP混凝土抗拉强度

图8 TF混凝土抗拉强度

由图3～图8所示结果表明，2种尺寸的试件在分别掺入PP纤维、TF纤维后抗拉应力和峰值应变较素混凝土有明显的提高。

由试验过程及结果可以看出，在相同截面积情况下，试件尺寸为150 mm×150 mm×150 mm的抗拉强度明显小于尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的抗拉强度，即粗短的试件比长细的试件抗拉强度低，此种情况便于试验过程中的加载和数据收集。且开裂后粗短试件的弹性明显小于长细的试件。

通过对图4、图5、图7、图8分析可见，纤维掺量的增加并不一定能够使混凝土轴拉极限承载力、极限应变提高，试验结果具有离散性。出现这种现象的原因，主要是由于纤维在混凝土中的分布具有离散性，导致试验试件的轴拉极限承载力、极限应变出现离散性的结果。

3 结论

(1)PP纤维和TF纤维都能有效地提高混凝土的抗拉强度并且都能有效地提高混凝土的峰值应变。

(2)由于轴拉试验过程中尺寸较小的试件抗拉强度低且断裂后弹性势能较低，便于试验的进行和数据的收集，所以建议在进行轴拉试验时采用尺寸较小的试件。

(3)由于PP纤维和TF纤维抗拉强度较低，且纤维与基体粘结性能良好，导致大部分PP纤维和TF纤维被拉断。同时试件断裂面上大部分粗骨料也被拉断；加入PP纤维和TF纤维混凝土试件断面较素混凝土和钢纤维混凝土试件的断面平整。

[1]刘赫凯. 钢纤维对高性能自密实混凝土混凝土构件弯/剪性能的影响[D]. 大连: 大连理工大学, 2012.

[2]王晓飞. 聚丙烯纤维混凝土轴拉和弯曲性能的实验研究[D]. 大连：大连理工大学, 2011.

[3]梁宁慧, 刘新荣, 孙霁. 多尺度聚丙烯纤维混凝土单轴拉伸试验[J]. 重庆大学学报，2012, 35(6):80-84.

[4]Somsak Swaddiwudhipong,Hai-Rong Lu, Tiong-Huan Wee Dee Direct ten-sion test and tensile strain capacity of concrete at early age[J]. Cement and Concrete Research, 2003:2077-2084.

[5]YAN Dong-ming, LIN GAO.Dynamic properties of concrete in direct tension[J]. Cement and Concrete Research , 2006, 36: 1371-1378.

[6]杨萌, 黄承逵. 钢纤维高强混凝土轴拉性能试验研究[J]. 土木工程学报, 2006, 39(3): 55-61.

[7]WANG You-jiang, VOCTOR L, Backer S.Experimental determination of tensile behavior of fiber reinforced concrete[J]. ACI Material Journal, 1990, 87(5):461-468.

[8]VANDEWALLE L. Test and desing methods for steel fiber reinforced concrete[J]. Materials and Structure , 2000, 33(225): 3-5.

[9]彭勃, 陈志源. 缺口对混凝土单轴直接拉伸应力-应变全曲线的影响[J]. 建筑材料学报, 2003, 6(2): 142-146.

Tensile Properties of Different Sizes Fiber Reinforced Self-compacting Concrete

YU Jiang, YOU Zhi-guo, GE Kai

(College of Civil and Architectural Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063009,China)

axial tension property;concrete;fiber reinforced self-compacting concrete

Based on axial tension test on polymeric fibers concrete specimens with the dimensions of 150 mm×150 mm×150 mm and 100 mm×100 mm×400 mm with epoxy pasting method, the axial tension stress-stain curves were obtained, and the influence of concrete with variety and different polymeric fiber amount on axial tension ultimate bearing capacity and ultimate strain was studied. The result was shows that the tensile strength and peak strain of concrete are improved effectively by the mixing fiber in self-compacting concrete.

2095-2716(2016)01-0110-05

2015-09-02

2015-11-23

TU528.572

A