1、第6卷第1期2003年3月建筑材料學報JOURNALOFBUILDINGMATERIALS Vol.6,No.1 Mar.,2003文章編號:1007-9629(2003)01-0095-05高強鋼纖維混凝土彎曲韌性試驗研究 趙順波1,2,孫曉燕,李長永,勾彥敏211(1.華北水利水電學院土木工程系，河南鄭州450008;2大連理工大學海岸與近海工程國家重點實驗室，遼寧大連116023)摘要:通過試驗得到了不同基體混凝土強度、鋼纖維體積分數和鋼纖維類型的高強 鋼纖維混凝土彎曲荷載-撓度曲線，據此研究分析了基體混凝土強度、鋼纖維體積 分數和鋼纖維類型等對高強鋼纖維混凝土彎曲韌性指數和彎曲承載力變

2、化系數的 影響規律該成果可作為纖維混凝土結構技術規程相應設計條款的科研依據關鍵詞:高強鋼纖維混凝土；彎曲韌性;彎曲承載力變化系數；鋼纖維體積分數；鋼纖 維類型中圖分類號:TU528.572文獻標識碼:AFlexuralTough nessofSteelFiberRei nforcedHigh-stre ngthC on crete ZHAOShu n-bo1,2, SUNXiao-yan2, LICha ng-yo ng1, GOUYa n-mi n1(1.NorthChi nal nstituteofWaterCo nserva ncya ndHydropower,Zhe ngzhou450

3、008,China;2 .StateKeyLaboratoryofCoastala ndOffshoreE ngi neeri ngofDalia nUn iversityofTech nology,Dalia n116023,Chi n a)Abstract:Thetestcurvesofflexuraltough nessofsteelfiberrei nforcedhigh-stre ngthco ncretewereob-tai ned.Theeffectsofthebaseco ncretestre ngth,steelfibervolumefractio nan dsteelfib

4、erforms onthecoefficie ntsofflexuraltough nessa ndthevariatio nfactorsofflexuralresista ncearea nalyzed.Thetestresultscouldbeusedasaresearchbasisforrevis ingandenlargin gthec onten tsofthet ech nicalspecificati on forfiberre in forcedc on cretestructures.Keywords:steelfiberrei nforcedhigh-stre ngthc

5、o ncrete;flexuraltough ness;variatio nfactorofflex- uralresista nce;volumefract ionofsteelfiber;steelfiberform自1992年中國工程建設標準化協會頒布CECS38:925鋼纖維混凝土結構設計與施工規程6以來,鋼纖維混凝土在土木工程的各個領域中得到了廣泛的應用1.于1999年頒布實施的國家行業標準JG/T3064)19995鋼纖維混凝土6,進一步明確了 鋼纖維混凝土彎曲韌性的試驗和評定方法，為隧道襯砌鋼纖維混凝土設計提供了技 術指標2.隨著高強鋼纖維混凝土在結構工程中的廣泛應用，鋼纖維混凝

6、土材料的 韌性對提高結構的變形性能和抗震性能日顯重要為此，本文在目前相關研究尚少 的情況下開展了高強鋼纖維混凝土彎曲韌性試驗研究，成果可作為5纖維混凝土結 構技術規程6編制相應條款的科研依據.收稿日期：2002-03-11;修訂日期：2002-05-20基金項目：教育部國家重點實驗室訪問學者基金（LP9902）;華北水利水電學院重點 學科重點實驗室基金（HBZ9804）;河南省教委科學研究計劃資助項目（98560001）.作者簡介:趙順波（1964-）,男，河北武邑人，華北水利水電學院教授，大連理工大學海岸 與近海工程國家重點實驗室高級訪問,.96建筑材料學報第6卷1試驗概況本試驗原材料采用河

7、南澠池水泥廠生產的525普通硅酸鹽水泥；連續級配碎石（粒徑520mm）;河南魯山河砂（細度模數2.92）;FDN高效減水劑.嘉興市七星鋼纖維廠 生產的剪切型鋼纖維:ZH-02弓形，長度lf=32.0mm,長徑比lf/df=41.5;ZH-04波紋形,長度lf=31.0mm,長徑比lf/df=38.5;ZH-07異混形（大頭直型），長度lf=31.0mm,長徑比lf/df=39.7;ZH-09壓痕帶端頭形，長度lf=31.0mm,長徑比lf/df=37.7.混凝土強度按C50,C65和C803個等級進行配合比設計，基體混凝土水泥用量依次為450,480和540kg/m3,水灰比依次為0.35,0

8、.30和0.28.摻入ZH-07異混形鋼纖維的混凝土中纖 維體積分數為0.5%3.0%（以0.5%為級差分成6種），摻入其他類型鋼纖維的混凝土 中纖維體積分數為1.0%.試驗采用100mm100mm400mm小梁按CECS13:89規定的鋼纖維混凝土彎曲 韌性試驗方法進行，采用5000kN壓力試驗機加剛性元件，用荷載傳感器測定作用在 小梁上的荷載，用位移傳感器測定小梁的撓度，用高精度全自動數據采集處理系統 進行荷載和撓度的數據采集處理3,4.2試驗結果分析根據采集的試驗數據繪制試件的彎曲荷載-撓度曲線，按JG/T3064）19995鋼纖維混 凝土6計算試件的彎曲韌性指數15,110,130和對

9、應的彎曲承載力變化系數Fm,5,m,Fm,10,m,Fm,30,m同時,考慮美國標準ASTMC1018）97相對于ASTMC1018） 85的變化5,6,計算試件的彎曲韌性指數120和對應的彎曲承載力變 化系數Fm,20,m.主要試驗結果見表1.表1鋼纖維混凝土彎曲韌性試驗主要結果Table1 Testresultsofflexuraltough nessofsteelfiberrei nforcedcon creteStren gthgradeTypeofsteelofc on cretefiber Volumefractio nofsteelfiber/%0.51.0Specialmixe

10、dC501.52.02.53.0Corrugati onBowC on vexmark1.01.01.00.51.0SpecialmixedC651.52.02.53.0Corrugati onBowC on vexmark1.01.01.0In itialcracki ngflexuralstre ngth/MPa6.848.257.008.538.958.827.047.828.167.458.359.579.3811.6813.678.768.518.37 Ultimateflexuralstrength/MPa8.1510.6011.4213.2213.1813.729.9010.74

11、9.768.299.3311.5612.4818.1718.7710.6111.619.15I55.835.375.174.326.066.155.245.094.725.127.405.124.707.015.464.855.515.52I1011.159.9811.289.4213.2313.8710.8710.599.559.5514.929.6310.0715.9311.469.5811 .2111.85I2018.0917.6722.7118.1024.5325.8520.6320.6316.8916.1526.0415.4818.5131.3120.3816.4418.8517.0

12、9I3024.0120.0834.9626.9637.1738.1132.1431.6623.2422.9735.3622.0523.7557.7047.2622.6025.7822.82第1期趙順波等：高強鋼纖維混凝土彎曲韌性試驗研究Table1(Co ntin ued)97Stren gthgradeTypeofsteelofc on cretefiberVolumefractio nofsteelfiber/%0.51.0In itialcracki ngflexuralstre ngth/MPa6.949.217.949.948.229.559.8510.049.13Ultimatef

13、lexuralstre ngth/MPa8.7110.3010.9613.3612.0914.0412.6114.4811.92 I55.575.244.755.244.955.365.115.635.201109.5210.1810.2310.6210.8911.7010.2211.3510.4912012.7815.6718.4318.3520.2723.0816.9316.6517.9413014.6119.5925.6526.2332.1335.8322.2421.9025.06 SpecialmixedC801.52.02.53.0 Corrugati on BowC on vexm

14、ark 1.01.01.02.1基體強度對彎曲韌性的影響圖1為鋼纖維混凝土的彎曲荷載-撓度曲線.由圖1和表1可以看出，鋼纖維混凝土 抗彎初裂強度和極限強度基本上隨基體混凝土強度提高而增大，但在纖維體積分數 較小時(Uf=0.5%1.0%),鋼纖維混凝土的彎曲荷載-撓度曲線形狀與基體混凝土強 度的關系不明顯，曲線下降段比較陡；隨著鋼纖維體積分數的提高(Uf=1.5%3.0%),鋼纖維混凝土的彎曲荷載-撓度曲線才隨著混凝土基體強度的提高而趨于豐滿，曲 線下降段漸趨平緩.同時還可以看出，當鋼纖維體積含量Uf超過2.5%以后，基體混 凝土強度為C80的彎曲荷載-撓度曲線與基體混凝土強度為C65的比較接

15、近,這一 結果可能與鋼纖維材質為低碳鋼而本身抗拉強度較低有關，檢查彎曲斷裂截面時發現,隨著基體混凝土強度的提高，試件斷裂截面上鋼纖維被拉斷的數量增加圖1混凝土強度等級不同時彎曲荷載-撓度曲線比較Fig.1 Comparis ono fload-deflectio ncurvesofdiffere ntstre ngthgradec on crete Stre ngthgrade:C50C65 %C80由表1還可見,鋼纖維混凝土的彎曲韌性指數在纖維體積分數較小時與基體混凝土 強度的關系不明顯，當鋼纖維體積分數提高時，才隨著混凝土基體強度的提高而增 大，但在纖維體積分數大于2.5%后有減小的趨勢.

16、2.2纖維體積分數對彎曲韌性的影響，和表IJdOeeiica /tutuDeljeLliHE1HMJkiMlBtlfaJlLJMJU98建筑材料學報第6卷數據可見，當基體混凝土強度相同時，鋼纖維混凝土的抗 彎初裂強度和極限強度隨著纖維體積分數的增大而提高，彎曲荷載-撓度曲線隨著 纖維體積分數的增大而趨于豐滿，達到峰值荷載的變形能力也不斷增加，在荷載-撓 度曲線的下降段由陡直漸趨平緩而能夠繼續承受較大的荷載，呈現出更大的持荷變形能力，使高強鋼纖維混凝土的破壞形態由脆性破壞轉變為韌性破壞圖2鋼纖維體積分數不同時彎曲荷載-撓度曲線比較Fig.2 Comparis ono fload- deflect

17、 ion curvesofc on cretewithdiffere ntvolumefract iono fsteelfiberUf:0.5% 1.0% %1.5% ,2.0% -2.5% )3.0%同樣,鋼纖維混凝土的彎曲韌性指數隨著鋼纖維體積分數的提高而增大，并接近于 理想彈塑性材料的韌性指數值，有些彎曲韌性指數I30甚至超過理想彈塑性材料的 韌性指數值30從表征鋼纖維混凝土材料的實際彎曲韌性的角度考慮,此時I30數 值已失去了應用意義，因此，按ASTMC1018)97規定,以I20代替I30表征鋼纖維混 凝土在較大變形情況下的彎曲韌性應更為合理.圖3為彎曲承載力變化系數與纖維體積分數的

18、關系.從圖3可以看出，鋼纖維混凝 土的彎曲承載力變化系數隨纖維體積分數的增加而增大，也表明了隨著纖維體積含量的增大，鋼纖維混凝土彎曲韌性趨于理想彈塑性材料，同時表明以對應于彎曲韌 性指數I20的彎曲承載力變化系數Fm,20,m衡量鋼纖維混凝土在較大變形情況下 的彎曲韌性，比采用對應于彎曲韌性指數130的彎曲承載力變化系數Fm,30,m更為 合理圖3彎曲承載力變化系數與纖維體積分數的關系Fig.3Relati on shipbetwee nv ariati on factorofflexuralresista ncea ndvolumefract iono fsteelfiberu)Fm,5,m

19、;w)Fm,10,m;)Fm,20,m;p)Fm,30,m2.3纖維類型對彎曲韌性的影響圖4給出了按基體強度分組的4種鋼纖維(壓痕端頭形、波形、弓形、異混形混凝 土的彎曲荷載-撓度曲線可見，當基體強度較低時，壓痕端頭形和弓形的增強效果相 當，異混形和波形相當；當基體強度較高時，壓痕端頭形、異混形和波形的增強效果 相當,弓形的增強能力更大從荷載-撓度曲線的豐滿程度來看，波形鋼纖維混凝土較 差，峰值荷載時的持荷變形能力隨著基體強度的增大而明顯降低；其它3種鋼纖維 在基體強度較低(C50)時相當，在基體強度中等(C65)時基本按壓痕端頭形、異混 形、弓形的次序增加，在基體強度較高(C80)時壓痕端頭

20、形和異混形相當，弓形較差.根據圖4曲線計算各類鋼纖維混凝土彎曲承載力變化系數見表2由表中數據也可以看到，弓形鋼纖維的增韌效果最好，在混凝土變形較小時表現出增韌效果隨基體 強度增大而增加的規律，其它，第1期趙順波等：高強鋼纖維混凝土彎曲韌性試驗研究99的情況下,2端帶有彎鉤的弓形鋼纖維與混凝土有更好的粘結錨固作用7圖4鋼纖維類型不同時彎曲荷載-撓度曲線比較Fig.4 Comparis ono fload-deflectio ncurvesofco ncretewithdiffere nttypesofsteelfiberTypeofsteelfiber:Conv exmark;Bow;%Spec

21、ialmixed;%Corrugati on表2不同類型鋼纖維混凝土的彎曲承載力變化系數LAfkldl冋FWTI毗mmTable2Variati on factorofflexuralresista nceofc on cretere in forcedwithdiffere nttypesofsteelfiberTypeofsteelfiberCorrugati on BowSpecialmixedCo nv exmarkC501.121.041.090.92Fm,5,mC650.931.251.061.26C801.051.320.881.10C501.191.131.280.96Fm,10,mC650.911.270.921.41C801.051.301.051.11C501.071.071.280.67Fm,20,mC650.630.880.520.69C800.680.650.830.78C501.151.111.340.67Fm,30,mC650.490.710.450.71C800.460.440.700.633結論1.就本文試驗研究的4種鋼纖維而言，基體強度和鋼纖維體積分數對鋼纖維混凝土 彎曲韌性有影響，鋼纖維使高強混凝土的受彎破壞形態由脆性轉變為韌