钢纤维增强特征的大小减少粉煤灰混凝土基础

文摘

粘钢纤维高强混凝土的行为与大小减少混凝土的性质一直未遂。粘钢纤维两端连接有长度直径比70年增加了0.5%的剂量水平1.5%体积分数。这项研究是进行分析的影响纤维混凝土的厚度减少元素。高强度混凝土混合料设计和不同厚度的混凝土棱柱制作不同体积分数的钢纤维。硬化混凝土性能测定基于成分如水混合粘结剂比0.3 (w / b),强塑剂剂量、精粗骨料比0.6 (F / c)和粉煤灰替代水平在25%和50%重量的活页夹内容。实验测试结果表明,弯曲强度变化对混凝土试样的深度。它可以观察到,减少10%大小包含25%粉煤灰1.5%钢纤维显示更好的强度提高4.70 MPa和6.69 MPa 7天和28天,分别。同时,添加钢纤维在更高比例的粉煤灰含50%显示更好的改善的挠曲强度大小减少5%,普通混凝土梁相比,表现出更高的压力承载能力为6.08 MPa在28天,显示增加了7.99%。

1。介绍

纤维不仅在普通混凝土改善混凝土的脆性破坏性质称为控制裂纹扩展的矩阵。然而,仔细选择类型的纤维可能用于提高混凝土的韧性。随机的分散纤维在混凝土可以颁布均匀属性向四面八方扩散。纤维被纳入普通混凝土的主要作用是开发有效裂纹桥接加载后的足够的抗拉强度。它可以观察到的纤维在混凝土显示更高程度的韧性失败导致高裂缝宽度的减少。塑性变形发生在postcrack地区是一个额外的好处,主要是由离散的强化机制。纤维的典型应用是指出在高强度混凝土由于高脆性纤维有更显著的好处而言,提高抗弯强度、弹性模量、和长期耐久性。高强度混凝土表现出更多的压缩下脆性和添加钢纤维混凝土提高了监禁,混凝土的耐久性和可变形性(1,2]。在几个研究观察到,除了传统的钢纤维混凝土大大提高抗弯强度、断裂韧性、耐热震性和冲击荷载不同等级的混凝土(3,4]。也表明,添加钢纤维混凝土的抗剪能力上有长足进步,也可以部分取代垂直箍筋的钢筋混凝土结构成员。应用程序意味着添加钢纤维在梁柱连接等关键部分给了足够的延性。钢纤维可以提高postcrack性能,减少普通混凝土和高强混凝土的脆性行为,改善高强混凝土的故障性质(5,6]。也观察到裂纹的传播是由钢纤维沿裂缝面控制。纤维通常与矩阵保税展览裂纹扩展矩阵开裂和显示撤军的纤维矩阵表现出钢纤维和基体之间的结合强度。矩阵和纤维抗拉强度发挥重要作用在键的强度或撤离阻力的钢纤维矩阵(7- - - - - -9]。也得出结论,钢纤维体积分数和钢纤维抗拉强度没有显著影响混凝土抗压强度和弹性模量。然而,使用高强度钢纤维显示相当大的改进分割抗拉和抗弯强度和相当大的改进指出增加纤维用量(10,11]。也强调,钢纤维之间的债券和矩阵起着重要的作用在提高延性,第一个裂纹强度,抗弯强度(12,13]。从文献分析可以总结出,纤维增强效率取决于纤维体积分数和矩阵的属性。可以从评论还指出,矩阵之间的兼容性和钢纤维可以改善postcracking非常重要的行为和高强混凝土的断裂性能。提供全面的理解变得非常重要的钢纤维混凝土的特征特别关注加强效率矩阵。

的研究意义。强化属性离散钢纤维的高强度矩阵可以提供潜在益处postcrack性质以及加强矩阵没有开裂。在目前的研究中,一个新的研究发现在挠曲强度的改善混凝土的大小会减少相应的元素了。这项研究提供了总体上的意义与钢筋混凝土体积减少钢纤维在不同体积分数的效率。

2。实验方法

2.1。材料

2.1.1。普通硅酸盐水泥(53级)12262 1969 (14]

化学成分和水泥的基本性能研究中使用了表1。


描述	一致性 (%)	初凝时间	终凝时间	比重	水泥细度(%)		水泥砂浆的抗压强度(1:3) (MPa)
		分钟				3天	7天	28天

值	31日	120年	260年	3.19	3	23.96	27.10	43.32

2.1.2。细集料

所使用的细骨料从当地获得可用的河床。观察细集料的细度模数为3.05,比重为2.59,符合是383 - 1970,属于区第三层次。

2.1.3。粗集料

蓝色金属碎花岗岩石头作为粗骨料用于材料经过20毫米筛,获得12.5毫米。粗集料的细度模数被观察到6.82,比重2.61。

2.1.4。粘钢纤维

两个终端连接粘钢纤维被用于这项研究。钢纤维的性质和快照是在表2和图1。


材料	外观	相对密度(g / cc)	长度(毫米)	比	直径(毫米)	抗拉强度	破坏应变(%)

钢纤维	两端连接	7.65	35	70年	0.5	1721 MPa	3.2

2.1.5节讨论。化学强塑剂

基于商用硝酸钙加速器(Cerachem-Acl)被用来加快粉煤灰混凝土的火山灰反应,比重值的1.82和25%的固体含量,改善新拌混凝土和易性的性质,基于polycarboxylate醚强塑剂(PCE)增加了1.5%(按重量粘结剂)来获取所需的可加工性范围75 - 100毫米的衰退。

2.1.6。水

正常饮用水使用整个实验工作,无油、碱和任何其他有机杂质。

2.1.7。混合比例的测试样品

实验调查到目前为止使用七个混凝土混合(哪,MSF1 MSF2, MSF3, MSF7, MSF8,和MSF9)与固定水粘合剂比例(0.3 w / b)和细粗骨料比(F / c)为0.6。的更替水平类F粉煤灰25%和50%(按重量的活页夹内容)与粘钢纤维(包括终端连接)为0.5%,1.0%和1.5%(按重量活页夹的内容)。为了提高强度的增加,新增的加速器剂量水平固定在1%和1.5%的多羧酸的酯强塑剂(PCE)被用于改善和易性。详细的各种混凝土的混合比例混合测试研究中给出了表3。


混合Id	w / b比率	F / c比值	B / Ta比率	纤维%	Acl %	水泥	粉煤灰	细骨料公斤/米³	粗集料	水

哪	0.3	0.6	0.26	0	0	473年	0	672年	1113年	142年
MSF1	0.3	0.6	0.26	0.5	1	355年	118年	672年	1113年	142年
MSF2	0.3	0.6	0.26	1.0	1	355年	118年	672年	1113年	142年
MSF3	0.3	0.6	0.26	1.5	1	237年	118年	672年	1113年	142年
MSF7	0.3	0.6	0.26	0.5	1	237年	236年	672年	1113年	142年
MSF8	0.3	0.6	0.26	1.0	1	237年	236年	672年	1113年	142年
MSF9	0.3	0.6	0.26	1.5	1	237年	236年	672年	1113年	142年

注意:PCE剂量固定在1.5%的粘结剂含量按重量不同的混合比例。

2.1.8。样品的细节

基于粘钢纤维粉煤灰混凝土抗弯性能被测试挠曲强度评估,绝对的韧性,postcrack韧性和残余强度。混凝土标本制作不同尺寸和细节展示在表4。轭组成的弯曲实验测试设置安排如图2(一个)和第三点线素描的加载装置如图2 (b)。这有助于预防外来偏转的结束。三点加载装置是用于进行弯曲试验标本和中央挠度测量使用机械千分表的0.01毫米精度。测试标本按codal条款(是)516 - 1959年和postcrack偏转也准确地测量峰值负载后没有任何负载骤降。自轭安排提供了足够的克制的标本不允许突然失败结束。


形状	具体样本的大小	测试

棱镜模具尺寸细节	100×One hundred.×500毫米(实际尺寸)	第三点载荷的弯曲强度
	100×95年×500毫米(破碎)
	100×90年×500毫米(破碎)
	100×85年×500毫米(破碎)

(一)

(b)

这提供了一个精确的记录的应变逐渐失败的梁由于裂纹桥接的纤维。这显然表示纤维postcracking地区的作用在试样的抗弯折弯。基于混凝土简情节吸引各种纤维混凝土,以下韧性计算。(我)绝对韧性计算整个载荷挠度曲线下的面积从开始加载到标本的彻底失败。(2)Postpeak韧性测量从该地区下的极限荷载和破坏载荷之间的载荷挠度曲线。(3)韧性指数被定义为平均负荷承载能力的比例提供后开裂(由于纤维钢筋的存在)除以无裂缝的混凝土试件的抗弯抗拉强度。

2.1.9。样品制备和养护方法

具体的成分混合在一种电动滚筒混凝土搅拌机的40公斤容量。最初干燥的原料混合,然后添加所需的混合水和强塑剂以及加速器。模具被压实的新鲜混凝土表振动器30秒和顶面光滑表面用抹子夷为平地;后的模具被安全地放置在室温下24小时。24小时后,硬化混凝土立方体重塑后,所有的标本保存在正常饮用水养护箱完成混凝土的水化和测试在不同的养护。

3所示。实验测试结果和讨论

3.1。大小减少

纤维混凝土中添加的影响是一个重要的应用程序广泛应用于工业地板混凝土和已经在许多应用程序中得到了成功。的重要优势可以减少使用钢纤维混凝土厚度。这基本上是由于复合材料弹性模量的增加和改善矩阵加强由于高弹性模量的钢纤维。在目前的研究中,实验测试结果的弯曲应力能力不同粉煤灰混凝土标本包含不同钢纤维体积分数的总结表5。主要研究的目的是检查混凝土的深度的问责与添加不同比例的粘钢纤维。粘钢纤维使用35毫米的长度和直径0.5毫米(70)比例为0.5%,1.0%和1.5%体积分数分别为混凝土。


混合Id	w / b比率	F / c比值	粉煤灰(%)	—(%)	Acl (%)	四氯乙烯(%)	深度的棱镜(毫米)	挠曲强度在7天(MPa)	在7天强度增加%	挠曲强度在28天(MPa)	在28天强度增加%

哪	0.3	0.6	0	0	0	1.5	One hundred.	4.28	- - - - - -	5.63	- - - - - -

MSF1	0.3	0.6	25	0.5	1	1.5	One hundred.	4.32	0.98	5.89	4.60
							95年	4.10	−4.21	5.57	−1.07
							90年	3.85	−10.05	5.30	−5.86
							85年	3.50	−18.22	4.85	−13.85

MSF2	0.3	0.6	25	1.0	1	1.5	One hundred.	4.36	1.89	5.89	6.07
							95年	4.25	−0.70	5.74	1.95
							90年	4.25	−0.70	5.65	0.36
							85年	3.75	−12.38	5.30	−5.86

MSF3	0.3	0.6	25	1.5	1	1.5	One hundred.	4.65	8.64	6.70	25.00
							95年	4.50	5.14	6.45	14.56
							90年	4.70	9.81	6.69	18.83
							85年	4.30	0.47	5.95	−3.20

MSF7	0.3	0.6	50	0.5	1	1.5	One hundred.	3.83	−10.51	5.14	−8.70
							95年	3.75	−12.38	5.05	−10.30
							90年	3.56	−16.82	4.02	−28.60
							85年	3.20	−25.23	3.65	−35.17

MSF8	0.3	0.6	50	1.0	1	1.5	One hundred.	3.43	−19.86	5.73	1.78
							95年	3.98	−7.01	5.65	0.36
							90年	3.75	−12.38	4.39	−22.02
							85年	3.41	−20.33	3.12	−44.58

MSF9	0.3	0.6	50	1.5	1	1.5	One hundred.	4.13	−3.50	6.16	9.41
							95年	4.05	−5.37	6.08	7.99
							90年	3.98	−1.87	5.39	−4.26
							85年	3.26	−7.00	5.25	−6.75

注意:w / b:水粘合剂比例;F / c:细粗骨料比例;确定:粘钢纤维;Acl:加速器;基于PCE:多羧酸的酯强塑剂;+ ve迹象表明增加趋势和−ve迹象显示减少的趋势。

钢纤维的影响除了在粉煤灰混凝土(F / c比值0.6)显示更好的强度增强,相比正常大小的混凝土标本(哪)100毫米深度。混凝土梁试件的尺寸90毫米厚度表现出更高的抗弯强度(MSF3) 7点约4.70 MPa和6.69 MPa和28天,分别为(如图3)。50%的粉煤灰混凝土标本显示边缘弯曲应力增加到6.08 MPa在28天(如图4)。这实际上显示出更好的性能相比,参考混凝土100毫米厚度和强度在7天内增加了5.41%,14.56%,如图28天5。然而,实现规模减少的影响在厚度减少5%。参考混凝土相比,弯曲强度显示减少5.37%在7天,而在50%的情况下粉煤灰代替混凝土混合显示增加了7.99%(如图28天6)。可以证明,是可能的最大大小减少5%和10%的总高度的混凝土试件在低和高粉煤灰混凝土体积。早期强度高的影响混凝土标本和额外的加固机制可能导致增加复合弯曲特性。这提供了一个可能的减少厚度相比素混凝土没有加速性能的加速外加剂或钢纤维。它可以指出具体的大小减少元素可以实现高达10%和25%的低容量和高容量的5%与50%粉煤灰高强混凝土混合代替。最大弯曲应力能力增加18.83%是强调低粉煤灰混凝土的体积混合。理由增加弯曲性能即使在规模和减少补偿与钢纤维除了将进一步讨论。钢纤维混凝土的弯曲应力的增加能力实现由于增加钢纤维混凝土由于更换区域。这导致复合材料弹性模量的增加和减少脆性材料。混凝土的延性本质上是由钢纤维的可变形性很高。 This also results in increased moment rotation capacity and hence leads to higher moment of resistance. However, beyond the optimized steel fibre addition and optimized thickness of concrete the reduction in the moment capacity is anticipated due to reduction in concrete area. The composite performance of steel fibres in concrete and the synergy between the reinforcing effects in matrix are provided when the area of both materials are adequate to develop the stress transfer mechanism. This is also justified from fundamental mechanics that during flexural loading the maximum strain in extreme fibre is reached first in concrete and stress redistribution occurs in the steel fibres. When the area of steel and steel fibres are present at optimum level, the development of ultimate strain occurs at the same time and this results in the increased stress levels with failure occurring simultaneously in concrete and steel. This study comprehends the fundamental fact that the size of concrete element can be reduced up to 10% safely with the addition of steel fibre up to 1.5%早期强度高的混凝土。此外开发高早强混凝土的弯曲应力能力的提高是一个重要的标准选择具体的大小减少。然而,减少强度被记录在50%的粉煤灰在混凝土除了F / c比值(0.6)与不同比例的钢纤维。混凝土标本(85毫米)展品的深度约4.14 MPa的挠曲强度较低和5.25 MPa在7和28天,分别与素混凝土相比,3.27%和6.75%在7和28天,分别。

3.2。弯曲韧性

弯曲韧性值计算的各种混凝土混合物的比例和提供了表6。25%和50%的负载变形特征粉煤灰代替混凝土混合各种剂量的钢纤维提供了数据7和8。研究趋势表明,纤维用量的增加显示的逐步改善postpeak粉煤灰混凝土复合材料的特征。最负责任的影响钢纤维显示更好的桥接作用抵抗裂缝,提高混凝土的延性性质标本展览一个稳定postpeak荷载挠度曲线,相比普通混凝土标本。它可以指出,素混凝土未显示显著postcracking行为和钢纤维混凝土混合的影响提供了足够的能量吸收机制。最重要的是复合材料弯曲性能取决于钢纤维含量和较高的弯曲应变硬化性能大大提高钢纤维用量。这是显示在钢纤维混凝土中混合(MSF3)表现出绝对的韧性值最高的34.37 n - m的粉煤灰混凝土最大钢纤维体积含量低(1.5%))。相同的混合(MSF3)也表现出最大postcrack 27.97 n - m的韧性。剩余的韧性的最大值为24.27 n - m相同的混合。50%的粉煤灰取代水泥的最大绝对韧性为29.61 n - m, postcrack韧性25.86 n - m,剩余韧性17.87 n - m。各种钢纤维的韧性结果代替粉煤灰混合表现出更高的效率矩阵加强效率和结果纤维提供了足够的postelastic变形的延性性质。同时,粉煤灰混合胶结系统可能与钢纤维结合混合发展足够的债券由于剩余韧性值也增加。可以证明,高早强混凝土的postcrack性能特征依赖于矩阵加强效率和导致更高的能源机制。也可能发展的早期强度增益属性和钢纤维的协同交互与粉煤灰水泥矩阵可以提供复合材料韧性属性。25%和50%的负载变形特征粉煤灰代替混凝土混合各种剂量的钢纤维除了提供在图9。它可以从实验趋势,指出纤维用量的增加显示的逐步改善postpeak粉煤灰混凝土复合材料的特征。


混合 Id	w / b 比	F / c 比	粉煤灰 (%)	— (%)	Acl (%)	四氯乙烯 (%)	深度的棱镜(毫米)	挠曲强度在7天(MPa)	挠曲强度在28天(MPa)	绝对的韧性3毫米 (n - m)	后裂纹韧性3毫米 (n - m)	剩余韧性3毫米 (n - m)	韧性指数

哪	0.3	0.6	0	0	0	1	One hundred.	4.28	5.63	0	0	0	0

MSF1	0.3	0.6	25	0.5	1	1	One hundred.	4.32	5.85	22.83	19.92	14.24	0.51
							95年	4.10	5.57	21.04	18.23	13.30	0.35
							90年	3.85	5.3	19.25	16.54	12.36	0.39
							85年	3.50	4.85	17.46	14.85	11.42	0.41

MSF2	0.3	0.6	25	1.0	1	1	One hundred.	3.35	6.30	26.06	19.34	16.65	0.46
							95年	4.25	5.74	25.89	18.40	15.89	0.48
							90年	4.25	5.65	25.72	17.46	15.13	0.44
							85年	3.75	5.3	25.55	16.52	14.37	0.43

MSF3	0.3	0.6	25	1.5	1	1	One hundred.	3.49	6.98	34.37	27.97	24.27	0.60
							95年	4.50	6.45	33.41	26.75	23.80	0.54
							90年	4.70	6.69	32.45	25.53	23.33	0.51
							85年	4.30	5.95	31.49	24.31	22.86	0.49

MSF7	0.3	0.6	50	0.5	1	1	One hundred.	3.45	5.72	16.15	10.73	8.23	0.28
							95年	3.75	5.05	15.78	9.45	7.45	0.29
							90年	3.56	4.02	15.41	8.17	6.67	0.32
							85年	3.20	3.65	15.04	6.89	5.89	0.25

MSF8	0.3	0.6	50	1.0	1	1	One hundred.	3.57	5.85	23.40	17.17	15.28	0.44
							95年	3.98	5.65	22.50	16.58	14.32	0.34
							90年	3.75	4.39	21.60	15.99	13.36	0.35
							85年	3.41	3.12	20.70	15.40	12.40	0.31

MSF9	0.3	0.6	50	1.5	1	1	One hundred.	3.60	6.08	29.61	25.86	17.87	0.64
							95年	4.39	6.08	28.34	24.30	16.45	0.45
							90年	4.20	5.39	27.07	22.74	15.03	0.46
							85年	4.14	5.25	25.80	21.18	13.61	0.29

3.3。韧性指数

破解后的比率平均负荷承载能力提供了(由于纤维钢筋的存在)除以无裂缝的混凝土试件的抗弯抗拉强度提供再保险₃指数或也称为韧性指数。正如所料,增加钢纤维体积分数的百分比50%的粉煤灰混凝土基础(F / c比值0.6)显示更好的改善再保险₃指数在28天,约0.64相比,粉煤灰替代水泥的25%。同时,在50%的情况下粉煤灰代替水泥最大韧性指数的价值0.64指出了钢纤维含量高。这也表示,纤维的影响过程中起着重要作用的应变软化区,由于钢纤维的贡献是主要的。然而矩阵效率,进一步改善prepeak应变硬化是由于矩阵由钢纤维增强。试验结果表明,钢纤维分布的最大配筋指数更高(混凝土体积的纤维体积)。粉煤灰混凝土的试验结果显示,影响混合0.6 F / c比值不同体积分数的钢纤维。可以从上面的评价结论,钢纤维的影响也意识到在高早强混凝土混合在弯曲强度和韧性属性。

3.4。在混凝土纤维桥接的影响

有效纤维桥接钢纤维(如图10)即使在发生故障导致混凝土梁和显示显著增强postpeak特征。从上面的测试结果,据悉prepeak应变硬化特征依赖于矩阵胶结致密化和硬化性能的系统。然而,postpeak混凝土应变软化特性依赖于裂纹桥接属性提供的钢纤维。一般来说,钢纤维除了表现出协同效应与水泥和粉煤灰的火山灰反应显示改善强度相比,控制混凝土混合物。

3.5。纤维排列

钢纤维的取向不同的混凝土混合物提供了数据11和12代表切片显微图像的具体部分。从显微图可以看出,钢纤维被发现沿梁轴方向排列,被发现是一个重要的属性增强的挠曲强度的纤维增强混凝土标本。可以看出,面向钢纤维沿梁轴向弯曲强度贡献能力的各种纤维混凝土混合。然而,纤维的取向可以轻易看到沿横向切片混凝土部分在这种情况下,沿着长方向的纤维。同时,面向的纤维沿梁轴可以被看作是圆形,这显然表明钢纤维矩阵的贡献。对于钢纤维钢筋混凝土标本沿给定截面钢纤维的分布可以很容易地计算的许多不同的纤维视觉上的混凝土混合。在所有的混凝土混合纤维的数量占弯曲应力承载能力。钢纤维的取向是发现直接影响混凝土的应力再分配系统在这种情况下,普通混凝土往往失败后第一个裂纹而在钢纤维钢筋混凝土样本的情况下,可以看出,弯曲应力承载能力增强,面临的更紧密的钢纤维。尤其是连续应力传递机制更有效的在所有的纤维增强混凝土标本以及强化指数。加强效率取决于钢纤维的分布对于一个给定的区域和明确表示在这片混凝土部分。 It can be seen that in the case of higher volume fraction of steel fibres, the homogeneous distribution of steel fibres is clearly evident and is represented by the closer spacing of fibres, whereas, in the case of low volume fraction the orientation and distribution of steel fibres were random with large inter fibre spacing. Also, it is observed that the orientations of steel fibres were affected during the vibration of the concrete and have the tendency of the longer fibres to get aligned along the direction of the beam axis. High modulus steel fibres influence matrix strengthening in the case of high volume fly ash (50%) concrete systems. This also apparently enhanced the flexural strength on par that of 25% fly ash substituted concretes mixes. Even though the matrix is highly brittle but the addition of fibres had shown a considerable increase in the flexural stress carrying capacity. The experimental test results indicated that the addition of steel fibres has proved to be essential to the matrix strengthening as well as in the case of overall composite performance of fly ash substituted steel fibres reinforced concrete mixes.

4所示。结论

基于实验调查以下重要结论是在这项研究的局限性。(我)结构元素的大小减少可以改善混凝土性能的一个重要方面的结构效率和经济。(2)的研究发现,添加钢纤维体积分数(1.5%更高显示良好的梁单元的厚度减少了10%,导致更高的抗弯性能,相比普通混凝土。(3)同时,相比普通混凝土的钢纤维混凝土提供了更高的钢筋混凝土指数降低的数量减少。(iv)可以得出的结论是,钢纤维混凝土的增强指数可以大大提高强度和刚度的结构元素。(v)很明显从纤维增强水泥复合材料的研究提供更好的性能比普通混凝土和开辟了多种新的和令人兴奋的建筑材料。(vi)最重要的是复合弯曲性能取决于钢纤维含量和较高的弯曲应变硬化性能大大提高钢纤维用量。这是显示在钢纤维混凝土中混合(MSF3)表现出绝对的韧性值最高的34.37 n - m的粉煤灰混凝土最大钢纤维体积含量低(1.5%))。相同的混合(MSF3)也表现出最大postcrack 27.97 n - m的韧性。剩余的韧性的最大值为24.27 n - m相同的混合。50%的粉煤灰取代水泥的最大绝对韧性为29.61 n - m, postcrack韧性25.86 n - m,剩余韧性17.87 n - m。(七)剩余承载力的纤维混凝土表现出所有纤维混凝土的抗弯强度能力混合启动后第一次裂纹和随后的重新加载到失败。(八)从测试结果中观察到的是,高韧性指数(0.60)被发现在低容量的情况下以1.5%粉煤灰混凝土钢纤维。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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土木工程的发展

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