标志”年代rc=

材料科学与工程的发展
PDF
材料科学与工程的发展/2020年/文章
特殊的问题

2020年:纤维增强水泥复合材料力学性能和结构的影响

把这个特殊的问题

研究文章|开放获取

体积 2020年 |文章的ID 8459145 | https://doi.org/10.1155/2020/8459145

维娜郭彭张Yupeng田,Bing,广域网, ”的钢纤维对裂缝的影响HPFRCC能源和干燥收缩”,材料科学与工程的发展, 卷。2020年, 文章的ID8459145, 15 页面, 2020年。 https://doi.org/10.1155/2020/8459145

的钢纤维对裂缝的影响HPFRCC能源和干燥收缩

维娜郭,1 彭张,1 Yupeng田,1 宾王,2 和 万马1

1耐久性与可持续发展研究中心山东,青岛科技大学,青岛266033年,中国

2266000年青岛市政建设集团、青岛,中国

学术编辑器:圣人古普塔
收到了 2020年2月26日
修改后的 2020年5月30日
接受 01 2020年6月
发表 2020年6月20日

文摘

高性能纤维增强水泥基复合材料的断裂能量(HPFRCC)可以修改在宽范围内的变化量的钢纤维添加到新鲜的组合。首先,考虑到实际工程条件在青岛,青岛材料常用的选择。最优参考混合比例的HPFRCC胶凝材料提出了通过测定流动性和挠曲强度。基于最佳的混合比例,单轴拉伸,裂缝,干燥收缩性能HPFRCC不同钢纤维系统地研究。应力-应变图的不同样本在单轴拉伸试验,测量楔形分割测试和三点弯曲试验。钢纤维含量不一在0和200公斤/米之间3。载重能力和断裂能量测定实验。此外,水分损失作为时间的函数和收缩决心在20°C和50% RH的环境(相对湿度)。结果表明,最大负载的增加显著HPFRCC系列强化了150和200公斤/米3钢纤维。都硬化发达后第一个分支裂纹偏转由于很高比例的纤维桥接裂纹表面。承载能力和断裂能量与钢纤维含量几乎线性增加。发现三点弯曲试验更适用于测量的断裂能量比楔HPFRCC分割测试。钢纤维的加入降低了水分扩散,因此HPFRCC的干燥收缩,有最低重量损失和变形钢纤维含量时150公斤/米3。将获得的结果和讨论。

1。介绍

混凝土是使用最广泛的建筑材料,但其脆性增加强度。混凝土中添加纤维能有效改善混凝土的脆性,提高自身的抗裂性。目前,纤维在水泥中添加矩阵往往是主要钢纤维、玻璃纤维、合成纤维、天然纤维,等等,其中,钢纤维是使用最广泛的1- - - - - -11]。相关研究结果表明,钢纤维的加入到水泥基体可以大大提高混凝土的断裂韧度和断裂能量(12- - - - - -16]。进一步提高混凝土的密实度和机械性能,除了添加钢纤维、细火山灰反应添加剂如粉煤灰和硅气体也增加了(17- - - - - -28]。由于火山灰反应和填充,复合进一步实现更紧凑的结构,叫做HPFRCC [29日- - - - - -32]。由于其结构紧凑,高强度,高耐用性、低孔隙度、良好的体积稳定性(29日,33- - - - - -37]。HPFRCC是一种新型胶结材料的出现在1990年代中期(38]。它有低水胶比的特点,超高的成型,等等39,40]。与普通混凝土相比,HPFRCC有很高的抗压强度100 - 800 MPa,抗拉强度下20 MPa, 50 - 60 GPa的弹性模量,断裂能量高达40 kJ / m2(41- - - - - -44]。目前,HPFRCC是最未来的建筑材料对民事和军事结构,比如核废料储存、控制、防御工事,公路大桥,市政和高层建筑39,45- - - - - -49]。

国内外,力学性能,耐用性、体积稳定性、微观结构和制备技术HPFRCC已经被广泛的研究(50- - - - - -55]。也有很多研究HPFRCC断裂能量的。Sovjak et al。56]研究有效的断裂能量之间的关系和应变率HPFRCC不同钢纤维体积含量和得出结论,纤维体积含量越高,应变速率敏感性越低。阮et al。57)研究了不同类型的钢纤维对钢纤维增强混凝土的断裂能,结果表明弹性断裂能量总断裂能量的比例是最低的,从0.02到0.08,和当地的断裂能量和总断裂能量最高,从0.38到0.82不等。任等。39)研究了不同钢纤维的影响内容和类型的断裂能和断裂韧性ultrahigh-performance水泥基复合材料。结果表明,钢纤维含量和类型有一个很大的影响在断裂韧性和断裂能量。Tran et al。6]分析了断裂的能量UHPFRC应变率的5 - 92年代−1并获得标本1 - 1.5%的纤维含量很高的断裂能量(28 - 71 kJ / m2)。在上面的文献中,不同类型的钢纤维的影响HPFRCC主要是断裂性能的研究。而有针对性的钢纤维含量的变化研究HPFRCC从其断裂能量和干燥收缩相对比较少,他们提高服务性能至关重要的结构和结构的崩溃阻力在极端负载或环境,特别是。

完全理解不同钢纤维的影响内容HPFRCC的断裂和干燥收缩性能,本文首先使用青岛当地材料作为基材,得到矩阵的最佳组合比例材料通过流动性和抗弯强度测试;然后,添加钢纤维的基础上这个最佳混合比例和制成HPFRCC研究。首先,HPFRCC的断裂能量不同内容的钢纤维进行了研究和分析利用楔分裂法和三点弯曲法RILEM推荐的(58)和中国DL / t5332 - 2005“断口试验液压混凝土规范”(59]。此外,HPFRCC的干燥收缩性能进行了研究和分析在20°C和50% RH。加载裂纹张开位移曲线,断裂能量,和干燥收缩性能HPFRCC不同钢纤维进行了比较和分析,和HPFRCC的影响不同钢纤维含量对断裂性能和干燥收缩性能进行了探讨,为HPFRCC奠定了坚实的基础是广泛应用于实际工程。

2。实验细节和方法

2.1。材料和混合比例

描述的测试在这个贡献,HPFRCC五个不同数量的钢纤维(SF)不同介于0和200公斤/米3已经准备好了。42.5普通硅酸盐水泥(OPC)类型,粉煤灰(FA)类F平均粒径为5.4μm,硅气体平均粒径为0.03μm是用于生产测试样品。OPC的化学成分、硅气体和粉煤灰在表中做了总结1。此外,细石英砂(问年代)粒径为0.2到0.35毫米和石英粉(问p)的最大粒径45μm是补充道。矩阵的组合是一种系统化的方式优化。镀铜钢纤维(SFs) 13毫米的长度和直径0.2毫米被添加到新鲜混合,钢纤维的性质本文列出在表2和钢纤维的形状如图1。普通的自来水作为混合水。改善和易性的混合,superplasticiser (SP)补充道。superplasticiser (SP)是一个polycarboxylate superplasticiser从胶州(青岛),其减水率和固体含量为25%和20%,分别。标本的成分表3。此外,普通水泥砂浆试块为HPFRCC的断裂能量的比较研究。普通水泥砂浆的材料测试块普通硅酸盐水泥32.5 (PO),筛分后河沙(最大大小是5毫米),和自来水。标本的命名形式不同的混合比例如表所示4。比例及其力学性能如表所示5。
类型 曹 SiO2 艾尔2O3 菲2O3 所以3 K2O Na2O TiO2
OPC 60.09 20.90 6.55 5.43 2.44 1.61 1.07 0.01
硅气体 0.98 95.64 0.40 0.22 0.18 1.51 0.20 0.02
足总 1.78 49.75 36.81 5.93 0.31 1.78 0.25 2.29
表1
普通硅酸盐水泥的化学成分(OPC),硅气体,粉煤灰(FA) (%)。
类型 l/D l(毫米) D(毫米) ft(MPa) E(GPa) ρ(克/米3)
科幻小说 65年 13 0.2 2600年 200年 8.0
请注意。科幻:钢纤维;l/D:长度直径比;l:长度;D:直径;f t:抗拉强度;E:弹性模量;ρ:密度。
表2
钢纤维(SF)的性质。

图1
钢纤维的形状。
W/B 水泥 硅气体 粉煤灰 年代/B 石英粉 SP
0.19 - -0.21 0.5 - 1 0.25 - -0.35 0 - 0.5 0.68 - -1.08 0.27 - -0.47 0.01
表3
HPFRCC的最佳组合的选择范围。
的名字 W/B OPC 硅气体 足总 石英砂 石英粉
一个1 0.19 1 0.25 0 0.88 0.37
一个2 0.2 1 0.25 0 0.88 0.37
一个3 0.21 1 0.25 0 0.88 0.37
一个4 0.22 1 0.25 0 0.88 0.47
B1 0.21 1 0.15 0 0.88 0.42
B2 0.21 1 0.2 0 0.88 0.37
B3 0.21 1 0.25 0 0.88 0.32
B4 0.21 1 0.3 0 0.88 0.27
B5 0.21 1 0.35 0 0.88 0.37
C1 0.21 1 0.25 0 0.68 0.37
C2 0.21 1 0.25 0 0.78 0.37
C3 0.21 1 0.25 0 0.88 0.37
C4 0.21 1 0.25 0 0.98 0.37
C5 0.21 1 0.25 0 1.08 0.37
D1 0.21 1 0.25 0 0.88 0.37
D2 0.21 0.9 0.25 0.1 0.88 0.37
D3 0.21 0.8 0.25 0.2 0.88 0.37
D4 0.21 0.7 0.25 0.3 0.88 0.37
D5 0.21 0.6 0.25 0.4 0.88 0.37
D6 0.21 0.5 0.25 0.5 0.88 0.37
表4
混合比例的标本。
水胶比 水泥(公斤/米3) 沙(公斤/米3) 水(公斤/米3) 抗弯强度(MPa) 抗压强度(MPa)
0.5 450年 1350年 225年 5.86 34.6
表5
普通水泥砂浆的混合比例和机械性能的标本。
2.2。制备试样

所有的原材料投入搅拌机序列(石英粉、粉煤灰、硅灰、水泥、石英砂)搅拌均匀。然后,80%的水和superplasticisers均匀混合慢慢添加到混合物搅拌速度低,其次是20%的水直接倒进混合物。钢纤维然后慢慢添加到混合物在一分钟内较低的搅拌速度,其次是一个中等搅拌速度三分钟,以达到均匀的纤维分散。新鲜的混合物被扔进相应的模具和振实在振动台上三分钟。整个混合材料的过程如图2。压实后的钢形式振动台,实验室的标本被允许硬覆盖塑料薄膜为24小时。然后,他们进一步治愈热水在80°C 72小时。然后,所有的标本被移除和治愈一个潮湿室T= 20±2°C和RH > 95%前测试。


图2
HPFRCC混合过程。
2.3。流动性和挠曲强度测试

新鲜的混合物的流动是由往复流表法,具体实验方法是按照GB / t2419 - 2016”水泥砂浆的流动性测试方法。“当标本从固化得到相应的年龄,他们的挠曲强度与水泥砂浆试验机测量,参照标准GB / t17671 - 2019”的测试水泥强度的确定方法。“HPFRCC决心的最佳混合比例从流动性和挠曲强度的结果,并应用于后续实验研究。

2.4。单轴拉伸试验

用哑铃状试样的单轴拉伸试验(60,61年]。是标本的大小取决于日本规范(建议高性能纤维增强水泥复合材料的设计和施工具有多个细裂缝),如图3。日本岛津公司的测试进行了AG-TS 250 kN万能试验机的最大负载250 kN。梁位移精度为0.001毫米,加载精度为0.01 kN,梁移动速度是0.1毫米/分钟。两个变量线性位移传感器(线性)贴在一个测试框架被用来测量变形的标本。试样变形值可以获得的平均阅读从线性的左右。线性安装位置如图3。


图3
单轴拉伸试验(mm)。
2.5。单轴压缩试验

标本100 mm×100 mm×300 mm的静强度的测定。压缩试验的试样的形状如图4。三个测试的每一批样品。抗压强度进行了测量根据GB / T 17671 - 2005(类似于ISO 697:1989) (62年]。测试是由长春Vinte电液伺服万能试验机,最大负荷2000 kN,梁位移精度为0.001毫米,0.001 kN的加载精度。测试机将控制负载的加载模式加载速率为0.1 MPa / s。定心和预加载过程反复进行,直到试样完全集中,满足预加载要求,然后进行单轴压缩试验。进行单轴压缩试验的位移模式加载速率为0.001毫米/秒。负荷传感器测得的负载范围2000 kN,变形是由应变计测量,读数的平均值左右是作为试样的变形值。


图4
单轴压缩试验标本(mm)。
2.6。楔形分割测试

标本200毫米(长度)×200毫米(高度)×40毫米(宽)是用于楔分割测试,如图5(58]。初始裂纹被预留给铸造,初始缝高度比一个/小时= 0.5。测试设备楔分裂是一样的单轴拉伸试验装置。一个伸长计精度为0.001毫米放在两边的标本测量裂纹张开位移。裂纹张开位移值可获得的平均阅读左右的伸长计。然后,钢铁分裂联合在试样的缺口,光束移动和调整,楔形钢板连接梁接触分裂联合滑轮。那一刻,测试启动,负载是由位移控制加载,加载速率为0.3毫米/分钟。负载和裂纹变形数据由计算机自动记录。


图5
楔分割测试(毫米)。
2.7。三点弯曲试验

160毫米的标准棱镜标本(长度)×40毫米(高度)×40毫米(宽)是用于三点(3 p)弯曲试验63年,64年]。初始裂纹被预留给铸造,初始缝高度比一个/H= 0.5。标本放在三点弯曲的框架。标本上的刚架,迫使图所示6。三点弯曲试验的测试设备是一样的单轴拉伸试验装置和楔形分割测试装置、和控制加载完成位移速率为0.3毫米/分钟。在测试过程中,载荷和加载点的位移记录的计算机连接到测试设备。


图6
三点弯曲试验(mm)。
2.8。干燥收缩

此外,一些标准棱镜160毫米的尺寸(长度)×40毫米(高度)×40毫米(宽)治愈在80°C水浴脱模后72小时。然后他们被放在一个标准养护室T= 20±2°C和RH > 95%,直到28天的时代。之后,样本被放置在实验室的氛围20°C和50% RH三个月了。含水分损失和干燥收缩测量了这些HPFRCC标本。

3所示。结果与讨论

3.1。流动性和抗弯强度

通过流动性和挠曲强度测试,HPFRCC流动性和抗弯强度的影响在不同water-to-binder比率(W/B= 0.19,0.2,0.21,0.22),硅灰的内容(0.15,0.20,0.25,0.30,0.35),固沙植物比率(0.68,0.78,0.88,0.98,1.08),和更换数量的粉煤灰(0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)。具体结果见图7。

(一)”name=
(一)
(b)”name=
(b)
(c)”name=
(c)
(d)”name=
(d)
图7
不同变量对流动性的影响和HPFRCC挠曲强度。

除了固沙植物比、水胶比时,硅灰的内容,和粉煤灰替代量的增加,混合线性增加的流动性,可以看到图7。water-to-binder比例为0.21时,混合物可以迅速填满模具振动的作用下,和大量的泡沫出现在振动表面的混合物。断裂后的试样,没有孔的横截面试样,和挠曲强度只有5.9%低于水胶比0.2。原因是混合水的增加提高了颗粒之间的孔隙。当硅气体的量很大,混合物的流动性增加。这主要是因为硅灰粒子是球形,颗粒非常小,石英粉颗粒是不规则的形状和多边形。因此,当硅胶比增加,流动性也增加。混合物的流动性和挠曲强度最大,当硅气体是0.35的内容和石英粉是0.27。当固沙植物比例增加,混合物的流动性明显下降,而试样的抗弯强度先增加,然后降低;固沙植物比0.68和0.88时,力量是9.2%和13.3%,低于0.78,主要是因为有粒子大小不同的颗粒材料体系和更小的微粒填充效果。 The amount of cement replaced by fly ash increases, and its flexural strength increases first and then decreases; when it is 30%, the strength of the specimen reaches the highest. Compared with the substitution number of 0, the strength of HPFRCC increases by 1.2%, but the fluidity of the mixture increases by 41 mm, up to 233 mm, and this is mainly because the reaction of fly ash to produce calcium hydroxide is earlier than that of cement hydration, and the strength of the calcium aluminate hydrate produced by the two reactions is lower than that of calcium silicate hydrate.

总之,考虑到综合挠曲强度和流动性,HPFRCC经测试的最佳组合如下:水胶比为0.21、水泥:硅灰:粉煤灰:石英砂,石英粉= 0.7:0.35:0.3:0.78:0.27。

3.2。拉伸应力-应变行为

图8说明了HPFRCC不同钢纤维的拉伸应力-应变行为的内容。显然,HPFRCC标本与钢纤维混合后,紧张气氛仍在弹性阶段的初始阶段,应变和应力的增加线性增加。HPFRCC极限抗拉强度的增加不断增加的钢纤维含量。主要原因是钢纤维能阻碍和抑制裂纹扩展,所以极限抗拉强度提高。

(一)”name=
(一)
(b)”name=
(b)
图8
拉伸应力-应变图HPFRCC不同量的钢纤维。

它可以从HPFRCC的拉伸试验结果,当钢纤维添加到HPFRCC,拉伸初始阶段仍然是弹性,应力与应变的增加线性增加。钢纤维含量的增加,HPFRCC极限抗拉强度的增加。主要原因是钢纤维能有效防止裂纹增长。从图可以看出8当钢纤维不是补充说,试样的应力达到极限抗拉强度和垂直开始下降,直到试样失败。这时,裂缝出现在示例中,分成两部分,表现出明显的脆性特征。与钢纤维的增加,减压部分变得缓慢和长,这主要是由于能源的不断消耗在钢纤维的提取过程,大大提高了断裂试样的电阻。它可以得出的结论是,钢纤维的掺入HPFRCC可以显著提高材料的抗拉强度,增加材料的变形能力,和提高材料的韧性,使其从脆性破坏塑料失败。

3.3。抗压强度

HPFRCC标本上进行单轴压缩试验钢纤维含量为0 - 200公斤/米3,样品的抗压强度图所示9。


图9
HPFRCC的抗压强度与钢纤维含量不同。

从图可以看出9钢纤维的HPFRCC抗压强度的影响更大。钢纤维含量的增加,抗压强度近似线性增加,增长率大约是不变时,钢纤维含量是0 - 150公斤/米3,但当钢纤维的数量增加到150公斤/米3到200公斤/米3,增加速率减慢。这主要是由于钢纤维之间的良好机械阻塞和基材,可在一定程度上提高HPFRCC的抗压强度。然而,由于钢纤维的增加,钢纤维的分布是均匀的,和里面的标本不成为密集,导致抗压强度的增长速度HPFRCC慢下来。因此,在0 - 200公斤/米的范围3,随着钢纤维含量的增加,抗压强度没有增加线性。

3.4。楔形分割测试的结果

首先,水泥砂浆的load-CMOD曲线和HPFRCC楔分割测试获得的标本进行了比较。在图10,不同的颜色代表了测试数据来自三个不同的样本具有相同内容的钢纤维。从图10,相比之下,HPFRCC没有钢纤维水泥砂浆试样的峰值负载是相似的,但HPFRCC的裂纹张开位移明显大于普通水泥砂浆,所以HPFRCC的断裂能量明显高于普通水泥砂浆。然而,在测试中,可以看出,当普通水泥砂浆的负载达到峰值,小裂缝出现在主裂缝的方向,然后裂纹逐渐扩展到一定长度的楔形板,和标本突然裂缝劈成两半。当HPFRCC试样没有添加钢纤维到达峰值负载时,试样突然显示了主裂纹脆性断裂以及没有任何迹象,表明HPFRCC比普通水泥砂浆脆性,这主要是由于其纯细骨料。

(一)”name=
(一)
(b)”name=
(b)
图10
Load-CMOD曲线没有钢纤维水泥砂浆和HPFRCC。

的断裂性质HPFRCC不同钢纤维进一步研究的内容。楔形分割测试的测试结果如图所示11(钢纤维含量50公斤/米3不能记录由于试验机和运营商)。从图可以看出(11日),所有标本的压力可分为三个阶段:裂纹萌生阶段,裂纹扩展阶段,失败和不稳定阶段。从load-CMOD曲线,可以看出,曲线通过峰值点后,在缓坡近似线性下降,这是非常不同于普通砂浆试样的曲线。这主要是由于钢纤维的均匀和无序分布在标本后与钢纤维混合在一起,这样样品不完全沿着方向发展的主要裂缝保留到达后的试样开裂荷载,但与此同时,有横向裂缝,还可以获得相应的故障样本(图的图像11 (b))。从相应的故障图片,很明显,随着钢纤维含量的增加,裂纹张开位移逐渐增加。主要原因是钢纤维裂纹扩展的能量消耗过程中慢慢退出,使其断裂阻力显著提高。

(一)”name=
(一)
(b)”name=
(b)
图11
(一)HPFRCC load-CMOD曲线与100公斤/米3到200公斤/米3钢纤维在楔分裂测试。(b)开裂的标本与钢纤维的不同内容。

从图11 (b),可以看出有很多横向裂缝在样例由于钢纤维的存在。这主要是由于钢纤维的不均匀分布的样本。在某种程度上,它表明,楔形的分割测试不适合HPFRCC材料的断裂性能的实验研究。

楔入分割测试,水泥砂浆试样的最大分离力和HPFRCC标本了,如图12。


图12
最大的分裂力量不同的标本。

它不应该被忽略,与水泥砂浆试样相比,与钢纤维的最大HPFRCC分裂力量明显增加。随着钢纤维含量的增加,最大分裂力显著增加,主要是由于钢纤维的良好的抗拉强度和良好的机械咬力的矩阵。在试样的失败,钢纤维对其拉伸性能更好,从而增加的最大分裂力量HPFRCC标本。

3.5。三点弯曲试验的结果

利用三点弯曲试验研究HPFRCC标本的断裂性能与不同钢纤维含量,测试结果如图13。图中的数据的平均是三个不同的样品的测试结果与钢纤维含量相同。

(一)”name=
(一)
(b)”name=
(b)
图13
HPFRCC的载荷挠度曲线与不同量的钢纤维在0和200公斤/米之间3通过三点弯曲试验。

从图可以看出,与HPFRCC没有钢纤维相比,HPFRCC的承载力与钢纤维显著增强,这主要是由于钢纤维的加入,这就增加了试样的韧性和抗裂性能。与试样的载荷变形曲线与钢纤维含量50 - 200公斤/米3获得,随着钢纤维的数量增加,富勒的载荷变形曲线,峰值负荷,变形也逐渐增加,和曲线下的面积逐渐增加,即。,断裂的能量增加。主要原因是,随着钢纤维含量的增加,单位面积上的纤维数量的增加,增加了纤维之间的结合力和矩阵的积极能力,提高标本。同时,裂纹扩展的能量被消耗的过程中慢画,这大大提高了钢纤维的断裂阻力。

断裂能量的计算公式、特征长度和延性指数公式所示(1)- (3)[65年- - - - - -67年]。此外,每个混合比的性能指标在三点弯曲试验如表所示6。 在哪里 是load-CMOD下的面积(或偏转)曲线破裂的标本(N·毫米), 代表无谓的标本,δ0最大挠度,一个闲逛破碎的韧带的表面积(毫米吗2),E弹性模量,ft材料的抗拉强度,P马克斯最大负载。
类型 δ0(毫米) E(GPa) P马克斯(kN) Gf(J /米2) lch(m) Du(m−1)
SF0 0.3 42.41 0.642 92.11 0.049 0.143
SF50 17.85 43.16 1.031 10480年 4.969 10.164
SF100 19.68 49.56 1.652 16034年 8.257 9.705
SF150 21.83 40.64 2.303 19972年 5.156 8.672
SF200 25.19 37.76 3.191 31744年 7.550 9.942
请注意。δ 0:偏转;E:弹性模量;P 马克斯:最大负载;G f:断裂能量;l ch:特征长度;D u:延性指数。
表6
制作HPFRCC的性能指标。

从图可以看出14最大负载,断裂能量,特征长度,延性指数HPFRCC切口梁添加钢纤维后显著增加。没有钢纤维相比,最大载荷、断裂能量,特征长度,和延性指数增加1 - 5倍,100 - 320次,100 - 190次,分别和60 - 70倍。可以看出,加强与钢纤维增韧的效果非常明显。从测试结果也可以看出,这两个指标的特征长度和延性指标没有一个统一的趋势与钢纤维含量的增加,而且当钢纤维含量最高达到100公斤/米3和50公斤/米3,分别。然而,延性指标有一个小改变添加不同量的钢纤维之后,这表明不同HPFRCC抗变形的钢纤维含量为50公斤/ m3和200公斤/米3并不重要,当HPFRCC用于特殊用途,材料成本可以大大降低。

(一)”name=
(一)
(b)”name=
(b)
图14
断裂性能指标和钢纤维含量之间的关系。

从图可以看出14挠度之间有明显的线性关系,最大负载,断裂能和钢纤维含量。来验证这种说法,一个线性回归进行每个断裂之间的关系指数和钢纤维的数量如表所示7,发现他们遵守规则表所示7。
指数 回归方程 R2
x=钢纤维 y=P马克斯 y= 0.01274x+ 0.4898 0.97489
y=Gf y= 145.59156x+ 1105.266 0.95927
y=δ0 y= 0.1075x+ 6.218 0.76622
y=E y=−0.02364x+ 45.07 0.18383
y=lch y= 0.04538x+ 2.1732 0.55651
y=Du y= 0.03621x+ 4.104 0.44805
表7
断裂性能指标之间的线性回归和HPFRCC钢纤维含量。

从表中的公式,可以看出最大负载,断裂能和偏转线性和钢纤维的数量正相关。断裂能量,这表明最大负载和挠度增加钢纤维含量的增加,这证明在HPFRCC钢纤维的加入可以改善自己的断裂能量承载能力和变形能力。主要原因是大量的裂纹扩展能量过程中可以使用钢纤维拔出,及其纤维桥接能力可以有效地抑制裂缝的发展,充分发挥自己的拉伸性能。

3.6。干燥收缩

数据15和16的减肥和收缩HPFRCC不同钢纤维含量50% RH和20°C条件下通过干燥收缩试验。

(一)”name=
(一)
(b)”name=
(b)
图15
减肥的HPFRCC不同钢纤维含量低于50% RH和20°C。
(一)”name=
(一)
(b)”name=
(b)
图16
收缩的HPFRCC不同钢纤维含量低于50% RH和20°C。

从图可以看出15每个的重量损失率配合比标本在前14天迅速增加在干燥环境下,和第一个14天是减肥最重要的时期。14天之后,减肥的标本缓慢上升的小幅上升。把试样没有钢纤维作为一个例子,当干燥年龄是1 d, 3 d, 7 d,和14 d,试样的重量损失率为47%,63%,74%,和84%的90 d失水率,分别。这主要是因为水泥基质扩散的水从内到外,和水消失在早期阶段主要是标本的表面附近的水。这一部分的水容易失去,失去速率快,而迷失在后期是水里面,甚至在试样的中心,这是很难传播,和损失率是缓慢的。

它还可以看到从图15之后,添加钢纤维、失水率的试样在每个年龄小于干燥,没有钢纤维。90 d减肥的钢纤维混合标本50公斤/ m3,100公斤/米3,150公斤/米3,200公斤/米384%、74%、68%和73%的水损失率的标本没有钢纤维。这主要是由于钢纤维的加入HPFRCC,相当于取代同样体积的矩阵与钢纤维在测试样品材料。

从图可以看出16标本的收缩变形和不同混合比例迅速增加第一干燥环境下14天,14天,第一个是最重要的一段收缩变形。14天后,标本的收缩变形小增加缓慢上升。这主要是因为水泥矩阵的干燥收缩主要是由于水的损失。水的损失越大,干燥收缩变形。标本的收缩变形,而钢纤维为41%,59%,76%,和85%的90天的收缩变形,分别干燥时代1 d时,3 d, 7 d, 14 d。收缩变形比例接近水的赔付率。它还可以看到从图16HPFRCC标本的收缩变形值与钢纤维没有钢纤维比这小得多。同时,HPFRCC标本的收缩变形曲线的斜率与钢纤维显著低于钢标本没有钢纤维后28天。这表明限制收缩和变形钢纤维掺入后是非常有效的。

4所示。结论

在这篇文章中,高性能混凝土具有高强度和良好的工作性能是由青岛当地材料。在此基础上,在单轴拉伸的一系列研究,骨折,HPFRCC的干燥收缩特性,可以得出以下结论:(1)水泥基高强度矩阵是脆弱的,但断裂能量可以大大增加了钢纤维的加入。复合材料变得更加韧性,载重能力增加。(2)它可以看到从钢纤维含量之间的关系和断裂性能指标,随着钢纤维含量的增加,大多数断裂性能指标(断裂能量Gf、不变形δ0、最大负载P马克斯、延性指数Du,特征长度lch)增加。断裂能量增加最多,这表明的延性和承载力HPFRCC可以通过增加钢纤维含量显著提高。(3)楔入分割测试表明HPFRCC没有钢的脆性纤维远远大于普通水泥砂浆。钢纤维添加到标本后,试样的应力分布均匀和无序,所以破解不完全发展的方向主要裂纹保留样品到达后的试样开裂荷载,但与此同时,出现横向裂缝,和理想的性能参数。这表明楔入分割测试不适合HPFRCC的断裂性能的研究。(4)添加钢纤维之后,HPFRCC的增强和增韧效果非常明显。最大负载、断裂能量特征长度,切口梁的延性指数都显著增加。它们之间的断裂能量和最大负载与钢纤维含量几乎线性增加。(5)水损失和收缩变形HPFRCC迅速增加的14天在干燥环境中,第一个收缩的14天是最重要的时期。14天之后,减肥和收缩变形HPFRCC增加缓慢增加。但是,钢纤维的加入降低了水分扩散,因此HPFRCC的干燥收缩。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

维娜郭负责概念化、方法论和原创作品准备草案;彭张负责检查,writing-review-and编辑、监理和项目管理。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金资助数量51922052,51778309,和U1706222;山东省自然科学基金,格兰特ZR2018JL018数量;国家重点实验室开放研究基金项目的Hydroscience和工程,格兰特sklhse - 2019 c - 04。

引用

  1. s p·沙阿和c欧阳,“纤维增强水泥基复合材料的力学行为,”美国陶瓷协会杂志》上,卷74,不。11日,第2953 - 2727页,1991年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  2. a . Nanni和j·阿齐兹碾压混凝土路面钢筋与钢纤维”,具体的国际,11卷,不。3、64 - 69年,1989页。视图:谷歌学术搜索
  3. v . s . Gopalaratnam, s·沙阿b·戈登et al .,“纤维增强混凝土的断裂韧度,”ACI材料杂志,卷88,不。4、339 - 353年,1991页。视图:谷歌学术搜索
  4. d . Soulioti n·m·Barkoula a . Paipetis t . e . Matikas t . Shiotani和d . g . Aggelis”声发射行为下钢纤维混凝土的弯曲,”建筑和建筑材料,23卷,不。12日,第3536 - 3532页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  5. j . Matikas a·沙玛,k . Grauf“混凝土与钢筋的力学性能和聚丙烯纤维在升高的温度下,“纤维,7卷,不。2、2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  6. n . t . Tran t . k . Tran全度妍j·k·j·k·公园,和d·j·金,“断裂能量的超高性能纤维增强混凝土在高应变率,”水泥和混凝土的研究卷,79年,第184 - 169页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  7. l . Tran s r·费雷拉诉Krelani et al .,“天然纤维对高性能纤维的自愈能力reiforced胶结复合材料,”《2014年国际会议上加工硬化水泥基复合材料SHCC 2014:加工硬化水泥基复合材料2014年,荷兰多德雷赫特。视图:谷歌学术搜索
  8. c . Zanuy美国冈萨洛,d . Ulzurrun”影响性能的低纤维内容HPFRCC:从材料结构行为,”《2017年国际会议上加工硬化水泥基复合材料SHCC 2017:加工硬化水泥基复合材料2017年9月,德国德累斯顿。视图:谷歌学术搜索
  9. k . h .黄平君和n . v .星期二”比较弯曲和拉伸行为的超高性能纤维与不同的钢纤维钢筋混凝土,”《2017年国际会议上加工硬化水泥基复合材料SHCC 2017:加工硬化水泥基复合材料2017年9月,德国德累斯顿。视图:谷歌学术搜索
  10. 美国金、h·荣格和c .公园,“钢纤维体积分数和宽高比的影响类型的机械性能SIFCON-based HPFRCC,”结构工程与力学,卷65,不。2、163 - 171年,2018页。视图:谷歌学术搜索
  11. m·托斯b .波哥,沙玛,“锚固钢纤维钢筋具体概念,实验证据和设计建议水泥锥和混凝土边缘突破失败模式,”工程结构卷。181年,60 - 75、2019页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  12. t .时代,t . Kanakubo, a . Ogawa”研究的影响力学性能的纤维取向HPFRCC,”学报的第14届世界地震工程会议上2008年10月,北京,中国。视图:谷歌学术搜索
  13. c到:Banthia, g . Plizzari“concrete-HPFRCC接口的裂纹扩展阻力,”《2011年国际会议上加工硬化水泥基复合材料SHCC 2011:加工硬化水泥基复合材料里约热内卢,巴西,2011年12月。视图:谷歌学术搜索
  14. m·h·Aliabadi问:李,李l . et al .,“强度响应和高性能混合纤维增强水泥复合材料的断裂过程,”主要工程材料卷,324年,第718 - 715页,2006年。视图:谷歌学术搜索
  15. l·s·弗兰德斯和e·n·兰迪斯”实验测量能量耗散的超高性能纤维增强混凝土在不同加载条件下,”《2014年国际会议上加工硬化水泥基复合材料SHCC 2014:加工硬化水泥基复合材料2014年11月,荷兰多德雷赫特。视图:谷歌学术搜索
  16. b . Jang-Bae W.-S。李,大肠全et al .,“HPFRCC力学性能的试验研究与PVA纤维,纤维体积分数”学报2006年韩国混凝土协会会议,页653 - 656年,汉城,韩国,2006年。视图:谷歌学术搜索
  17. D.-Y。柳,G.-J s . Kim。公园和j j。公园,“剩余的性能HPFRCC暴露fire-effects矩阵强度、合成纤维、和火灾持续时间、”建筑和建筑材料卷,241 - 2020页。视图:谷歌学术搜索
  18. 曹y, y, p . Zhang et al .,“水吸收和氯离子扩散系数的耦合效应下的混凝土单轴压缩荷载和冻融周期,”建筑和建筑材料卷,209年,第576 - 566页,2019年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  19. x, x Cai, p . Wu”制造高性能纤维增强胶结复合的有效性(HPFRCC)使用高容量钢渣粉”Proceeedings 2017年国际会议上的加工硬化水泥基复合材料SHCC 2017:加工硬化水泥基复合材料2017年9月,德国德累斯顿。视图:谷歌学术搜索
  20. D.-Y。柳,j j。公园,S.-W。金,“纤维撤军HPFRCC的行为:矩阵的影响强度和纤维类型,“复合结构卷,174年,第276 - 263页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  21. j .包s, p . Zhang et al .,”公司的影响再生粗骨料吸水率和氯离子渗透混凝土,“建筑和建筑材料文章ID 117845卷,239年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  22. k·g·库德和s . p .沙”处理的高性能纤维增强水泥基复合材料,建筑和建筑材料,24卷,不。2、181 - 186年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  23. m . Fakharifar a . Dalvand m . Arezoumandi m . k . Sharbatdar g . Chen和a . Kheyroddin“高性能纤维增强胶结复合材料的力学性能,”建筑和建筑材料卷,71年,第520 - 510页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  24. m . Sharbatdar和t . Miyashita高性能纤维增强水泥复合材料的拉伸应力-应变关系,”学报的第14届世界地震工程会议上2008年,北京,中国。视图:谷歌学术搜索
  25. Gwon和m . Shin”,直接拉伸和弯曲强度和韧性高强度纤维增强水泥复合材料的不同的钢纤维,”亚洲混凝土协会杂志》上,卷2,不。1,第80 - 67页,2016。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  26. d·库马尔和m . Daugevičius HPFRCC抗压强度的影响和约束混凝土,“工程结构和技术,11卷,不。2、可页55 - 2019。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  27. r . Nilforoush m·尼尔森和l . Elfgren”实验评价单场铸螺栓的拉伸行为的平原和正常和高强度混凝土,钢纤维增强”工程结构卷,147年,第206 - 195页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  28. j·w·鲍,s . b .雪张平,z,和y . f .崔”耦合的影响持续压缩加载和水渗透到混凝土冻融循环,”结构混凝土,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  29. 张平,d . Li y乔et al .,“夹杂空气量对力学性能的影响,氯离子迁移,和普通混凝土和粉煤灰混凝土的微观结构,”土木工程材料》杂志上卷,30 - 2018页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  30. h . Yazici h . Yigiter a s Karabulut et al .,“利用粉煤灰和地面粒状高炉矿渣作为替代硅源在活性粉末混凝土,“燃料,卷87,不。12日,第2407 - 2041页,2018年。视图:谷歌学术搜索
  31. h . Yazıcım . y . Yardımcıs艾登et al .,“包含矿物掺合料活性粉末混凝土的力学性能在不同养护制度下,“建筑和建筑材料,23卷,不。3、1223 - 1231年,2009页。视图:谷歌学术搜索
  32. j . Dugat n面粉糊,g·伯尼尔,“活性粉末混凝土的力学性能,材料和结构卷,29号4、233 - 240年,1996页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  33. s . l .杨s g·米勒德·m . n . Soutsos s . j . Barnett t·t·勒,“聚合和养护制度对超高性能纤维增强混凝土的力学性能(UHPFRC)”建筑和建筑材料,23卷,不。6,2291 - 2298年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  34. k·巴内特,t·穆勒和y Ribakov,“钢纤维对高强混凝土的力学性能的影响,“材料与设计(1980 - 2015)没有,卷。31日。5,2604 - 2615年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  35. 美国雪,张平,j .包l .他y,和杨,“水星入侵porosimetry和多尺度的比较x射线CT在热处理水泥砂浆的微观结构特征,“材料的表征文章ID 110085卷,160年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  36. 张平,f·h·维·m·沃格尔h·s·穆勒和t .赵“冻融循环对毛细吸收和氯的影响渗透到混凝土,“水泥和混凝土的研究卷。100年,60 - 67、2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  37. z凯悦,y俏,张平,j .包和y .田,“实验和数值研究氯运输水泥砂浆在干燥过程中,“建筑和建筑材料,2020年文章ID 119655。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  38. c . z . Wu Shi, w .他和d . Wang“超高性能混凝土的静态和动态压缩性能(UHPC)混合钢纤维增援,”水泥和混凝土复合材料卷,79年,第157 - 148页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  39. 问:方舟子,任通用汽车,h . Wu和j . z刘”的影响钢纤维含量和类型UHPCC静态力学性能,”建筑和建筑材料卷,163年,第839 - 826页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  40. d . c .史z Wu王et al .,“回顾超高性能混凝土:原材料和混合设计,“建筑和建筑材料卷。101年,1-13,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  41. h·凯特琳、大肠Denarie和e . Bruhwiler”试验研究复合超高性能纤维增强混凝土和普通混凝土的成员,“ACI结构杂志卷,104年,第101 - 93页,2007年。视图:谷歌学术搜索
  42. m . Daugevičius和j . Valivonis”与HPFRCC加强混凝土和钢筋混凝土元素”,KSCE土木工程杂志》上22卷,第2969 - 2961页,2018年。视图:谷歌学术搜索
  43. 吴c . z . Wu Shi, z, d . Wang“超高性能混凝土的单轴压缩行为混合钢纤维,”土木工程材料》杂志上,17卷,1 - 7,2016页。视图:谷歌学术搜索
  44. s Kwon t . Nishiwaki t Kikuta et al .,“发展超高性能混合finer-reinforced水泥的复合材料(附录),“ACI材料杂志,卷111,不。3、309 - 318年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  45. k .小林y浅野,k . Rokugo”应用HPFRCC作为钢筋混凝土修补修复材料暴露于氯成员攻击,”《2011年国际会议上加工硬化水泥基复合材料SHCC 2011:加工硬化水泥基复合材料里约热内卢,巴西,2011年12月。视图:谷歌学术搜索
  46. 问:歌曲、赵h . j .贾et al .,“都市固体废物热解与铁基添加剂:一项研究动态,产品分布和催化机制,“《清洁生产文章ID 120682卷,258年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  47. a . Hemmati a . Kheyroddin m . Sharbatdar y公园,和a . Abolmaali“高性能纤维增强胶结复合的韧性行为(HPFRCC)框架,“建筑和建筑材料卷,115年,第689 - 681页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  48. w . l . Sharbatdar美国太阳,j . Wang,美国歌曲,和z方”的实验研究盾构隧道突水的前兆信息由于邻近的洞穴,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上文章ID 104320卷,130年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  49. m·施密特和大肠费林“超高性能混凝土的研究发展和应用在欧洲,”学报》第七届国际研讨会上利用高强度高性能混凝土美国,华盛顿特区,2005年6月。视图:谷歌学术搜索
  50. m .唤醒乔恩·l·比灵顿莎拉,“高性能纤维增强胶结复合材料的蠕变和收缩。”ACI材料杂志,卷104,不。2、129 - 136年,2007页。视图:谷歌学术搜索
  51. n . t . Tran t . k . Tran d·j·金,“高速度响应的超高性能纤维增强混凝土直接张力下,“水泥和混凝土的研究卷,69年,第87 - 72页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  52. 朱j·金、郭x和y,“重复的超高性能混凝土的渗透”《2014年国际会议上加工硬化水泥基复合材料SHCC 2014:加工硬化水泥基复合材料2014年11月,荷兰多德雷赫特。视图:谷歌学术搜索
  53. j .张和赵y“超高性能混凝土的力学性能和微观结构包含各种辅助胶结材料,”期刊可持续水泥基材料》第六卷,没有。4、254 - 266年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  54. c, d . Wang, z, j .肖黄z z方,“回顾超高性能混凝土:第二部分。水合作用,微观结构和属性”,建筑和建筑材料卷,96年,第377 - 368页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  55. k黄h扁、w . Prince-Agbodjan和b . Raghavan”效应的不同类型的纤维组织和超高性能纤维增强混凝土的力学行为,”复合材料B部分:工程卷,86年,第220 - 214页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  56. r . Sovjak、p .吗咖能够和t . Imlauf”纤维长宽比和纤维体积分数的影响有效的终极高性能纤维增强混凝土的断裂能,”Acta Polytechnica卷,56号4、319 - 327年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  57. D.-L。阮,m . N.-T。Lam D.-J。金,j .歌曲“steel-fber-reinforced混凝土的直接拉伸感知和断裂能量,”复合材料B部分:工程文章ID 107714卷,183年,2020年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  58. Tran”测定砂浆和混凝土的断裂能量通过三点弯曲切口梁上测试,”材料和结构18卷,第290 - 285页,1985年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  59. 国家发展和改革委员会中华人民共和国,规范对水工混凝土断裂试验:DL / T 5332 - 2005中国,中国电力出版社,北京,2005。
  60. h .横田、k . Rokugo和n .坂田JSCE建议高性能纤维增强水泥复合材料的设计、施工与多个细裂缝(HPFRCC)JSCE,东京,日本,1996年。
  61. j . k . Yu l . Li, y, j .你们问:许,“直接工程胶结复合材料的拉伸性能:复习一下,”建筑和建筑材料卷,165年,第362 - 346页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  62. 中国国家标准,方法测试Cements-Determination强度、GB / T 17671 - 2005,中国国家标准,北京,中国,2005。
  63. e . Wang和f·h·维“楔分割测试,执行稳定的断裂力学测试的新方法,”工程断裂力学,35卷,不。1 - 3、117 - 125年,1990页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  64. Ł。Skarżyński和j . Tejchman”计算细观的断裂过程区切口混凝土梁三点弯曲,”欧洲力学杂志/固体卷,29号4、746 - 760年,2010页。视图:谷歌学术搜索
  65. RILEM-Draft-Recommendation (50-FCM),“测定砂浆和混凝土的结构能量通过切口梁的三点弯曲试验,”材料和结构18卷,第290 - 285页,1985年。视图:谷歌学术搜索
  66. 答:Hillerborg,”系列三个比较测试结果来确定混凝土的断裂能,”材料和结构,18卷,不。107年,1985年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
  67. 答:Hillerborg,”方法的理论基础来确定混凝土的断裂能量的女朋友,”材料和结构,18卷,不。4、291 - 296年,1985页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权©2020维娜郭et al。这是一个开放的访问分布在条知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。

更多相关文章

PDF 下载引用 引用
下载其他格式更多的
ePub
XML
订单打印副本订单
的观点154年
下载256年
引用

相关文章