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建筑结构抗震质料—纤维增强混凝土(FRC)
宣布时间:2022-09-08 浏览次数:63739 来源:尊龙凯时人生就是搏


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水泥基质料是当今最大宗的人造建筑质料 ,生长至今已有170多年的历史 。强度一直是混凝土作为重要结构质料的主要性能指标 ,混凝土高强化是混凝土研究与生长多年来的努力偏向 。可是混凝土固有的弱点—抗拉、抗弯、抗攻击、抗爆以及韧性差等却仍限制着其优势的充分发挥 ,并且随着混凝土强度的不绝提高 ,这一弱点也愈益突出 。通常认为 ,混凝土强度越高 ,其韧性越差 ,脆性越高 ,结构延性和抗裂能力越缺乏 ,给建筑结构抗震性能带来的宁静隐患 。因此 ,恒久以来许多学者不绝探索改善混凝土上述性能的要领和途径 。
纤维增强混凝土 ,就是近年来研究和应用最广的新型混凝土之一 。它是以水泥浆、砂浆、粗骨料为基材 ,以金属质料、无机质料或有机纤维为增强质料组成的一种水泥基复合质料 ,它是将短而细的 ,具有高抗拉强度、高极限延伸率、高抗碱性等良好性能的纤维均匀地疏散在混凝土基体中形成的一种新型建筑质料 。目前纤维增强混凝土主要有两种:一是高弹模量短纤维增强混凝土 ,其代表纤维是钢纤维;二是低弹模量短纤维增强混凝土 ,其代表纤维是聚丙烯和尼龙纤维 。
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纤维在水泥基材中的作用主要体现在三个方面:增强、阻裂和增韧作用 。

/ 增强作用

混凝土的抗拉能力只有抗压能力的十分之一左右 ,在外荷载的作用下往往泛起脆性破坏 ,从混凝土劈裂试验中可以很明显的看出 ,普通混凝土试块在抵达其极限荷载时突然断裂成两半 ,是一种脆性破坏(图1) 。纤维的掺入,可以有效的提高混凝土的抗拉强度,当基体混凝土泛起裂缝时,一部分荷载转移到纤维上,从而提高了混凝土的抗拉能力 。掺有纤维的混凝土试块 ,其劈裂抗拉强度试验的破坏历程泛起出很好的假延性 ,在抵达极限抗拉强度值时并没有突然断裂成两半 ,而是在中线四周延主裂缝延伸出去许多条微裂缝 ,但整个试块始终被纤维约束在一起(图2) 。
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图1 普通混凝土断裂

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图2 纤维混凝土断裂

/ 阻裂作用

当水泥基材处于塑性状态时,就很容易爆发微细裂缝 ,在硬化历程中则因水分的散失导致干缩裂缝的扩大并爆发新的裂缝 ,纤维加入到水泥基材中可以阻止基材中原有裂缝的扩展并延缓裂缝的爆发 ,从而使复合质料的抗渗、抗冻等性能比基材有显著的提高 。普通的水泥基材在硬化以后 ,当荷载抵达基体的开裂荷载时 ,基体迅速开裂 ,并沿着主裂缝迅速扩展开导致领悟这个梁截面的脆性断裂 。而纤维混凝土由于大宗短切纤维的保存 ,当基体开裂后仍然可以由纤维来继续担负荷载 ,使纤维增强混凝土泛起出较高的延性 ,破坏前具有一定的征兆 。
张佚伦 ,邓宗才划分对聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维的早期抗裂性能进行了试验研究 ,试验结果标明:纤维对混凝土和砂浆的抗裂效果显著 ,并且在一定规模内随着纤维掺量的增加效果更显著 。高性能混凝土 ,由于水灰比低 ,自收缩主要爆发在早期 ,会导致混凝土外貌形成大宗的微裂缝 。巴恒静通过试验发明:1 天内自收缩占28 天自收缩值的50%-60% ,是高性能混凝土早期开裂的主要原因 ,在高性能混凝土中掺入一定量的纤维是解决早期开裂的理想途径 。清华大学庞新锋接纳平板试验的要领 ,研究了改性聚丙烯腈纤维对高性能混凝土的早期抗裂性能的影响 ,发明这种改性的聚丙烯腈纤维和砂浆能够很好的粘结在一起 ,掺入0.12%的纤维可以明显地抑制混凝土的早期裂缝 。


3 / 提高混凝土的变形能力(增韧作用)

纤维增强混凝土在受拉(弯)时 ,纵然基材中已经泛起大宗的裂缝 ,仍可以继续蒙受一定的荷载并具有假延性(pseudo-ductility) ,从而使复合质料的韧性与抗攻击性得以明显提高 。纤维混凝土的这种假延性使得其变形能力比普通混凝土高许多 。韩嵘等人接纳比照试验的要领 ,研究了钢纤维混凝土的抗拉应变 。试验结果显示出钢纤维混凝土的应力-应变曲线具有明显的下降段 ,具有很好的假延性 。
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3 纤维掺量对混凝土轴心受拉应力—应变曲线的影响

混凝土质料的韧性 ,即混凝土质料的变形性能和能量吸收能力 ,对混凝土结构是很是重要的 ,尤其是提高结构的抗震能力 ,有着很是重要的意义 。研究标明 ,纤维的加入可显著改善混凝土的弯曲韧性 ,且随着纤维掺量的增大 ,混凝土的弯曲韧性指标和剩余强度指标都在增加 。
纤维混凝土的弯曲韧性指标通常凭据《CECS 13-2009 纤维混凝土试验要领标准》进行测定 。

CONTROLS纤维混凝土弯曲韧性试验单位
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纤维混凝土弯曲韧性试验(切口梁法)
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弯曲韧性以差别挠度下的能量吸收值体现

在地动等灾害中 ,衡宇建筑泛起出脆性破坏 ,并没有留给人们足够的逃生时间 ,纤维增强混凝土的应用不失为一种提高建筑结构抗震性能的好要领 。



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