超高性能混凝土高温后性能试验研究

通过对超高性能混凝土进行高温加热和高温作用后立方体抗压强度试验,研究了超高性能混凝土高温作用后的表观特征、质量损失及力学性能。对比了单掺钢纤维、单掺聚丙烯纤维和混掺钢纤维和聚丙烯纤维对超高性能混凝土高温爆裂的抑制效果,考察了温度、纤维种类和掺量、骨料(石英砂和钢渣)对超高性能混凝土强度的影响。试验结果表明:混掺1%钢纤维和2%聚丙烯纤维能有效抑制超高性能混凝土高温爆裂,在高温作用后依旧保持完整形态;钢渣骨料混杂纤维超高性能混凝土具有优异的高温力学性能,在1 000℃高温作用后仍能保持67%的残余强度;随着温度的升高,超高性能混凝土立方体抗压强度整体上表现出先升高后降低的规律;在目标温度超过600℃时,高温增强了超高性能混凝土的延性。     

不同种类纤维混凝土高温抗渗性能研究

通过室内试验对比分析了钢纤维和聚丙烯纤维掺量、钢纤维单掺、聚丙烯纤维单掺和钢纤维—聚丙烯纤维混杂对混凝土高温抗渗系数(Ccp)的影响,并研究了降温方式对钢纤维混凝土Ccp的影响。试验结果表明,温度越高Ccp越大,随钢纤维掺量的增加,Ccp逐渐减小,而Ccp随聚丙烯纤维掺量的增加出现先减小后增大的趋势,当聚丙烯纤维掺量为0.05%时,Ccp最小;在混凝土中添加钢纤维、聚丙烯纤维和混杂纤维,分别使Ccp降低33.7%、26.6%和42.7%,表明混杂纤维对混凝土的高温抗渗性能改善效果最好;将钢纤维混凝土加热至相同温度,自然降温时抗渗性能最好,洒水降温次之,淬冷时抗渗性能最差,随着温度的升高,三者引起的抗渗性能差异逐渐减小。     

高温对纤维增韧高性能混凝土残余力学性能影响的试验研究

本文通过测定钢纤维、聚丙烯纤维和混杂纤维(聚丙烯纤维和钢纤维)增韧高性能混凝土的高温残余强爱和断裂能，研究聚丙烯纤维、钢纤维和混杂纤维对混凝土高温残余力学性能的影响。实验结果表明，钢纤维和混杂纤维，尤其是钢纤维，显著提高高性能混凝土的残余强度和断裂能。聚丙烯纤维对高性能混凝土残余力学性能的影响很小。     

纤维及二次养护对C60 HPC高温后强度的影响

为研究纤维及二次养护对C60高性能混凝土(high performance concrete, HPC)高温后强度的影响,对掺加聚丙烯纤维、钢纤维及混杂纤维(聚丙烯纤维和钢纤维混掺)的C60 HPC进行模拟火灾试验;待试件冷却至常温(20℃)后,分别设计2组试验(一组为直接加载,另一组为继续标准养护14 d后进行加载),测定其抗压强度和劈裂抗拉强度。试验结果表明:随受火温度升高,各纤维掺量C60 HPC抗压强度和劈裂抗拉强度均下降;与不掺或单掺纤维相比,混掺纤维可显著降低高温对混凝土的损伤;对高温后C60 HPC进行二次养护可使其抗压强度和劈裂抗拉强度得到一定程度回升。     

高温作用后混杂纤维活性粉末混凝土残余力学性能研究

通过测定高温作用后5种不同纤维掺量的混杂纤维(聚丙烯纤维和钢纤维)活性粉末混凝土( reactive powder concrete,RPC)残余抗压强度、残余劈裂抗拉强度及残余断裂能等力学性能,研究了混杂纤维RPC受高温作 用后残余力学性能特征.试验结果表明,聚丙烯纤维体积掺量为0.15%、钢纤维体积掺量为2%是改善高温残余力学性能的最佳体积掺量.纤维掺量不同的混杂纤维RPC,经不同高温作用后表面特征和残余力学性能的变化规 律均基本一致.随着温度升高,残余抗压强度先明显增长,再缓慢增长,直至不增长,最后明显下降,残余劈裂抗拉强度随着温度升高先略有下降或几乎不变,再较明显下降,最后大幅度下降;残余断裂能随着温度升高先略有提高(几乎不变),再较明显下降,最后大幅度下降.劈裂抗拉强度对高温造成的孔粗化效应和微裂纹更为敏感,抗压强度则敏感性较小,断裂能则介于抗压强度、劈裂抗拉强度二者之间.     

高温后纤维混凝土力学性能研究

研究了普通混凝土、聚丙烯纤维混凝、钢纤维混凝土及混杂纤维混凝土高温后的抗压强度、抗折强度及力学性能残余率的变化规律。结果表明,混凝土的力学性能随着温度的升高而逐渐降低;温度小于400℃时,聚丙烯纤维混凝土力学性能有所改善,温度大于400℃时,改善作用不明显;800℃时,钢纤维混凝土力学性能残余率都较高;混杂纤维混凝土抗压强度改善作用最显著,残余率最高。     

混杂纤维对C60HPC高温后劈拉强度及超声声速的影响

为了改善高强高性能混凝土的脆性及高温性能,将钢纤维与聚丙烯纤维混杂掺入C60HPC,研究其对混凝土劈拉强度以及超声声速的影响。设计了素混凝土、混掺钢纤维(体积掺量1.0%)和聚丙烯纤维(体积掺量0、0.1%、0.2%)组合的4种C60HPC,制作标准立方体试件由行高温(20～700℃)试验,测试混凝土试件的劈拉强度及超声波速,分析其随受火温度的变化规律。结果表明:C60HPC试件的劈拉强度及超声声速均随受火温度的升高基本均呈线性降低趋势;相同受火温度作用后,掺钢纤维的HPC较素混凝土劈拉强度及超声波速均有明显提高,混掺钢纤维和聚丙烯纤维混凝土较素混凝土的劈拉强度及超声波速有进一步提高,混掺纤维有利于改善高强高性能混凝土的脆性及高温性能,最优混掺组合为1.0%钢纤维和0.2%聚丙烯纤维。     

混杂纤维对混凝土力学及抗裂性能的影响

选用三种尺寸的聚丙烯纤维与钢纤维,在确定拌和工艺、相同配合比及和易性条件下,进行了单掺及混掺混凝土的抗压、劈拉强度与开裂性试验,并引入混杂系数对比分析了单掺和混掺纤维对混凝土力学性能的影响.研究结果表明.混杂纤维混凝土在总体上具有比基准混凝土和单掺纤维混凝土优异的力学性能和抗裂性能.对比其它两种尺度的聚丙烯纤维,以纤维长度为19mm的1.8kg/m3 聚丙烯纤维与40kg/m3钢纤维组合时,表现出的强度和抗裂性能最佳.     

高温后混杂纤维混凝土抗压强度

通过混杂纤维混凝土试块的高温后抗压试验,分析了温度、纤维类别和纤维体积率、混凝土基体强度等级对混凝土高温后抗压强度的影响。结果表明:随着经历温度的升高,混杂纤维混凝土高温后的抗压强度及高温后与常温下抗压强度比在400℃之后下降幅度较大;适宜掺量的钢纤维(1%纤维体积率)和聚丙烯纤维(0.1%纤维体积率)能较好的提高混杂纤维混凝土高温后的抗压强度。在试验研究的基础上,建立了考虑温度、钢纤维和聚丙烯纤维体积率共同影响的高温后混杂纤维混凝土抗压强度计算模型,为纤维混凝土结构的抗火设计及灾后处理提供了理论依据。     

高温后纤维矿渣微粉混凝土的劈拉性能

通过劈拉试验,探讨温度、矿渣掺量、钢纤维掺量、聚丙烯纤维掺量等对高温后混凝土劈拉强度及变形的影响。结果表明:随受热温度的升高,纤维矿渣微粉混凝土劈拉性能不断劣化;掺入矿渣微粉、聚丙烯纤维和钢纤维均对高温后混凝土劈拉强度起到了增强作用;随混凝土基体强度的增强,高温后纤维矿渣微粉混凝土劈拉强度逐渐提高,但劈拉强度的损失也有所增大。最后,提出了考虑温度、矿渣微粉掺量和钢纤维掺量影响的纤维矿渣微粉混凝土高温后劈拉强度计算公式。     

钢纤维对高强混凝土弯曲性能影响的试验研究

选用工程中常用的铣削型、切断弓型、剪切波纹型钢纤维,以不超过2.0%的体积分数掺入高强混凝土中,通过2种尺寸小梁试件的弯曲强度和韧性试验,研究了钢纤维类型及掺量对高强混凝土弯曲强度及变形性能的影响.结果表明:当3种类型钢纤维分别以2.0%的体积分数掺入高强混凝土中时,可使高强混凝土抗裂能力分别提高72%,41%和42%,弯曲极限强度分别提高90%,84%和57%.钢纤维对高强混凝土试件的尺寸效应系数影响显著,试验时应考虑试件尺寸对试验结果的影响.钢纤维高强混凝土弯曲韧度指数及承载力变化系数均随钢纤维体积分数的增大而增大,并大于理想弹塑性材料的相应值.不同类型钢纤维对高强混凝土弯曲强度及弯曲韧性的改善效果不同,可通过改进钢纤维的加工工艺、表面形状等来提高钢纤维对高强混凝土的增强增韧效果.     

隧道衬砌混凝土高温后力学性能试验研究

对三种隧道衬砌混凝土材料,即C50普通混凝土、CF50钢纤维混凝土和PC50聚丙烯纤维混凝土经历不同高温后的力学性能进行了试验研究,探讨了三者高温后的主要力学指标-峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律,给出了相应的回归公式,同时还通过对比分析,总结了升温速率和冷却方式对三者的影响.这些结论为隧道衬砌结构抗火分析、设计以及火灾后的评价等提供了理论依据.     

火灾下纤维自密实混凝土的爆裂行为预测

基于蒸汽压力爆裂理论,采用多相多孔介质一维模型对自密实混凝土(SCC)和纤维自密实混凝土(FRSCC)内部蒸汽压力进行了预测,并对由蒸汽压力引起的混凝土爆裂行为进行了分析.为了验证模型的有效性,开展了 SCC和FRSCC火灾作用下内部蒸汽压力的测试试验,分析了钢纤维、细聚丙烯(PP)纤维、粗PP纤维以及混杂纤维对SCC内部蒸汽压力-时间-温度关系的影响规律.结果表明:纤维的掺入降低了 SCC内部的蒸汽压力,延长了峰值蒸汽压力出现的时间,降低了峰值蒸汽压力对应的温度;细PP纤维对SCC内部蒸汽压力的降低效果优于粗PP纤维,相比于PP纤维掺量,PP纤维的根数对SCC内部蒸汽压力的影响更为显著;与单掺纤维相比,混杂纤维的掺入进一步降低了 SCC内部的蒸汽压力;通过与试验结果的对比发现,多相多孔介质一维模型可以较好地预测SCC和FRSCC火灾作用下内部蒸汽压力发展过程和高温爆裂行为.     

Fresh and hardened properties of high-performance fiber-reinforced concrete containing fly ash and rice husk ash: Influence of fiber type and content

Although fibers are used only infrequently as an additive in concrete in the construction industry, fiber-enhanced concrete is known to provide a wide range of advantages over conventional concrete. The main objective of this study was to investigate the influences of fiber type and content on the mechanical properties and durability of high-performance fiber-reinforced concrete (HPFRC) designed using a novel densified mixture design algorithm with fly ash and rice husk ash. Three types of fiber, including polypropylene (PP) fiber, steel fiber (SF), and hybrid fiber (HF), were considered. Based on the results, the inclusion of fibers decreased HPFRC flowability, regardless of fiber type. Although the compressive strength of HPFRC with 1.6% PP fiber content was 11.2% below that of the reference HPFRC specimen at 91 d of curing age, the 91-d compressive strengths of both SF and HF-enhanced HPFRC specimens were significantly better than that of the reference HPFRC specimen. Furthermore, the HPFRC specimens incorporating SF and HF both exhibited better splitting tensile and flexural strengths as well as less drying shrinkage than the HPFRC specimens incorporating PP fiber. However, the fiber-enhanced specimens, especially those with added SF, registered less surface electrical resistivity and greater vulnerability to chloride ion penetration than the reference HPFRC specimen.     

反复荷载作用下钢筋与纤维混凝土黏结性能试验研究

为研究添加钢纤维和钢碳混杂纤维对于钢筋与混凝土在反复荷载作用下黏结性能影响,进行了48个混凝土轴心受力钢筋短锚试件在单调、等幅反复荷载以及变幅反复荷载作用下黏结性能的试验研究。结果表明：添加纤维可在一定程度上改善钢筋与混凝土间的黏结性能;黏结性能的退化在等幅反复荷载作用下主要体现在黏结应力-滑移滞回曲线峰值黏结应力的退化;在变幅反复荷载作用下主要表现为黏结强度、卸载刚度、摩阻力的不断降低,以及卸载至零时残余滑移量的不断增长;影响黏结退化的主要因素是前期的最大控制位移水平,低控制位移水平下的加载循环对高控制位移水平下的黏结性能影响较小,并给出了合理的退化机理解释。     

聚丙烯纤维对高温作用下C60HPC板热应变的影响

为了改善混凝土板在高温作用下热应变的变化程度,本文将聚丙烯纤维(简称PP)掺入到C60HPC小板中,研究其对混凝土热应变及温度传递的影响,试验设计了素混凝土、PP体积掺量分别为0.1%、0.2%、0.3%的4块C60HPC小板,模拟高温试验,测试混凝土小板不同深度处(距离小板受火底部25、50、75 mm)的温度及对应的热应变值,分析热应变值随时间和受火温度的变化规律,研究PP纤维对C60HPC小板热应变的影响。结果表明:不同PP纤维掺量的C60HPC小板在不同深度处的热应变值随着时间的变化基本呈直线上升的变化规律;掺PP纤维对高温作用下C60HPC小板的热应变有一定的抑制作用,最优PP纤维掺量为0.2%;在一定温度范围内,PP纤维掺量为0.2%的C60HPC小板热应变和温度基本呈二次函数关系,相关性较好。     

混杂粗纤维增强混凝土力学特性试验研究

选用低弹粗合成纤维、高弹钢纤维，以总体积掺率为1．5％的二元混杂纤维增强混凝土，系统研究了其弯曲韧性、抗弯冲击及断裂性能；用数理统计方法对抗弯冲击强度进行了分析；基于美国ASTM及日本JSCE方法，提出了适合评价粗纤维混凝土弯曲韧性的新方法。试验结果充分体现了粗合成纤维与钢纤维良好的协同效应；纤维混杂比例影响混杂纤维混凝土的性能，当粗合成纤维与钢纤维以体积掺率分别为1．0％、0．5％混杂时，纤维混凝土的各项力学性能达到优化，相对剩余强度、冲击延性指标、断裂韧度约分别达到79．6%、7．4、1．2。     

混杂纤维高强自密实混凝土弯曲韧性试验

为探究混杂纤维改性混凝土的韧性作用机理,以镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维掺量为参数,制备了混杂纤维高强自密实混凝土,进行了弯曲韧性试验。基于试验数据,绘制荷载 挠度曲线,以弯曲韧度比为量化指标,采用数值分析方法对试件样本空间进行扩参数分析。结果表明:纳米碳纤维与镀铜微丝钢纤维在高强自密实混凝土开裂的不同阶段发挥不同层次的改性作用,使混凝土峰值荷载变形得以改善的同时,提高其极限荷载、初始弯曲韧度比和弯曲韧度比;初始弯曲韧度比最大提高幅度为34.5%,HS-S9C6试验组弯曲韧度比达0.84,且随挠度增长,弯曲韧度比下降速率较慢,混杂纤维较好地发挥了改性高强自密实混凝土的韧性作用。     

纤维高强混凝土抗剪性能的试验研究

通过84根尺寸为100mm×100mm×400mm的高强混凝土、钢纤维高强混凝土、聚丙烯纤维高强混凝土试件在剪切荷载作用下的抗剪试验,研究了纤维类型和纤维体积率(掺量)对高强混凝土抗剪强度及在剪切荷载作用下变形性能的影响。结果表明,纤维的加入有效地改善了高强混凝土的抗剪强度及变形性能。初裂抗剪强度和变形、极限抗剪强度和变形以及抗剪韧性均随纤维体积率(掺量)的增加而增大,试件破坏时能保持完整性。根据试验结果,建立了钢纤维高强混凝土及聚丙烯纤维高强混凝土抗剪性能的剪力传递模型和数学表达式。     

荷载损伤后纤维轻骨料混凝土氯离子侵蚀研究

为研究荷载损伤对纤维轻骨料混凝土抵抗氯离子侵蚀性能的影响,设计了掺加聚丙烯纤维、钢 聚丙烯纤维、钢纤维3种轻骨料混凝土,开展了抗拉和抗压试验。分别在40%,60%,80%极限荷载3种拉、压应力水平下持续加载60 s,并测量加载后的残余应变。卸载后将试件切割成直径100 mm、厚50 mm的圆柱体,通过NEL法测定氯离子扩散系数。研究结果表明:混凝土残余应变随着拉、压荷载等级的增大而增大,纤维对轻骨料混凝土极限强度和变形能力提高显著;未施加荷载时,随着纤维的增加,单掺聚丙烯纤维组氯离子扩散系数变小,混掺纤维组基本保持不变,钢纤维组显著增加;施加荷载后,纤维的增加没有显著改善轻骨料混凝土抗氯离子侵蚀能力;残余应变与氯离子扩散系数间存在正相关特性,残余应变越大,氯离子扩散系数越大。