钢纤维-橡胶/混凝土抗剪性能试验

抗剪强度和剪切韧性是反映构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标。为研究钢纤维(SF)-橡胶/混凝土的剪切性能,设计了14组SF-橡胶/混凝土试件,通过双面剪切试验,研究了SF体积分数掺量、橡胶掺量和水胶比对SF-橡胶/混凝土试件的抗剪性能及剪切破坏形态的影响。研究表明:SF的桥联作用及其与橡胶颗粒的协同作用可显著改善混凝土的抗剪性能。SF对SF-橡胶/混凝土试件的抗剪性能起主导作用,SF-橡胶/混凝土试件的抗剪强度、峰值变形及剪切韧性相比普通混凝土及橡胶/混凝土试件均显著提高,且增幅随SF掺量的增加而增大,剪切破坏呈现出明显的延性特征。当SF体积分数为1.5vol%时,橡胶掺量(等体积取代砂取代率)为10%的SF-橡胶/混凝土试件的抗剪强度、峰值变形相比橡胶/混凝土分别提高了78%、63%。橡胶对SF-橡胶/混凝土试件的抗剪性能也起到辅助作用,SF-橡胶/混凝土试件的剪切韧性及延性相比SF/混凝土试件进一步增加。采用水胶比优化设计后,随着橡胶掺量的增加,SF-橡胶/混凝土的抗剪强度、峰值变形及峰值前剪切韧性可基本保持不变,而峰值后韧性指标进一步增加,增幅可高达96%。根据试验结果,考虑橡胶及SF掺量的影响提出了SF-橡胶/混凝土的抗剪强度计算式。      

UHPC三轴受压力学性能研究

为了研究三轴受压下UHPC的受力性能,以围压大小和钢纤维掺量为试验参数,进行20组UHPC试件常规三轴试验,分析UHPC的破坏形态、应力-应变曲线、峰值应力和应变等力学性能。结果表明：围压和钢纤维掺量均为零的试件破坏时呈劈裂破坏,其他试件则呈剪切破坏;围压和钢纤维掺量对应力-应变曲线弹性模量和弹性段曲线形状影响较小;随着围压增大,峰值应力和应变呈不断增大趋势;随着钢纤维掺量增大,峰值应力和轴向峰值应变呈先增大后不变和先增大后减小趋势,环向峰值应变则呈增大趋势。通过对UHPC八面体正应力-体积应变和剪应力-剪应变关系进行分析,基于Drucker-Prager二参数准则,建立了UHPC八面体破坏准则计算方法。     

纤维增韧轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

为探究纤维增韧后轻骨料混凝土应力-应变全曲线,完成了不同混凝土强度等级、纤维种类及掺量下的9组棱柱体单轴受压试验,分析了破坏过程和破坏特征,系统研究了各因素对峰值应力、峰值应变和弹性模量的影响,并结合已有研究给出了各曲线特征点计算模型,考虑纤维轻骨料混凝土自身特征,建立了分段式纤维轻骨料混凝土应力-应变全曲线模型。研究表明:轻骨料混凝土破坏特征与普通混凝土显著不同,掺入纤维有效抑制了其内部微裂缝的开展,起到阻裂、增韧的效果,且随混凝土强度等级、纤维种类及掺量变化差异明显;纤维增韧后试件的应力-应变曲线下降段坡度趋于平缓,脆性得到有效改善;建议的应力-应变全曲线模型与试验结果吻合良好,能够准确描述纤维增韧轻骨料混凝土在单轴受压作用下的受力变形特征。     

喷射混凝土抗冻性及冻融损伤力学行为实验研究

为系统研究喷射混凝土抗冻性能,采用快冻法,对普通喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土进行快速冻融实验,并与同配合比模筑混凝土进行对比,研究模筑混凝土与喷射混凝土抗冻性能差异;而后对冻融循环后试件进行微观结构观察,分析其性能劣化机理。结果表明,随着冻融循环次数增加,试件相对动弹性模量、质量损失率、立方体抗压强度及劈裂抗拉强度呈下降趋势,且模筑混凝土性能衰减程度远大于喷射混凝土。而此时试件内部微气孔相互连通继而发展成为微裂缝,凝胶体在冻胀压力及过冷水渗透压作用下结构酥松且部分流失,进一步加剧试件性能劣化速度;钢纤维的加入可显著改善喷射混凝土内部微观孔结构,提高其抗冻性能。同时,对冻融循环50,100,150及200次后试件进行轴心抗压强度实验,分析冻融损伤对试件应力-应变曲线的影响。随着冻融损伤的加剧,试件弹性模量及峰值应力减小,峰值应变和极限应变增大,应力-应变曲线趋于扁平。经相同冻融循环次数作用时,钢纤维喷射混凝土峰值应变和极限应变增大,说明钢纤维的掺入可显著提高喷射混凝土延性及韧性。     

超低温环境下箍筋约束混凝土轴心受压性能试验研究

为研究超低温环境下箍筋约束混凝土轴心受压性能,对超低温环境下钢筋混凝土结构,尤其是轴心受压构件的分析和设计工作提供试验依据和数据支持,通过3组体积配箍率不同的钢筋混凝土试件的轴心受压试验,研究混凝土应力-应变曲线、荷载-位移曲线随温度的变化趋势。对温度参数无量纲化处理后,进一步研究配箍特征值对混凝土强度、峰值应变、延性的影响规律,并进行应力-应变曲线拟合。结果表明:温度降低,箍筋约束混凝土的峰值应力、弹性模量提高,峰值应变减小,脆性增大;配箍特征值增大,混凝土强度、峰值应变、延性均增大,弹性模量变化不大;试验所得应力-应变曲线与理论曲线吻合较好。     

不同MgO掺量混凝土动态损伤特性的研究

对不同MgO掺量(0％、2％、4％、6％、9％、12％)的混凝土进行了应变速率(10-5s-1、10-4 s-1、10-3 s-1和10-2 s-1)下的单轴抗压试验研究,分析了不同MgO掺量混凝土的基本力学参数变化规律.结果表明:(1)相同应变速率下,随着MgO掺量的升高,混凝土的峰值应力和峰值应变整体上表现出升高的趋势,并且得到混凝土的峰值应力和峰值应变随MgO掺量变化的关系式;(2)相同MgO掺量下,混凝土单轴受压下的峰值应变随应变速率的变化离散性较大;(3)混凝土弹性模量随MgO掺量和应变速率的变化波动性较大;(4)基于Weibull统计理论分布的损伤本构模型,描述了不同MgO掺量的混凝土损伤破坏过程,混凝土材料的损伤发展主要有3个阶段:损伤起始阶段、损伤发展阶段和损伤破坏失稳阶段.     

结构用橡胶集料混凝土受压全曲线试验及其本构模型

针对结构用橡胶集料混凝土（CRC）应保证与普通混凝土等强,而此类CRC单轴受压全曲线试验研究有限,尚无较成熟单轴受压本构模型的情况,分别进行了3组粒径为1~2 mm、掺量为0~100 kgm^-3的CRC立方体试块单轴受压试验及棱柱体试块受压应力-应变全曲线试验。结果表明：通过综合采用NaOH碱溶液处理橡胶颗粒及配合比优化设计的方法,可以精确控制CRC与普通混凝土等强,且峰值应变及极限应变明显增加,试块破坏过程温和缓慢,破坏时完整性较好。同时,现有的普通CRC单轴受压本构模型不适用于此类结构用CRC,而普通混凝土单轴受压Carreira-Chu本构模型虽与试验曲线吻合尚可,但其对CRC的适用条件有待考证。最后,通过曲线拟合试验数据,得到以过镇海模型为基础的结构用CRC本构模型参数的建议取值,以用于此类结构构件的分析与设计。     

玻璃纤维珊瑚海水混凝土三轴受压力学性能试验

为研究玻璃纤维珊瑚海水混凝土的三轴受压力学性能,以围压值和纤维掺量为变化参数,对36个圆柱体试件进行常规三轴试验。试验观察了试件的破坏形态,获取了其应力-应变全过程曲线;基于试验数据深入分析了变化参数对其各项力学性能的影响规律。结果表明：随着围压值的增大,破坏形态由竖向劈裂转为斜向剪切和挤压流动破坏,应力-应变曲线峰值增大、峰点后曲线平缓,其初始弹性模量、峰值应变、峰值应力、能量耗散均增大,而延性系数先增后降,当围压值为6 MPa时,延性系数分别为其单轴受压状态下的3.64倍、3.32倍、2.86倍;随着纤维掺量的增大,其初始弹性模量、延性系数、峰值应力、能量耗散均先增后降,而峰值应变先降后增,当玻璃纤维掺量为4 kg·m^-3时,其平均弹性模量达到5.83 GPa,相比其他两种掺量,其平均延性系数分别增长了3.0%、16.7%,平均峰值应力增长了9.6%;侧向围压与外掺玻璃纤维均可降低损伤发展的速率和程度。     

碳纤维混凝土应力-应变曲线试验研究

为了进一步研究碳纤维混凝土的应力-应变曲线,在已有试验的基础上,该文对碳纤维混凝土应力-应变曲线采用分段式。通过9组不同碳纤维掺量的混凝土试件轴心压缩试验,建立不同掺量应力-应变曲线的数学表达式,确定相应的计算参数与碳纤维体积率的关系式。试验结果表明:曲线系数随着碳纤维掺量的增加而增加。根据试验研究与理论分析,建立了峰值应变与抗压强度、碳纤维掺量的计算式,将峰值应变的计算值与试验值进行了对比分析,其吻合度较好。     

聚丙烯-钢纤维/混凝土柱大偏心受压承载力计算

对270个聚丙烯纤维掺量(体积分数)分别为0vol%、0.1vol%、0.2vol%、0.3vol%、0.4vol%、0.5vol%、钢纤维掺量(体积分数)分别为0vol%、0.5vol%、1vol%、1.5vol%、2vol%的聚丙烯-钢纤维/混凝土试块进行立方体抗压试验、轴心抗压试验和劈裂抗拉试验,基于复合材料力学理论,考虑纤维的取向系数、长度有效系数和界面黏结系数,对其建立强度预测模型并进行机制分析,同时选取掺量分别为0vol%、0.1vol%、0.3vol%的聚丙烯纤维、掺量分别为0vol%、1.5vol%的钢纤维制作6根聚丙烯-钢纤维/混凝土柱,对其进行大偏心受压试验,在强度预测模型的基础上进行承载力计算,提出聚丙烯-钢纤维/混凝土承载力计算方法。结果表明:钢纤维对聚丙烯-钢纤维/混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度均有提高;聚丙烯纤维可提高聚丙烯-钢纤维/混凝土的劈裂抗拉强度,但不能提高聚丙烯-钢纤维/混凝土的抗压强度;聚丙烯-钢混杂纤维加入混凝土柱可有效提高其极限承载力。      

乳化沥青橡胶混凝土的力学性能

对用乳化沥青(Emulsified asphalt,EA)改善橡胶混凝土(Crumb rubber concrete,CRC)的力学性能进行了研究。通过抗压、抗折、劈裂抗拉和三点弯曲试验,研究了5%、10%和15% 3种橡胶掺量(等体积取代细骨料)下,EA理论计算成膜覆盖橡胶颗粒表面4层、6层和8层膜对应不同EA掺量对CRC力学性能的影响。试验结果发现,对比未预处理CRC和NaOH预处理CRC两个对照组:掺入不同掺量EA后,不同橡胶掺量的CRC的抗压强度和劈裂抗拉强度均有较大提高,CRC的峰值位移显著增大,弯曲弹性模量E_b明显降低;乳化沥青与橡胶质量比为0.15(6层EA膜)时,3种橡胶掺量下CRC较未预处理组相比抗压强度平均提高3.5%,峰值位移提高27.6%,E_b降低21.8%,乳化沥青橡胶混凝土具有较突出的力学性能复合效应。      

钢纤维橡胶再生混凝土的抗冻性试验

为使废弃混凝土和再生橡胶在北方地区混凝土工程中得以应用,采用正交试验法研究再生粗骨料掺量、再生粗骨料强化方式、钢纤维掺量与橡胶掺量对钢纤维橡胶再生混凝土(C45)立方体抗压强度和抗冻性的影响规律。利用扫描电镜和螺旋CT扫描技术研究了钢纤维橡胶再生混凝土的宏观和细观结构及其对抗冻性能的影响机理。结果表明:橡胶颗粒掺量是影响再生混凝土含气量、抗压强度和相对动弹模量的重要因素,再生粗骨料掺量是影响相对动弹模量和强度损失率的次要因素,钢纤维掺量对混凝土抗压强度增强作用较小,粗骨料强化方式对混凝土性能影响不大;橡胶颗粒与砂浆界面的裂缝宽度在5~55μm之间,二者之间的相容性较差;当橡胶颗粒掺量(与砂的体积比)大于20%后,随橡胶颗粒掺量增大,混凝土内部孔洞数目增多,钢纤维橡胶再生混凝土抗压强度降低、抗冻性减弱。     

混凝土柱单轴动态抗压特性的应变率效应研究

混凝土材料是典型的率敏感材料,不同动态应变率下混凝土柱的抗压性能有明显的变化。本文通过混凝土柱的轴心动态抗压试验,在10-5/s10-2/s应变率范围内研究了混凝土材料本构关系的应变率效应,系统研究了应变率效应对混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变、吸能能力以及破坏机理的影响,并讨论了试验机刚度、惯性效应对试验结果的影响。试验结果表明：随着应变率的增加,混凝土材料的抗压强度也随之增加,当应变率为10-4/s、10-3/s、10-2/s时混凝土的抗压强度相对准静态抗压强度（应变率为10-5/s）分别增加了7.45%、19.51%和29.23%,弹性模量相对于准静态弹性模量变化不大,峰值应变具有一定的离散性,但是基本趋势也是增加的,混凝土的吸能能力也随着应变率的增加而显著增加。另外,刚性元件的使用有效的改善了试件应变率的稳定性,惯性效应对本次试验结果的影响可以忽略     

酸雨对再生骨料混凝土实心砖砌体抗压性能影响试验研究

为了研究酸雨腐蚀对再生骨料砖混凝土实心砖砌体抗压性能的影响,该文以32榀相同特性的再生骨料混凝土实心砖砌体抗压试件为研究对象,利用国内先进的人工模拟大气环境实验室,对其进行喷淋-光照循环加速腐蚀试验及轴心抗压试验,对比分析了试件抗压强度、破坏形态、弹性模量和应力-应变关系随腐蚀循环次数的变化。试验结果表明:经酸雨腐蚀后的再生骨料混凝土实心砖砌体开裂荷载较小,裂缝出现较早,破坏相对严重;随着腐蚀次数的增加,应力-应变曲线斜率逐渐减小,弹性模量逐渐降低,抗压强度呈先升后降的趋势。经300次酸雨腐蚀,抗压强度下降29%,弹性模量下降42%。     

Stress-strain behavior of concrete columns confined with hybrid composite materials

A new type of concrete columns was developed at the University of Alabama in Huntsville for new construction to achieve more durable and economical structures. The columns are made of concrete cores encased in a PVC tube reinforced with fiber reinforced polymer (FRP). The PVC tubes are externally reinforced with continuous impregnated fibers in the form of hoops at different spacings. The PVC acts as formwork and a protective jacket, while the FRP hoops provide confinement to the concrete so that the ultimate compressive strength and ductility of concrete columns can be significantly increased. The volume of fibers used in this hybrid column system is very modest compared to other existing confinement methods such as FRP tubes and FRP jackets. This paper discusses the stress-strain behavior of these new composite concrete cylinders under axial compression loading. Test variables include the type of fiber, volume of fiber, and the spacing between the FRP hoops. A theoretical analysis was performed to predict the ultimate strength, failure strain and the entire stress-strain curve of concrete confined with PVC-FRP tubes. Test results show that the external confinement of concrete columns by PVC-FRP tubes results in enhancing compressive strength, ductility and energy absorption capacity. A comparison between experimental and analytical results indicates that the models provide satisfactory predictions of ultimate compressive strength, failure strain and stress-strain response.     

聚合物改性碳纤维增强混凝土的动态压缩力学性能

为探究聚合物改性碳纤维增强混凝土(PMCFRC)的动态压缩力学性能,利用直径Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,分别对碳纤维增强混凝土及聚合物体积分数为4vol%、8vol%、12vol%的PMCFRC进行了5组不同气压下的冲击压缩试验,获得了混凝土在不同应变率下的动态应力-应变曲线和破坏形态,分析了应变率和聚合物掺量对PMCFRC动态压缩强度、变形和韧性的影响规律。结果表明：PMCFRC的动态压缩强度、变形和韧性均具有明显的应变率强化效应,聚合物对PMCFRC的动态压缩力学性能既有强化效应,也有劣化效应。随着应变率的增大,PMCFRC的动态抗压强度、动态强度增长因子(DIF)、动态峰值应变、冲击韧性均逐渐增大。随着聚合物掺量的增大,PMCFRC的动态抗压强度、DIF、冲击韧性均先增大后减小,动态峰值应变不断增大。相同应变率水平下,4%PMCFRC的动态抗压强度、冲击韧性最大,破损程度最轻;8%PMCFRC的应变率敏感性最佳,DIF最大时达到1.94,对混凝土强度的增幅最大。聚合物一方面在混凝土基体中发挥着填充、阻裂、增韧作用,另一方面改善碳纤维-混凝土基体界面的粘结...     

钢纤维形状对高性能混凝土性能的影响

试验研究了6种长径比较小且直径较粗的钢纤维(SF)(短直形、长直线形、圆弧形、闭合三角形、闭合矩形、闭合圆环形)对高性能混凝土性能的影响。通过改变SF体积分数从而改变其形成的环域个数和面积,探究二者对混凝土流动性、抗拉及抗折强度的影响,并通过研究破坏界面分析混凝土破坏形式和机制。结果表明:闭合区域个数及纤维的环域面积对混凝土流动起主要影响;闭合SF中圆环形SF对混凝土抗折及抗压强度的提升效果优于其他形状的闭合SF。短直形SF与圆环形SF混杂试验中,圆环形SF体积分数为1vol%、短直形SF体积分数为0.5vol%时,SF/混凝土抗压强度和抗折强度提升的综合效果最佳。      

橡胶颗粒-钢纤维混掺对碾压混凝土抗冻性及抗冲击性能的影响

本文研究了在质量分数为25%的醋酸钾（KAc）为冻融介质的环境中,橡胶颗粒（RP）-钢纤维（SF）混掺对碾压混凝土（RCC）抗冻性及抗冲击性能的影响,获得了冻融过程中RCC的抗弯冲击性能、相对动弹性模量、质量损失、微观形貌及孔结构变化等参数。结果表明：RCC累计质量损失随冻融次数增加而增大,RP对质量损失的影响较小,而SF能较明显控制质量损失快速增长,300次冻融循环后累计质量损失仅83.94 g/m²; RP能降低RCC的总孔隙率约0.6%,而SF能有效降低总孔隙率,但冻融后期锈蚀作用会导致总孔隙率迅速增长; SF能极大RCC提高抗弯冲击性能,试验条件下抗冲击次数从3~5次水平提升至140~170次水平,而RP对冲击性能并无明显影响,冻融结束掺有SF试验组RCC初、终裂次数降幅超过70%,但终裂次数仍达到30~40次的水平,绝对韧性均随冻融次数增加逐渐降低; RCC相对动弹模量均表现出先降低后缓慢回升的规律,掺有SF试验组下降阶段相对更短且幅度更小,最大仅8%,而RP影响并不明显,但4组降低程度均在10%内。     

Étude expérimentale du comportement des bétons à hautes performance renforcés de fibres d'acier sous chargements statique et cyclique

Test results carried out on steel fibre reinforced high performance concrete specimens subjected to static and cyclic loading are presented. The tests are part of an experimental programme designed to investigate the effect of fibres on the behaviour of these concretes. A specific cell was designed to allow the measurement of the strains in the postpeak phase of the stress-strain curve. From the test results, the evolution laws of behaviour parameters are established according to the compressive strength of the concrete and the volumic fibre concentration. Characteristics like the brittleness of high performance concrete or the ductility of steel fibre reinforced concrete are described by continuous laws in pre and post-peak phases.