耐碱集束型玻璃纤维混凝土的增强与增韧特性研究

发布时间：2020-08-31 17:54

　　 随着高铁、重载道面、大跨度桥面、重载机场跑道与工业地坪、地下管廊、蓄能水电站等重大土木工程建设的快速发展,以及地铁盾构管片、装配式构件等大型构件的发展,对于混凝土的抗裂能力、长期耐久性、裂缝控制能力、抗冲击、抗疲劳等性能等均提出了更高的要求。目前普遍采用低弹性模量、低强度的合成纤维,或者采用易生锈的钢纤维、钢筋网作为混凝土的增强材料,这些增强材料仍然未很好地解决混凝土易裂和变形能力不足等技术难题。耐碱玻璃纤维混凝土以其优良的抗拉、抗弯、抗裂等力学性能得到了国内外学术界的高度重视。但是,目前国内外对于耐碱玻璃纤维混凝土的研究主要集中在耐碱玻璃纤维布加强筋及喷射混凝土等方面,对其基本力学性能及增强增韧机理等的研究还很少。开展耐碱玻璃纤维混凝土增强与增韧特性研究对于其工程应用具有重要意义。本文分别对体积掺率为0.25%、0.45%和0.75%的耐碱集束型玻璃纤维混凝土和掺率为0.45%的钢纤维及掺率为0.75%的粗聚丙烯纤维混凝土进行了立方体抗压、立方体劈裂抗拉、轴心抗拉、四点弯曲韧性和三点切口梁断裂试验,分析了纤维掺率对耐碱玻璃纤维混凝土力学性能的影响规律,并和同体积掺率的钢纤维和粗聚丙烯纤维混凝土进行了比较;同时,采用纤维单丝直接拔出试验研究了耐碱集束型玻璃纤维与砂浆基体间的界面黏结性能,分析了玻璃纤维单丝埋深、水灰比和基体龄期等对界面黏结性能的影响规律,确定了纤维临界埋入长度;最后分析了玻璃纤维混凝土的增强与增韧机理。本文获得的主要研究成果如下:(1)玻璃纤维混凝土立方体抗压强度随纤维体积掺率的增加而增大,玻璃纤维的掺入,使混凝土破坏时脆性明显降低,混凝土的整体性较好;玻璃纤维掺率为0.25%、0.45%和0.75%时,立方体抗压强度比素混凝土分别提高了1.74%、3.65%和6.82%;玻璃纤维掺率较低时对混凝土立方体劈裂抗拉强度影响不明显;玻璃纤维掺率为0.75%时立方体劈裂抗拉强度比素混凝土提高了19.10%,比同体积掺率的粗聚丙烯纤维混凝土提高了4.2%。(2)玻璃纤维混凝土轴拉性能优于同体积掺率的粗聚丙烯纤维混凝土,轴拉强度和极限拉应变均略高于同体积掺率的钢纤维混凝土;玻璃纤维体积掺率为0.75%时,弯曲韧性值T_(150)和峰值强度f_P比素混凝土分别提高了191.73%和11.47%,断裂韧度K_(1c)和断裂能G_f比素混凝土分别提高了28.16%和268.69%,该掺率下耐碱集束型玻璃纤维混凝土弯曲韧性指标和断裂力学指标增幅较大。(3)随玻璃纤维单丝埋入长度的增加,界面黏结强度先减小后逐渐增大;水灰比在0.30~0.40之间逐渐增大时,界面黏结强度随之增大;界面黏结强度随养护龄期增大而增加;水灰比为0.35时,玻璃纤维单丝的临界埋入长度为27.5~30 mm。(4)玻璃纤维能改善混凝土的性能,减少混凝土中原始微裂纹的产生;玻璃纤维能通过界面粘结横贯裂缝传递应力,使玻璃纤维混凝土能承受更大的荷载,表现出更好的韧性。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

图 1-1 耐碱玻璃纤维混凝土建筑物外墙装饰层Fig.1-1 Alkali-resistant glass fiber reinforced concrete building exterior decorative layer1.2 纤维混凝土研究现状1.2.1 常用纤维混凝土1.2.1.1 钢纤维混凝土钢纤维混凝土是最早发展和目前应用最广泛的纤维混凝土[15]，通常在混凝土中掺入短的、不连续的、随机分布并且长细比在 20-100 之间的短钢纤维所形成的一种多相复合材料[16]。随机分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部裂缝的形成和发展，使混凝土的抗拉、抗弯、抗疲劳和韧性等诸多性能有显著地提高，同时还能改变混凝土的破坏形态，使其由脆性破坏转变为延性破坏。所以钢纤维混凝土特别通合用于多承受冲击、疲劳等荷载，对抗拉弯、耐磨等性能要求较高的工程和部位。常规上钢纤维使用碳钢（或低碳钢，有时也使用合金）或消除应力

（a）耐碱玻璃纤维 （b）钢纤维 （c）粗聚丙烯纤维图 2-1 纤维形态Fig.2-1 Shape of the fibers的水泥为钻牌 P·O42.5R 普通硅酸盐水泥，各项检测酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》的技术要求。的石子由北京班诺混凝土有限公司提供，粒径 5-25表观密度 2870kg/m3，满足规范 GB/T14685-2011《分筛试验结果列于表 2-2。

3.2.1.2 破坏形态分析纤维混凝土试件受压破坏过程与素混凝土基本相同，首先在试件高度中央、边侧出现竖向裂缝，然后向两侧延伸，最终形成贯穿全截面的贯通裂缝，导致试件破坏[71]，其破坏形态见图 3-1。与素混凝土相比，玻璃纤维混凝土试件受压破坏时更能较好的保持试件的完整性。试验中素混凝土试件破坏时表现为裂缝条数较少，裂缝产生后迅速发展成为贯穿裂缝而发生破坏，有的试件内部被W'酥，松散不成整体，表现出明显的脆性破坏。掺入玻璃纤维后混凝土脆性降低，试件表现出多缝开裂，裂缝宽度较小，破坏后整体性较好，且随着玻璃纤维掺量的增加混凝土的裂缝条数增多、裂缝宽度越细、破坏时整体性越好。与玻璃纤维混凝土相比，钢纤维和粗聚丙烯纤维混凝土表面破坏较严重，这说明根数众多的玻璃纤维在混凝土内部发挥了明显的桥接作用，缓解了混凝土内部应力集中，防止局部压力过大而造成混凝土鼓出[68]。可见玻璃纤维的掺入在一定程度上改善了混凝土的破坏形态。

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本文编号：2809140