含有表面活性剂的机械性能的纤维增强轻质混凝土

文摘

纤维增强多孔轻质混凝土(FALC)是减少混凝土的密度和改善其耐火性,导热系数和能量吸收。进行压缩测试来确定FALC的基本属性。主要的独立变量类型和纤维体积分数,混凝土中的空气。研究了聚丙烯纤维和碳(0,1,2,3,4%体积比。使用的轻骨料是膨胀粘土做的。self-compaction代理被用来降低水灰比和保持良好的可加工性。添加表面活性剂也引入空气进入混凝土。这项研究提供了有关FALC力学性能的基本信息和比较FALC与纤维增强轻质混凝土。属性调查包括单位重量、单轴抗压强度、弹性模量和韧性指数。属性的基础上,提出了一种应力-应变预测模型。 It was demonstrated that the proposed model accurately predicts the stress-strain behavior of FALC.

1。介绍

在过去的三十年中,预制已经应用于小型住房和高大的建筑,和预制混凝土板已成为一个广泛使用的材料在建筑系统。最近,关注被指向使用轻质混凝土预制混凝土提高表演,如死减负荷、耐火性,和热导率,的建筑。此外,预制建筑的结构应能抵抗冲击荷载情况下,尤其是地震,这些建筑物抵抗地震以来表现正成为一个重要的考虑因素(下1,2]。

应用了许多努力对发展高性能混凝土建筑结构与增强的性能和安全。各种类型的预制混凝土产品,如蒸压加气轻质混凝土(AALC),纤维混凝土(FRC)和轻质混凝土,已经开发和实验验证。很多都是应用于全面的建筑结构。AALC是众所周知的和被广泛接受,但其体积小和弱强度限制其使用的结构元素(3]。轻骨料混凝土提供强度、静负荷减少,和导热系数,但他们有限的能力来吸收地震能量引发了担忧。相比之下,FRC具有更高的能量吸收能力,叫做“延性或非弹性变形能力,”比普通混凝土,但其重量带来的问题。纤维多孔轻质混凝土(FALC)预制混凝土板有一个广阔的前景,可以使用小和高层建筑结构,因为它结合了AALC的安慰,轻骨料混凝土的适应性和FRC的可靠性4- - - - - -6]。

本研究的目的是调查FALC的材料性能,包括抗压强度、弹性模量和韧性指数,不同密度、纤维和纤维的体积分数。同时,提出了一种新的弹性模量方程,纤维强度和韧性的影响评估。根据这些特性,提出了一种应力-应变预测模型。

2。实验项目

执行这个实验,轻质混凝土混合设计各种密度、风量、切碎的纤维数量和类型。提高抗压强度和延性以及墙板的表演,膨胀粘土粗、细骨料,和表面活性剂来控制密度,两种不同的纤维和碎self-compaction剂被用于实验室实验。同时,初步测试结果不仅包括一个完整的应力-应变曲线,而且延性的措施,诸如能源单位力量,失败或破坏应变比屈服应变本构模型。在这部作品中,表面活性剂0和0.1%,内容和纤维体积分数是0,1,2,3,4%。

2.1。材料

早期强度高的材料由I型水泥满足ASTM C150粗轻骨料、细轻骨料。self-compaction代理(梅花鹿ViscoCrete 6000)是用来减少水和保持良好的可加工性。表面活性剂是用来控制混凝土的密度。目前用于混凝土纤维大致可以分为两种类型。低模量、高伸长纤维,如尼龙、聚丙烯,聚乙烯,巨大的能量吸收特性的能力。他们不提高强度;然而,他们传授的韧性和耐冲击性和爆炸加载。另一方面,高强度、高模量纤维如钢铁、玻璃、石棉、和碳产生较强的复合材料。他们传授强度和刚度复合,不同程度,动态属性。聚丙烯和碳纤维被用于这个测试。 Table1介绍了这些纤维的性质。表2和3分别显示属性的骨料和外加剂。

2.2。混合的比例

所有的混合水泥含量为560公斤/米³和纤维含量的5.6、11.2、16.8或22.4公斤/米³。之所以选择这样的水泥含量从以前的测试提供一个抗压强度约38 MPa。水灰比是固定在0.45。self-compaction代理提供最大的水减少10% ~ 45%普通的水灰比),提高早期强度,并提供良好的可塑性,同时保持低迷长达两个小时。防止缠绕或球团的纤维顺向非均匀分布、纤维self-compaction代理和低剪切搅拌机。表4提出了详细的混合比例。

除了批次没有表面活性剂,之后对所有批次相同的混合过程。首先,细骨料和水混合了2分钟,以便吸收,由于轻质骨料没有事先的罚款。然后,水泥添加表面活性剂5分钟使气泡。再往下,粗集料、纤维和3分钟的自密实剂涨跌互现。没有缠绕或球团在混合纤维的观察。偶尔,描述的混合时间长于由于表面活性剂应急。

2.3。试样

所有的纤维多孔轻质混凝土缸压缩测试100×200毫米。标本是在塑料模具,用手压实和振动器。铸造后,标本满是湿毛巾为24小时。然后他们被治愈在饱和水洗澡保持在23日七天±2°C。四天后在实验室环境中干燥的21个±2°C和50±15%的湿度,他们测试了。

所有的标本进行单轴压缩使用刚性在MTS 100吨钢板测试框架。载荷和位移测量使用的负载单元和线性负载框架。轴向应变测量使用伸长计位于两端的缸。这些伸长计读数的平均值作为轴向应变值。所有的测量数据都存储在计算机运行MTS测试框架。

3所示。测试结果

3.1。抗压强度

根据测试结果(表5和6)没有表面活性剂的聚丙烯纤维轻质混凝土,轴向应力范围从31.5到38.3 MPa,在峰值应力与轴向应变变化从0.0034到0.0044 mm /毫米。对碳纤维没有表面活性剂的轻质混凝土,轴向应力范围从29.9到39.4 MPa,在峰值应力与轴向应变变化从0.0037到0.0046 mm /毫米。

横向,当表面活性剂0.1%用于聚丙烯纤维轻质混凝土,轴向应力范围从12.1到17.0 MPa,在峰值应力与轴向应变变化从0.0021到0.0028 mm /毫米。与0.1%的表面活性剂,碳纤维轻质混凝土轴向应力范围从12.6到17.5 MPa,在峰值应力与轴向应变变化从0.0023到0.0031 mm /毫米。

如表所示6增加了0.1%的表面活性剂时,抗压强度下降了50~58%。在聚丙烯和碳纤维没有表面活性剂的轻质混凝土,纤维的加入进一步增加了强度高达3%的纤维体积分数。聚丙烯和碳纤维以0.1%的表面活性剂轻质混凝土,纤维的增加导致抗压强度逐渐降低。因此,两个主要因素,减少抗压强度被观察到的纤维体积分数和表面活性剂(图的数量1)。

3.2。弹性模量

弹性模量是混凝土强度的主要关注点。没有表面活性剂的纤维轻质混凝土,弹性模量的增加似乎略有影响,纤维体积分数。此外,减少所提供的弹性模量纤维0.1%的表面活性剂是重要的。对聚丙烯和碳纤维没有表面活性剂的轻质混凝土,弹性模量的范围从6.6到12.0的绩点,8.2到10.4的绩点,分别。另一方面,聚丙烯和碳纤维与0.1%的表面活性剂,轻质混凝土弹性模量的范围从5.3到7.3的绩点,6.0到8.3的绩点,分别为(见表5和6)。根据图2,最好的纤维体积分数对弹性模量在所有情况下都在2%至3%之间。

根据ACI 318 - 05 (1),混凝土的弹性模量取决于它的抗压强度和密度。然而,没有一个具体的方程弹性模量与单位体重1120到1440公斤/米³。数据3和4显示的比较ACI的弹性模量方程与实验数据从聚丙烯纤维和碳纤维。弹性模量的实验数据比较ACI 318 - 05方程表明,在1425.6和1489.7公斤/米之间的单位重量³与纤维、ACI 318 - 05方程高估了约16 ~ 104%的实验数据。之间的比较,在单位重量1137.3和1297.5公斤/米³弹性模量的值与ACI规范8.5方程与纤维从-21%到19%不等。纤维体积分数和单位重量的影响并给出了弹性模量在表5和6。方程(1)与这些结果值通过计算弹性模量在ACI 318 - 05 在哪里=纤维多孔轻质混凝土的弹性模量=弹性模量计算了ACI 318 - 05方程(GPa)。

3.3。单位重量

混凝土的容重测量在养护7天,4天之后又在实验室环境中干燥21岁±2°C和50±15%湿度。这项研究的结果发表在表5和6。聚丙烯纤维增强轻质混凝土的单位重量范围从1467.7到1489.7公斤/米³从31.5到38.3 MPa,抗压强度。碳纤维增强轻质混凝土,单位重量变化从1425.6到1505.7公斤/米³,抗压强度变化从29.9到39.4 MPa。与0.1%聚丙烯纤维增强轻质混凝土表面活性剂和单位重量变化从1201.4到1297.5公斤/米³,抗压强度范围从12.1到17.0 MPa。碳纤维增强轻质混凝土与0.1%的表面活性剂和单位重量变化从1137.3到1297.5公斤/米³,抗压强度范围从12.6到17.5 MPa。它被发现,没有趋势对纤维体积分数或类型的纤维。

3.4。韧性指数(TI)

添加纤维的主要目标之一,一个具体的矩阵是增加其韧性,它的能量吸收能力,使其更适用于结构受到影响和地震载荷。规范化的应力-应变曲线(图5)表明,提升部分曲线的斜率在纤维增强轻质混凝土一样正常的轻质混凝土。然而,在甲流部分的应力-应变曲线,曲线逐渐下降,提高应变能力。图6表明,纤维的加入在一定程度上提高延性。韧性与纤维体积分数的增加是更重要的比聚丙烯纤维(碳纤维7]。

这里定义的韧性指数纤维混凝土的应力-应变曲线下的面积0.015的应变,除以任何纤维轻质混凝土的面积归一化应力一应变为0.015。聚丙烯和碳纤维增强轻质混凝土的韧性没有表面活性剂的范围从1.05到1.33,分别从1.05到1.74。然而,有0.1%的表面活性剂,对聚丙烯韧性范围从2.11到2.75,从1.97到2.64碳纤维 在哪里是加强指数()。

体积分数的增加,纤维的弹性模量通常导致下降的斜率下降部分的应力-应变曲线。对纤维,纤维体积分数的增加导致类似的结果。纵横比()和纤维体积分数似乎发挥重要作用在提高峰值应变和复合材料的韧性。韧性指数的改善将增加更多的纤维相对显著降低单位重量的混凝土。

正如上面提到的,甲流部分的应力-应变曲线FALC明显与纤维长宽比和体积分数有关。因此,一个转折点()基于加强指数选择为FALC曲线的下降部分。在该方程Ezeldin和Balaguru4),方程来源于拐点弹性模量从高强度钢筋混凝土加固指数,然而,表明,应力-应变曲线的postpeak部分是高强度轻质混凝土之间的不同。在FALC,拐点弹性模量必须来自每个纤维的弹性模量除了加强指数,然后选择一个拐点基于韧性指数被选中。

以下方程推导: 在哪里=韧性指数,=压力拐点,=最大应力应变。

4所示。提出了应力-应变本构模型

材料的应力-应变行为使用FALC压缩需要设计结构。单轴应力-应变曲线的形状强烈受到以下两个条件:一个用于测试,另一个用于具体的特点。测试条件包括试验机的刚度,大小和形状的标本,标本与机刚度、应变速率和加载的类型。另一种是W / C比值、水泥的特点,单位重量,和总体特征。抗压强度时用于FALC结构组件的强度计算,应力-应变曲线的下降部分需要评估的韧性抗延性的重要结构。

在这项研究中,数学方程是基于抗压强度、容重、纤维体积分数、纤维长宽比和纤维的弹性模量。方程应该是一个简单的表单申请结构设计。曲线的上升部分必须不仅包括单位重量的弹性模量和抗压强度,但抗压强度与纤维体积分数。下行感染后部分点包括韧性指数与加强指数。

的最佳曲线拟合二阶多项式方程通过统计分析得到的参数之间的关系,的拐点在应力-应变曲线的下降部分从拐点。

4.1。提升部分的应力-应变曲线

下面一个数学方程的形式描述了提升部分纤维多孔轻质混凝土的应力-应变曲线: 在哪里=压应力;=最大压应力;=应变;=在最大应力应变;,=参数计算;=压力拐点。

参数““控制的抗压强度曲线的峰值点。寻找参数””,因为一个提高到任何权力;在峰值点,

表明,混凝土的抗压强度与纤维体积分数有良好的相关性。以下方程是:

参数“”,相关的斜率下降部分的应力-应变曲线,提出了分析模型。““价值依赖于弹性模量()和纵横比()的纤维。FALC,下部分的斜率增加,弹性模量和纤维长宽比。

4.2。应力-应变曲线的下降部分

体积分数的增加,纤维的弹性模量通常导致增加的斜率下降部分的应力-应变曲线。的情况下两种纤维,纤维体积分数的增加以恒定体积分数导致类似的结果。长宽比和纤维长度似乎发挥重要作用在提高峰值应变和复合材料的韧性。一切不变的情况下,改善由于纤维添加相对较低的矩阵压缩的优点更重要。

FALC有较低的刚度比的聚合物砂浆矩阵与普通混凝土。因此,抗压载荷主要是由硬砂浆矩阵对应刚度之间的关系矩阵和聚合,导致横向拉伸应力在总量和矩阵。最后,故障发生后超过总量的拉伸能力。通过聚合粒子连续裂缝通常传播。光滑的断裂表面转移减少压力,启动脆性破坏。

下面一个简单的数学方程的形式描述了提升部分纤维多孔轻质混凝土的应力-应变曲线。为了防止在曲线的下降部分不连续,是选择而不是: 在哪里=纤维混凝土强度在拐点,=应变,=一个参数计算,参数”“取决于加强指数()。

图7显示了分析轴向应力与轴向应变与聚丙烯纤维和碳纤维。证明的有效性类型的纤维轴向应力与轴向应变关系预测的固定表面活性剂计算和比较了不同纤维体积分数。

5。结论

这里的实验工作报告试图描述力学性能和纤维多孔轻质混凝土的应力-应变行为。得出了以下的结论。(1)使用传统的轻骨料,FALC风干密度低至1137公斤/米³可以通过添加表面活性剂和添加剂的0.1%。(2)抗压强度和弹性模量都是强烈依赖于混凝土中的空气量。表面活性剂含量的增加导致更少的抗压强度和弹性模量相比nonsurfactant混凝土。(3)抗压强度和弹性模量都是弱依赖于纤维的混凝土。(4)韧性指数强烈依赖于数量的纤维在加气混凝土。虽然增加了聚丙烯纤维体积分数提高混凝土的韧性指数,碳纤维改善这个指数达到一个更高的水平。(5)应力-应变曲线是由使用一个分式方程的基础上,加强指数。实现一个公平的相关预测的应力-应变曲线。

引用

1. ACI委员会318年钢筋混凝土建筑规范要求(ACI 318 - 05)和评论美国混凝土协会,底特律,密歇根州,美国,2005年。
2. 建筑研究机构,“蒸压加气混凝土、建筑研究机构消化342年,页1 - 8,1989年3月。视图:谷歌学术搜索
3. f . c . Mc柯”,合理配比混凝土预制泡沫细胞,”ACI杂志卷,64年,第110 - 104页,1967年。视图:谷歌学术搜索
4. a . s . Ezeldin和p . n . Balaguru“正常和高强度纤维增强混凝土压缩下,“土木工程材料》杂志上,4卷,不。4、415 - 429年,1992页。视图:谷歌学术搜索
5. c . h . Henager“钢纤维concrete-a审查测试的程序,”《纤维混凝土研讨会上,页16-28,伦敦,英国,1980年。视图:谷歌学术搜索
6. c·d·约翰斯顿纤维增强水泥和混凝土,戈登和违反科学,阿姆斯特丹,荷兰,2001年。
7. r . n .哲人p s Mangat和c v . s . k .饶纤维增强水泥的力学矩阵混凝土,纤维混凝土,SP 44岁的美国研究所,底特律,密歇根州,美国,1973年。

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