混杂纤维混凝土疲劳试验研究
混凝土梁弯曲疲劳试验方法
混凝土梁弯曲疲劳试验方法一、前言混凝土梁弯曲疲劳试验方法是通过对混凝土梁进行弯曲加载，模拟实际使用中的受力情况，以研究混凝土材料在长期循环荷载下的疲劳性能。
本文将从试验设备、试验制备、试验流程、数据处理等方面详细介绍混凝土梁弯曲疲劳试验方法。
二、试验设备1. 试验机：试验机是进行混凝土梁弯曲疲劳试验的主要设备，其主要功能是对混凝土梁进行弯曲加载，同时记录混凝土梁的变形和载荷变化情况。
试验机的选择应考虑到试验所需的最大载荷、变形范围、变形速率等因素。
2. 弯曲模具：弯曲模具是将混凝土梁固定在试验机上进行弯曲加载的工具，其形状应符合试验标准的要求。
3. 测量仪器：在试验过程中需要测量混凝土梁的变形和载荷变化情况，常用的测量仪器包括应变计、位移计、力传感器等。
4. 其他设备：如试验室环境控制设备、数据采集系统等。
三、试验制备1. 混凝土制备：混凝土梁的制备应按照试验标准的要求进行，包括混凝土配合比、原材料品种、水泥标号等。
混凝土制备应在试验前充分搅拌均匀，并按照试验标准的要求进行养护。
2. 弯曲模具制备：弯曲模具的制备应按照试验标准的要求进行，其形状和尺寸应符合试验标准的要求。
3. 梁的制备：将混凝土灌入弯曲模具中，振捣排气，待混凝土凝固后取出，经过修整和打磨后即可得到试验用的混凝土梁。
四、试验流程1. 安装弯曲模具：将试验用的混凝土梁放置在弯曲模具上，并将其固定在试验机上。
2. 预加载：在试验开始前，对混凝土梁进行预加载，使其达到试验标准规定的预应力水平。
3. 施加疲劳荷载：按照试验标准的要求，以规定的载荷幅值和载荷频率对混凝土梁进行弯曲加载，持续一定的时间后停止。
4. 记录数据：试验机应记录混凝土梁的载荷变化情况和变形情况，在试验结束后将数据导出至计算机中进行处理。
5. 重复试验：根据试验标准的要求，对混凝土梁进行多次重复试验，以获得更准确的试验结果。
五、数据处理1. 统计分析：将试验数据导入计算机后，进行统计分析，包括载荷-位移曲线绘制、疲劳寿命计算、疲劳极限计算等。
钢纤维混凝土桥面铺装疲劳性能试验研究
差致 使 桥 面铺 装 层很 容 易 产 生 裂缝 ， 别 是在 Ｔ 特 梁 、 凝 土箱 梁加 劲 肋 与 隔板 顶 部 等 拉 应 力较 大 混 部位 ； 在疲 劳 荷载 作 用 下 铺 装层 和桥 面 板 之 间也
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能方 面 ， 少涉 及 到整体 铺装 层 的结构性 能 ． 很 本文
提 出钢纤 维混凝 土 结合 剪 力 件 的铺装 方 案 ， 以铺 装层 和 桥梁结 构 整 体 为试 验 对 象 ， 过 结 构 疲 劳 通 试 验 ， 究“ 研 剪力 件 ＋钢筋 网 ＋普 通混 凝 土” “ 和 剪 力 件 ＋ 钢 纤维 混 凝 土 ” ２种 桥 面 铺装 方 案 的疲 劳 性 能 ， 析 钢纤 维 、 筋 网 、 分 钢 剪力 件等 对 混凝 土桥
象 ， 制 作 ５个 试 件 ， 造 见 表 １ 每 个 试 件 由 ２ 共 构 ．
部分 组成 ： 拟混 凝 土 桥 面 的底 板 与混 凝 土铺 装 模 层， 分两 次浇 注成 型． 成 型底板 ， 注混凝 土前 ， 先 浇
在 顶层 钢筋 上按 间 距 要求 焊 接 剪 力 件 ， 混 凝 土 待 浇注完 毕 后 在 其 表 面 刻 痕 促 进 与 面 层 铺 装 层 粘
维混 凝 土 强度 高 ， 韧 性好 ， 磨抗 冲击 性 能 强 ， 柔 耐 具有 阻裂 限裂 的作 用 ， 疲 劳性能 优越 ， 桥面铺 抗 在 装 中应 用越来 越受 欢迎 ［６ 很 多学 者对 钢纤 维混 ５］ ＿． 凝 土桥 面铺 装材 料 组 成 设计 、 理力 学 性 能 等 进 物 行 了较 多 的研究 ， 但是 主要 集 中在 混凝 土材 料 性
混凝土的疲劳特性及测试方法
混凝土的疲劳特性及测试方法一、前言混凝土是建筑领域中最为广泛使用的材料之一，具有强度高、耐久性好等特点，但在长期使用过程中，由于外部环境的影响，混凝土会发生疲劳损伤，影响其使用寿命。
因此，了解混凝土的疲劳特性及测试方法对于建筑领域中混凝土结构的设计、维护和修复具有十分重要的意义。
二、混凝土的疲劳特性1. 疲劳的定义疲劳是指在反复的载荷作用下，材料或结构发生的渐进性损伤和变形，最终导致破坏的现象。
混凝土的疲劳是指在反复的荷载作用下，混凝土逐渐失去强度和刚度，最终导致混凝土破坏的现象。
2. 疲劳的影响因素混凝土的疲劳受到多种因素的影响，主要包括以下方面：（1）荷载的类型和大小：在相同的荷载作用下，不同类型和大小的荷载对混凝土的疲劳损伤程度不同。
（2）荷载的频率：荷载频率高的情况下，混凝土受到的疲劳损伤程度也会更高。
（3）混凝土的强度和韧性：强度和韧性高的混凝土对疲劳荷载的耐久性更好。
（4）混凝土的含气量和水泥石比：含气量高和水泥石比低的混凝土对疲劳荷载的耐久性更好。
3. 疲劳的破坏形式混凝土在疲劳作用下，主要表现为以下几种破坏形式：（1）裂纹扩展：混凝土中的裂纹在荷载作用下逐渐扩展，最终导致混凝土破坏。
（2）变形增大：在疲劳荷载作用下，混凝土逐渐失去刚度和强度，变形逐渐增大。
（3）失稳破坏：在疲劳荷载作用下，混凝土的失稳破坏是混凝土破坏的最终形式。
三、混凝土的疲劳测试方法1. 疲劳试验机疲劳试验机是研究材料或结构疲劳性能的重要设备，可以模拟实际工程中的荷载作用，进行疲劳试验。
常见的疲劳试验机有万能试验机、全自动疲劳试验机等。
2. 荷载类型疲劳试验中，荷载类型包括单轴拉伸、单轴压缩、双向剪切等。
不同荷载类型对混凝土的疲劳损伤程度不同。
3. 荷载参数疲劳试验中，荷载参数包括频率、振幅和载荷比。
频率越高，混凝土的疲劳损伤越大；振幅越大，混凝土的疲劳损伤越大；载荷比的大小对混凝土的疲劳损伤有很大影响。
4. 试验方法疲劳试验中，主要有正弦波疲劳试验、方波疲劳试验等方法。
寒区纤维混凝土疲劳性能试验研究
１ ３
寒 区 纤 维 混 凝 土 疲 劳 性 能 试 验 研 究
丁剑 霆 武 ，
（． １ 黑龙江工程学院 。 哈尔滨
鹤 高 ，
伟
１０ ０ ） ５ ０ ０
１０ ６ ； ２ 黑龙江省交通科学研究所 ， 冶尔滨 ５００ ．
【 要】 在实验室内， 摘 利用液压伺服疲劳试验机， 对水泥混凝土试件， 采取三分点加载法 ， 研究在常温、 冻
装 材 料 的 出现 。
聚丙烯纤维 网混凝土 塑性 收缩 减少 ， 裂纹少 ； 坚韧 性 、 延
试件分 为 ３ ， 种 纤维掺量分别为 ００９ １８ｓｍ ， ， ．、．ｋ／ ￣每种试
件 各 ５个 。
展性和抗撞击力高 ； 抗压强度 、 耐磨和抗渗性能好 ， 可显著提 高桥面混凝土质量 和耐久性 ， 并且不增 加施工工序和难度 。 聚丙烯纤维 网混凝土作为桥面铺装 ， 在山东 、 西安 、 郑州
Ｋｅ Ⅵ ｌ ｓ ｐ ｌ ｒ ｐ ｌｎ ｂ ｒｓ ｅ ｔ ｅｎ ｏｃ ｄ ｃ ｎ ｒ ｔｓ ｆｔ ｅ ｌ ｅ ｐ ｎ； ｅｂ ｌ ｄｓｒ ｕ ｏ ｙ ｒ ： ｏｙ ｏ ｙｅ ｅ ｆ ｈ ｅ ｉｆｒ ｅ ｏ ｃｅｅ ； ｉ ｉ ｓ ａ ｗ ｉ ｕｌｉ ｔ ｂ ｔ ｎ ｄ ｐ ｉ ｅ ｒ ａｇ ｕ ｆ ｉ ｉ
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（ ． ｅｏ ｇａｇＩ ｔｕ ｆ ｅｈｏ ｇ ，Ｈ ｒ ｎ１０ ５ ，Ｃ ｉ ； １ Ｈ ｉ ｎｊｎ ｓｔｔ ｏ ｃｎ ｌ ｙ ａ ｉ ５ ０ ０ ｈ ａ ｌ ｉ ｎｉ ｅ Ｔ ｏ ｂ ｎ ２ Ｈ ｉ ｎｊｎ ｃ ｎｉｃＲ ｓａ ｈＩ ｔｕｅｏ ｏ ｍ ｎｃｔ ｎ ，Ｈ ｒｉ ５ ００ ｈｎ ） ． ｅｏ ｇａｇＳ ｉ ｔ ｅｅｒ ｓ ｔ ｆ ｍ ｕｉ ｉ ｓ ａ ｎ１０ ８ ，Ｃ ｉ ｌ ｉ ｅ ｆ ｉ ｃ ｎ ｉｔ Ｃ ａｏ ｂ ａ
混杂纤维增强混凝土材料的力学性能和耐久性能研究
文章编号:1001-9731(2021)01-01133-06混杂纤维增强混凝土材料的力学性能和耐久性能研究*周美容,张雪梅(南通理工学院建筑工程学院,江苏南通226002)摘要:采用聚丙烯纤维和碳纤维掺杂的方法制备了单纤维和混杂纤维增强混凝土材料㊂利用电子万能试验机对单纤维和混杂纤维增强混凝土材料样品进行了抗弯强度和劈裂抗拉强度试验;采用扫描电子显微镜(S E M)对样品的拉伸断口形貌进行了观察;采用N E L扩散试验测试了样品的氯离子扩散系数㊂结果表明,混杂纤维增强混凝土材料H F R C-B的抗弯性能㊁劈裂抗拉强度和耐久性能均优于单掺聚丙烯纤维增强混凝土P F R C-A和单掺碳纤维增强混凝土C F R C-B,H F R C-B样品的抗弯强度可达8.4M P a,劈裂抗拉强度平均值可达3.78M P a,氯离子扩散系数为2.26ˑ10-12m2/s,综合性能优异;S E M分析表明,碳纤维㊁聚丙烯纤维与混凝土基体结合良好,碳纤维的拔出效应以及聚丙烯纤维自身的韧性保证了混杂纤维增强混凝土材料的高强度和高韧性,提升了混杂纤维增强混凝土材料的抗拉强度和抗弯性能;混杂纤维增强混凝土材料的耐久性能优于单纤维增强混凝土材料,显示了混杂纤维的正混杂效应,混杂纤维有效降低了混凝土中微裂纹的生成和扩展,改善了混凝土的阻裂效应,提高了混凝土材料的耐久性能㊂关键词:混杂纤维;混凝土;力学性能;耐久性能中图分类号: T U528.57文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.01.0190引言水泥是一种重要的建筑材料,但它很容易在拉力的作用下开裂失效[1-3]㊂其抗拉强度仅为抗压强度的1/10~1/7,受拉极限延伸率只有0.01%~0.06%,在较低的拉伸变形时就会出现开裂[4]㊂短纤维的应用可以增强混凝土抗拉裂缝的能力,提高混凝土的吸能能力[5]㊂高韧性纤维增强混凝土具有提高混凝土延性的能力,自20世纪80年代以来得到了较快发展[6-7]㊂纤维混凝土的研究主要集中在纤维的几何类型㊁体积分数和强度对混凝土材料抗弯性能的影响[8-10],尤其以钢纤维和合成有机纤维研究最多,从纤维的形状㊁长度㊁用量等方面研究了钢纤维和合成有机纤维的组合对混凝土抗弯承载力和韧性的影响[11-12]㊂然而大多数研究只是初步评估纤维增强混凝土构件中纤维的含量以及混杂纤维种类对抗弯能力的影响[13-14]㊂等效抗弯强度比通常用来评估纤维增强混凝土抗弯拉伸性能的提高程度[15]㊂等效抗弯强度比由能量吸收能力和梁试验测得的第一个峰值强度确定,与混凝土中纤维的含量比密切相关[16]㊂以往大多数研究都是评估单一纤维几何类型和含量对纤维增强混凝土抗弯强度和韧性的影响,即给定单一纤维,根据纤维含量确定其等效抗弯强度比㊂根据传统纤维类型对水泥基材料增强作用的研究,可知混凝土的抗弯㊁抗剪性能随着聚合物纤维以及碳纤维含量的增加而提高[17-18]㊂但是这种强化行为并不是线性上升的,混凝土的抗压强度会随着碳纤维含量的增大而大幅度降低[19]㊂使用两种或两种以上纤维混杂制成的混凝土复合材料,能够较好地解决这一问题[20]㊂然而,少有研究重点评估混杂纤维材料的强度与纤维含量配比对纤维混凝土材料的力学性能和耐久性能的影响[21]㊂本文采用聚丙烯纤维和碳纤维对混凝土基体进行单独掺杂和混合掺杂,评估了两种纤维添加量和搭配比例对混凝土复合材料的抗弯强度㊁劈裂抗拉强度和耐久性能的影响,研究了混合纤维掺杂对混凝土材料力学性能和耐久性能的影响规律㊂1实验1.1实验材料水泥:P.O42.5型普通硅酸盐水泥,金隅水泥有限公司;粗骨料:石子,尺寸为5~28mm;细骨料:河砂;聚丙烯纤维:电阻率约为7ˑ1019Ω㊃c m,熔点在165 ~173ħ之间,上海启辰化工科技有限公司;碳纤维:纯度>98%,比表面积为220~280m2/g,灰分< 2.2%,江苏南京韦达复合材料有限公司㊂根据纤维混凝土技术规程,选用聚丙烯纤维和碳纤维进行混杂,测试纤维增强混凝土的性能,选用纤维材料的性能如表1所示㊂33110周美容等:混杂纤维增强混凝土材料的力学性能和耐久性能研究*基金项目:中华人民共和国住房和城乡建设部课题资助项目(K52018094)收到初稿日期:2020-06-16收到修改稿日期:2020-09-02通讯作者:周美容,E-m a i l:972294304@q q.c o m 作者简介:周美容(1983 ),女,江苏南通人,讲师,主要从事新型建筑材料与建筑新技术的开发研究㊂表1 纤维材料的主要性能参数T a b l e 1M a i n p e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s o f f i b e rm a t e r i a l s名称规格/mm 密度/g㊃c m -3抗拉强度/M P a弹性模量/G P a 纤维直径/μm 延伸率聚丙烯纤维100.911400~160030~351430%碳纤维101.762500~3000200~220161.5%1.2 实验配比根据聚丙烯纤维和碳纤维的不同掺量设计了9组实验,样品截面尺寸为150mmˑ200mm ,梁长为2000mm ㊂在梁跨中混凝土表面沿截面高度粘贴6个应变片以测试材料的应变㊂在普通混凝土基体中进行了纤维单掺杂和纤维混掺杂,纤维增强混凝土材料的配比如表2所示㊂表2 纤维增强混凝土材料的实验设计T a b l e 2E x p e r i m e n t a l d e s i gno f f i b e r r e i n f o r c e dc o n -c r e t em a t e r i a l s名称编号P F 掺量/k g㊃m -3C F 掺量/k g㊃m -3聚丙烯纤维混凝土P F R C -A0.3P F R C -B0.6P F R C -C0.9碳纤维混凝土C F R C -A 0.1C F R C -B0.3C F R C -C 0.6混杂纤维混凝土H F R C -A 0.30.1H F R C -B0.30.3H F R C -C0.30.61.3 力学及耐久性能测试采用K Y -D 4503微机控制电子万能试验机进行四点弯曲试验和劈裂抗拉强度试验,劈裂抗拉强度试验按照‘纤维混凝土试验方法标准“C E C S 13:2009进行;采用N E L 扩散试验方法对样品进行耐久性能测试,通过抗氯离子渗透系数来衡量纤维增强混凝土的耐久性能㊂2 结果与讨论2.1 纤维增强混凝土材料的抗弯性能图1为纤维增强混凝土材料的抗弯载荷-挠度曲线,其中,P F R C -A 表示聚丙烯纤维增强混凝土(聚丙烯纤维掺量为0.3k g /m 3),C F R C -B 表示碳纤维增强混凝土(碳纤维掺量为0.3k g/m 3),H F R C -B 表示混杂纤维增强混凝土(聚丙烯纤维和碳纤维掺量均为0.3k g/m 3)㊂从图1可以看出,纤维增强混凝土材料在加载过程中的应变硬化及强度随着纤维掺杂种类的不同而不同;单掺聚丙烯纤维的增强效果优于单掺碳纤维的混凝土材料,P F R C -A 的抗弯强度最高可达7.8M P a ,且延伸率优于C F R C -B ;混杂纤维增强混凝土材料H F R C -B 的抗弯强度最高可达8.4M P a ,优于P F R C -A 和C F R C -B ㊂图1 纤维增强混凝土材料的抗弯载荷-挠度曲线F i g 1B e n d i n gl o a dd e f l e c t i o n c u r v e s o f f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e 431102021年第1期(52)卷从图1(a )和(b )可以看出,P F R C -A 和H F R C -B 材料抗弯载荷-挠度曲线中,出现了锯齿状应变硬化阶段,表明此时受拉区有多点开裂现象出现,在基体内部产生大量微细裂纹㊂从图1(c)可以看出,单掺纤维增强混凝土与混杂纤维增强混凝土相比,延伸率较差,较早发生开裂㊂H F R C -B 在较大挠度范围内保持较高的载荷,同时曲线呈现水平发展趋势㊂说明两种纤维在混凝土中混杂掺杂,比单一种类纤维掺杂,具有更加优异的抗弯性能,聚丙烯纤维和碳纤维同时发挥了高韧性和高强度的优势㊂2.2 纤维增强混凝土材料的劈裂抗拉强度表3为纤维增强混凝土材料的劈裂抗拉强度实验结果㊂从表3可以看出,当单掺聚丙烯纤维,且其掺量为0.3k g/m 3时,P F R C -A 样品劈裂抗拉强度平均值为2.74M P a ;当单掺碳纤维,且其掺量为0.3k g/m 3时,C F R C -B 样品的劈裂抗拉强度平均值为3.18M P a;当混合掺杂聚丙烯纤维和碳纤维,且聚丙烯纤维掺量为0.3k g /m 3,碳纤维掺量为0.1,0.3和0.6k g/m 3时,H F R C -A ㊁H F R C -B ㊁H F R C -C 样品的劈裂抗拉强度平均值分别为3.70,3.78和3.72M P a ,相比P F R C -A 样品的劈裂抗拉强度,分别提高了35.04%,37.96%和35.77%㊂由此可知,当聚丙烯纤维和碳纤维的掺量均为0.3k g /m 3时,混杂纤维增强混凝土的劈裂抗拉强度提高幅度最大㊂分析表3数据可知,混杂纤维增强混凝土材料的劈裂抗拉强度明显高于单一聚丙烯纤维和单一碳纤维增强混凝土材料㊂在聚丙烯纤维含量一定的情况下,混杂纤维增强混凝土材料的劈裂抗拉强度随着碳纤维掺杂量的增加先增加后减小,说明碳纤维含量较少时,会均匀地分散在混凝土内部,其增强㊁阻裂作用明显;掺量过大后,碳纤维分散不均匀,使混凝土内部缺陷增多,强度降低㊂此外,由表3可知,随着碳纤维掺量的增加,纤维增强混凝土材料的拉压比逐渐增大,最终逐渐稳定于0.1值附近㊂这可能是由于碳纤维的掺入改善了混凝土的界面特性,抑制了混凝土内部受力后裂纹的初步萌生及进一步发展,使得混凝土的脆性进一步降低,改善了混凝土的阻裂效应㊂表3 纤维增强混凝土材料的劈裂抗拉强度实验结果T a b l e 3E x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f s p l i t t i n g te n s i l e s t r e n gt ho f f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e 编号破坏载荷/k N劈裂强度/M P a 平均值/M P a 拉压比P F R C -A 97.22.7595.672.7196.962.752.740.081C F R C -B 113.43.22114.73.13114.13.193.180.067H F R C -A128.693.64131.833.73137.793.93.700.109H F R C -B 137.293.89125.173.54141.884.013.780.111H F R C -C 139.043.94142.044.02129.063.653.720.1132.3 纤维增强混凝土材料的S E M 分析由2.2的分析可知,混杂纤维增强混凝土材料H F R C -B 试件(0.3k g /m 3聚丙烯纤维和0.3k g/m 3碳纤维)的抗弯曲性能最佳,因此选取H F R C -B 混凝土试件为对象进行S E M 分析㊂图2为H F R C -B 混凝土试件断裂区域的S E M 图㊂从图2(a )可以看出,H F R C -B 混凝土试件的断裂区域未发现聚丙烯纤维和碳纤维出现明显团聚现象,两种纤维均与混凝土基体结合良好㊂从图2(b)可以明显观察到,碳纤维受力剥离留下的痕迹以及断裂的碳纤维,可知碳纤维的断裂形式为拔出断裂和直接断裂,碳纤维在拔出过程中,可以有效耗散能量,提高纤维增强混凝土材料的强度㊂从图2(c )可以看出,聚丙烯纤维表面附着有混凝土材料,其在拉伸断裂过程中形成了颈缩现象(方框内),说明聚丙烯纤维发挥出了其韧性和延展性较好的优势㊂由此可知,碳纤维㊁聚丙烯纤维与混凝土基体结合良好,碳纤维的拔出效应以及聚丙烯纤维自身的韧性保证了混杂纤维增强混凝土材料的高强度和高韧性,提升了混杂纤维增强混凝土材料的抗拉强度和抗弯性能㊂图2 H F R C -B 混凝土试件断裂区域的S E M 图F i g 2S E Mi m a g e s o fH F R C -Bc o n c r e t e s pe c i m e nf r a c t u r e a r e a 53110周美容等:混杂纤维增强混凝土材料的力学性能和耐久性能研究2.4 纤维增强混凝土材料的界面结构分析图3和4分别为聚丙烯纤维增强混凝土和碳纤维增强混凝土界面处的E D S 图谱㊂从图3和4可以看出,聚丙烯纤维增强混凝土和碳纤维增强混凝土界面处的元素种类一致,均为O ㊁A l ㊁S i 和C a 元素,只是E D S 峰强比不同,说明不同纤维与混凝土界面处的元素比例不同㊂图3 聚丙烯纤维增强混凝土界面处的E D S 图谱F i g 3E D Ss p e c t r u mo f i n t e r f a c e o f p o l y p r o p yl e n e f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e te 图4 碳纤维增强混凝土界面处E D S 图谱F i g 4E D Ss pe c t r u mof c a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e i n t e r f a c e 表4为聚丙烯纤维增强混凝土和碳纤维增强混凝土界面处的E D S 元素分析㊂由表4可知,界面处O ㊁A l 和S i 元素的比例相差并不明显,S i 和C a 元素比例区别较大,聚丙烯纤维增强混凝土界面处的C a /S i 比为3.11,而碳纤维增强混凝土界面处的C a /S i 比为1.49㊂水泥硬化后,纤维增强混凝土材料中水化硅酸钙是水泥砂浆中最重要的强度来源,水化硅酸钙的C a /S i 比在1.5左右㊂这说明聚丙烯纤维增强混凝土界面处的水化反应不好,而碳纤维增强混凝土界面处的水化反应进行良好,界面强度较高㊂因此碳纤维增强混凝土材料具有更优的劈裂抗拉强度㊂表4 聚丙烯纤维增强混凝土和碳纤维增强混凝土界面处的E D S 元素分析T a b l e 4E D S e l e m e n t a n a l y s i s o f i n t e r f a c e b e t w e e n p o l y p r o p yl e n e f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e a n d c a r b o n f i b e r r e i n -f o r c e d c o n c r e t e元素聚丙烯纤维增强混凝土界面原子分数比/%碳纤维增强混凝土界面原子分数比/%O85.8779.02A l 0.160.81S i 3.48.11C a10.5712.06C a /S i 比3.111.492.5 纤维增强混凝土材料的耐久性能对不同纤维增强混凝土材料取样,采用N E L 法测定抗氯离子渗透系数㊂表5为不同纤维增强混凝土材料的抗氯离子渗透系数测定结果㊂从表5可以看出,随着纤维掺量的增大,纤维增强混凝土材料的氯离子扩散系数逐渐减小,且聚丙烯纤维增强混凝土材料的氯离子扩散系数小于碳纤维增强混凝土材料的氯离子扩散系数㊂对于混杂纤维增强混凝土材料而言,H F R C -C 混凝土材料(0.3k g/m 3聚丙烯纤维和0.6k g /m 3碳纤维)的氯离子扩散系数最小,为1.91ˑ10-12m 2/s㊂混杂纤维增强混凝土材料的耐久性优于单纤维增强混凝土材料,显示了混杂纤维的正混杂效应㊂正混杂效应的出现,主要因为聚丙烯纤维和碳纤维的物理特性不同,尤其是延伸率存在较大差异,碳纤631102021年第1期(52)卷维的高强度和聚丙烯纤维的高韧性,能够有效限制纤维增强混凝土材料内微裂纹的产生,防止毫米级裂纹向厘米级裂缝的进一步扩展;微裂纹的减小可有效减少氯离子在混凝土材料内部的扩散通道,混杂纤维增强混凝土材料的耐久性能得以提高㊂表5 不同纤维增强混凝土材料的抗氯离子渗透系数测定结果T a b l e 5T e s t r e s u l t s o f c h l o r i d e r e s i s t a n c e p e r m e a b i l i -t y co e f f i c i e n t o f d i f f e r e n t f i b e r r e i n f o r c e d c o n -c r e t em a t e r i a l s代号试件高度/mm 氯离子扩散深度/mm 氯离子扩散系数/10-12m 2㊃s-1P F R C -A 50.27.72.50P F R C -B50.07.32.35P F R C -C 49.76.62.01C F R C -A50.08.23.70C F R C -B 50.28.13.50C F R C -C49.87.63.21H F R C -A49.87.92.80H F R C -B49.27.22.26H F R C -C50.16.41.913 结 论(1)力学性能分析表明,混杂纤维增强混凝土材料的抗弯性能明显优于单纤维增强混凝土材料,H F R C -B 样品的抗弯强度最高可达8.4M P a ,优于P F R C -A 和C F R C -B 样品;混杂纤维增强混凝土材料的劈裂抗拉强度明显高于单一聚丙烯纤维和单一碳纤维增强混凝土材料,H F R C -B 样品的劈裂抗拉强度平均值达到3.78M P a ,相比P F R C -A 样品提高了37.96%㊂(2)S E M 分析表明,碳纤维㊁聚丙烯纤维与混凝土基体结合良好,碳纤维的拔出效应以及聚丙烯纤维自身的韧性保证了混杂纤维增强混凝土材料的高强度和高韧性,提升了混杂纤维增强混凝土材料的抗拉强度和抗弯性能㊂(3)界面结构分析可知,聚丙烯纤维增强混凝土界面处的C a /S i 比为3.11,而碳纤维增强混凝土界面处的C a /S i 比为1.49㊂说明聚丙烯纤维增强混凝土界面处的水化反应不好,而碳纤维增强混凝土界面处的水化反应进行良好,界面强度较高㊂(4)耐久性分析可知,混杂纤维增强混凝土材料的耐久性能优于单纤维增强混凝土材料,显示了混杂纤维的正混杂效应㊂这是因为混杂纤维的掺入改善了混凝土的界面特性,碳纤维的高强度和聚丙烯纤维的高韧性,抑制了混凝土内部受力后裂纹的初步萌生及进一步发展,使得混凝土的脆性进一步降低,改善了混凝土的阻裂效应,提高了混凝土材料的耐久性能㊂参考文献:[1] L iY ,S u i CE ,D i n g QJ .S t u d y o n t h e c r a c k i n gpr o c e s so f c e m e n t -b a s e dm a t e r i a l sb y A C i m pe d a n c em e t h o da n du l -t r a s o n i cm e t h o d [J ].J o u r n a l o fN o n d e s t r u c t i v eE v a l u a t i o n,2012,31(3):284-291.[2] A ya t o l l a h iM R ,M i r m o h a mm a d iS A ,S h i r a z iH A.T h e t e n s i o n -s h e a r f r a c t u r eb e h a v i o ro f p o l ym e r i cb o n e c e m e n t m o d i f i e dw i t hh y d r o x y a p a t i t en a n o -pa r t i c l e s [J ].A r c h i v e s o fC i v i l a n d M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n 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混凝土梁疲劳试验方法
混凝土梁疲劳试验方法一、前言混凝土梁是一种常见的结构形式，广泛应用于建筑、桥梁等工程领域。
在使用过程中，混凝土梁不可避免地会受到外部荷载的作用，长时间的荷载作用会导致混凝土梁产生疲劳损伤。
因此，混凝土梁的疲劳性能评价是非常重要的。
本文将介绍混凝土梁疲劳试验方法，包括试件制备、试验参数、试验装置、试验步骤等方面的内容，旨在为混凝土梁疲劳性能评价提供参考。
二、试件制备1.试件尺寸混凝土梁试件的尺寸应根据实际工程需要确定，一般为矩形截面或T型截面。
试件长度应大于等于3m，宽度应大于等于0.3m，高度应大于等于0.3m。
2.混凝土配合比混凝土梁试件的配合比应符合相关标准要求，常用的混凝土配合比有C30、C40、C50等。
3.试件制备混凝土梁试件应采用模板制作，模板应采用优质、平直、结实的材料制作。
在模板内部应进行光洁处理，以避免混凝土表面出现麻面、挂面等缺陷。
混凝土梁试件的浇筑应采用振捣或压实等方法，以确保混凝土密实、均匀。
三、试验参数1.载荷类型混凝土梁疲劳试验通常采用交变载荷方式，即正弦波载荷或矩形波载荷。
其中，正弦波载荷是一种典型的试验方式，具有频率范围广、载荷平稳等优点。
2.载荷频率载荷频率是指载荷振动的频率，通常为1Hz~10Hz。
在试验时，应根据实际需要选择适当的载荷频率。
3.载荷振幅载荷振幅是指载荷振动的幅值，通常为试件破坏荷载的一半。
在试验时，应根据试件的强度和疲劳性能选择适当的载荷振幅。
4.载荷比载荷比是指正向载荷与反向载荷之比，通常为R=0.1~0.5。
在试验时，应根据试件的强度和疲劳性能选择适当的载荷比。
四、试验装置1.试验机混凝土梁疲劳试验机是一种特殊的试验机，通常采用液压驱动方式，能够实现正反向载荷的交替施加。
试验机应具备足够的刚度和稳定性，以确保试验数据的准确可靠。
2.测量设备混凝土梁疲劳试验需要测量试件的应变、位移等参数，因此需要配备相应的测量设备，如应变计、位移传感器等。
混凝土梁的疲劳试验方法
混凝土梁的疲劳试验方法一、疲劳试验简介混凝土梁的疲劳试验是为了探究混凝土结构在循环载荷下的变形性能而进行的。
通过疲劳试验，可以更好地了解混凝土结构的使用寿命和安全性，为结构设计提供参考依据。
二、试验设备与材料1.试验设备（1）万能材料试验机：用于施加循环载荷。
（2）数控磨削机：用于加工混凝土试件的平面和侧面。
（3）砂轮机：用于打磨试件的表面。
（4）试验台：用于支撑试件。
（5）应变计：用于测量试件的应变。
2.试验材料（1）混凝土：强度等级为C50。
（2）钢筋：直径为10mm。
三、试验步骤1.制作混凝土试件按照设计要求，制作混凝土试件。
试件的尺寸和形状应符合标准规定，并且应当经过充分的养护。
2.试件表面加工使用数控磨削机对试件的平面和侧面进行加工，确保试件表面平整光滑。
然后使用砂轮机对试件的表面进行打磨，以保证试件表面光滑无瑕疵。
3.安装应变计在试件上安装应变计，以便于测量试件的应变。
4.试件固定将试件固定在试验台上，并调整试件的水平度和垂直度，保证试件在试验过程中不会发生偏移。
5.施加载荷使用万能材料试验机施加循环载荷，载荷大小和载荷频率应根据设计要求进行设定。
6.记录数据在试验过程中，记录试件的应变和载荷数据。
当试件出现裂纹或变形时，应及时停止试验，并记录下此时的载荷和应变值。
7.分析数据根据试验数据，分析试件的疲劳性能和破坏机理，为结构设计提供参考依据。
四、注意事项1.试件的制作和养护应符合标准规定，确保试件质量可靠。
2.试件在试验过程中应保持水平度和垂直度，以免发生偏移。
3.试验时应注意安全，严禁超载和超速运行。
4.试验结果应仔细分析，为结构设计提供科学依据。
五、总结混凝土梁的疲劳试验是探究混凝土结构在循环载荷下变形性能的重要手段。
在试验过程中，应注意试件的质量和安全，同时仔细记录数据并分析试验结果，为结构设计提供科学依据。
混凝土结构中的疲劳与耐久性能研究
混凝土结构中的疲劳与耐久性能研究一、导言混凝土是一种广泛应用的材料，而在实际使用过程中，混凝土结构常常面临着各种各样的力学和环境作用，这些作用会引起混凝土结构的损伤和疲劳。
因此，研究混凝土结构的疲劳与耐久性能是非常必要的。
二、混凝土结构中的疲劳问题1. 疲劳的定义与特点疲劳是指由于结构反复受到荷载作用，导致结构在长时间内逐渐失效的现象。
混凝土结构的疲劳主要表现为裂缝扩展、变形增大等现象。
2. 疲劳的影响因素（1）荷载的影响：荷载的大小、方向、频率等都会对混凝土结构的疲劳性能产生影响。
（2）材料特性的影响：混凝土的强度、韧性、硬度、粘结力等材料特性也会影响混凝土结构的疲劳性能。
（3）环境因素的影响：环境因素如温度、湿度、盐度等也会对混凝土结构的疲劳性能产生影响。
3. 疲劳的评估指标（1）应力幅：应力幅是指结构在荷载作用下的最大应力和最小应力之差。
（2）应变幅：应变幅是指结构在荷载作用下的最大应变和最小应变之差。
（3）循环次数：循环次数是指结构在荷载作用下所经历的循环次数。
三、混凝土结构中的耐久性问题1. 耐久性的定义与特点耐久性是指混凝土结构在环境作用下长期保持其力学性能和使用功能的能力。
混凝土结构的耐久性主要表现为强度下降、龟裂、腐蚀等现象。
2. 耐久性的影响因素（1）环境因素的影响：环境因素如温度、湿度、盐度、化学腐蚀等都会对混凝土结构的耐久性产生影响。
（2）材料特性的影响：混凝土的强度、韧性、硬度、粘结力等材料特性也会影响混凝土结构的耐久性。
（3）结构设计的影响：结构设计的合理性也会影响混凝土结构的耐久性。
3. 耐久性的评估指标（1）强度下降率：强度下降率是指混凝土结构从初始状态到使用寿命结束时强度下降的百分比。
（2）龟裂长度：龟裂长度是指混凝土结构中裂缝的长度。
（3）腐蚀深度：腐蚀深度是指混凝土结构中钢筋被腐蚀的深度。
四、混凝土结构中疲劳与耐久性问题的解决方法1. 疲劳与耐久性加固技术（1）加固材料的选择：加固材料应具有高强度、高韧性、高粘结力等特点。
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性 能 。 高桥 梁耐 久性 。 提
关 键 词 ： 素混凝土 ； 混杂纤维增强混凝 土； 疲 劳试验
表 １ 素 混凝 土分 组
本论文 试 验 依 据 《 维 混 凝 土 结 构 技 术 规 程》 纤
（ Ｅ Ｓ ８ ２ ０ 、《 纤 维 混 凝 土 试 验 方 法 》 Ｃ Ｃ ３ ： ０ ４） 钢
（Ｅ Ｓ３ ８ ）《 Ｃ Ｃ １ ：９ 、公路 工 程水 泥及 水 泥混凝 土试验 规
程》 ３ ２ ０ ） 《 路 水 泥 混 凝 土 路 面 设 计 规 范 》 （ ００５ 及 公
加 荷 ， 验 加 载 图 如 图 １所 示 。 试 １ ３ １ 静 载 试 验 ．．
试件 尺寸 ：０ ×１ ０ｍｍ×４ ０ｍｍ； 验 材 １ ０ｍｍ ０ ０ 试 料、 纤维材 料物 理力 学 特 性 、 件 的 制 备 、 凝 土 的 试 混 配合 比与 弯拉 强度试 验 的试 件相 同。
在做 疲劳 断裂 试验 前用 静载 试验确 定试件 的最
大抗 折强 度 ， 载 试 验 加 载方 式 及 速 率采 用 数控 方 静
２ 】
建 材 世 界
２１ ００年
第３ 卷 ｌ
第 ６期
次 ， 定后 即可进行 疲 劳试 验 即按 正 弦波 形式 对试 稳
件施加 荷载 进行交 变试验 。
２１ ０ ０年
第３卷 １
第 ６期
混 杂 纤 维 混 凝 土 疲 劳 试 验 研 究
方和江， 新 李
（ 武汉 市黄 陂 区公路 管理局 ， 武汉 ４ ０ ０ ） ３ ３ ０
摘 要 ： 高强混杂纤 维增 强混凝土作为先简支后连续桥 梁的接缝材料 具备 有很 大的优 势。通过进行 混杂纤 维混
ｂ ｄ ｅ ｈ ｓｂ ｇ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｉ ｒ ｇ ａ ｉ ｄ ａ ｔ ｇ ．Ｂｙ ｃ ｎ ｕ ｔｎ ｙ ｒ ｉ ｅ ｅｎ ｏ ｃ ｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｎ ｏ ｃｅ ｅｆ ｔ ｕ ｅ ｔｓ ｕ ｙ． ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ａ ａｙ — ｏ ｄ ｃ ｉｇ ｈ ｂ ｉ ｆ ｒｒ ｉ ｆ ｒｅ ｏ ｃ ｅ ｅａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｔ ｉ ｅｔ ｓ ｔ ｄ ｑ ａ ｔ ａ ｉ ｎ ｌｚ ｄ ｂ ａｇ ｔ ｖ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：
Ｈｉｈ ｓｒｎ ｔ ｙ ｒｄ ｆ ｅ ｅｎ ｏｃｄ ｃ ｎｒｔ ｓｓａ ｍａｅｉｌ ｏ ｉｓ ｉ ｌ－ｕ ｐ ｒｅ ｈ ｎ ｃｎ ｉｕ ｕ ｇ －ｔｅ ｇ ｈ ｈ ｂ ｉ ｒｒｉｆｒｅ ｏ ｃｅｅ ａ ｅｍ ｔｒａｓ ｆ ｆ ｔ ｓ ｉ ｂ ｒ ｍｐｙｓｐ ｏｔｄ ｔｅ ｔ ｏ ｓ ｏ ｎ
表 ２、 ３所 示 。 表 NhomakorabeaＦａ ｉ ｕｅ Ｔｅ ｔＳ ｕ ｙ ｏ ｂ ｉ ｂ ｒ Ｃｏ ｒ ｔ ｔｇ ｓ ｔ ｄ ｎ Ｈｙ ｒ ｄ Ｆｉ ｅ ｎｃ ｅ ｅ
Ｆ ＡＮＧ ￣ｉ ｎ Ｈｅ ａ ｇ．Ｌ Ｘｉ ｎ
（ ｇ ｗ ｙＡ ｍｉｉｒｔ ｎＢ ｒ ｕｏ ａｇ ｉ ｉｒ ｔ ｆ ｈｎ Ｗ ｕａ ３ ３ ０ Ｃ ｉａ Ｈｉ ａ ｄ ｎｓ ａｉ ｕｅ ｆ ｈ ｔ ｏ ａ Ｈｕｎ ｐ Ｄｓ ｉ ｔ ｃ ｏ Ｗｕ ａ ， ｈ ｎ４ ０ ０ ， ｈｎ ）
１ １ 试 验依据 ．
本次试 验 的 试 件 分 为 素 混 凝 土 和钢 一 聚丙 烯 混 杂纤 维混凝 土 ［ ２种 类型 ， 种类 型 的试件 分别 在 １ ＿ 每 ３个应力 水平 （ ． ５ ０ ８ ０ ７ ） 行疲 劳 试验 ， 细 Ｏ ８ 、 ． 、 ．５ 进 详
分组 情况见 表 １ 。
ｐｏ ｅｂｉｇ ｕ ａ ｉｔ ｒ ｖ ｒｄ ｅ ｄ ｒ ｂｌ ｙ． ｉ
Ｋ ｅ ｒ ｓ： ｃ ｎ ｒｔ ； ｈ ｂｉ ｉｅ ｅｎ ｏｃｄ ｃｎ ｒｔ ； ｆｔ ｕ ｅｔ ｙ ｗｏ ｄ ｏ ｃｅｅ ｙ ｒ ｆ ｒｒｉｆｒｅ ｏ ｃｅｅ ａｉ ｅｔｓ ｄ ｂ ｇ
１ 疲 劳 试 验
大小来选 择 ， 如应力 水 平大 于 等 于 ０ ８取 ５ ， ． ～７Ｈｚ 应力 水平 小于 ０ ８取 １ －２ 。 ． ０ ０Ｈｚ
１ ２ 试 件 分 组 ．
１ ３ 弯 曲疲 劳试 验过 程 ． 整个 试验 采用 英 国 Ｉｓ ｏ ｎ ｔ ｎ公 司生 产 的 电液 伺 ｒ 服万 能疲 劳试 验 机 （ｎ ｔ ｎＭｏ ｅ １４ ） 按 ３分 点 Ｉｓ ｏ ｄ ｌ ３ １ ， ｒ
７ 循 环 荷 载 作 用 下 的 动 态 应 变 采 用 动 态 应 变 仪 ）
自动采集 。 ８ 在循 环荷 载作用 下试 件不 能再继续承受 荷载 ）
时停 止 试 验 。
１ ４ 试 验 结 果 及 分 析 ．
图 Ｉ 试 验 梁 不 意 图
素 混 凝 土 和 混 杂 纤 维 混 凝 土 的疲 劳 试 验 结 果 如
（Ｔ Ｅ ０ ０ ２ 等现行 法规 规 范 进 行 试验 研 究 【， 。 Ｊ Ｇ ４２ ０ ） ２ Ｊ
弯 曲疲劳试验 的试 件 ， 在标 准条 件 下 养 护 ２ ８ｄ后 进 行试 验 。疲 劳试验 的荷 载循 环 特征 值按 现行 有关 路
面设计 规范 的规定 取为 ｐ ． ， ：０ １ 频率 根 据 应力 比的
ｉｇｃ ｎ ｒｔ ｔ ｙ ｒ ｉｅｓｉ ｃ ａ ｉａ ｅｆｒ ｎ ｅａ ｖ ｎａ ｅ ｈ ｒｂ ｅｔｒｊｎ ｔ ｒ ｅ ｒ ｇ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅａ ｄｉ ｎ ｏ ｃｅｅｗｉ ｈ ｂｉ ｆ ｒ ｎ ｍｅｈ ｎｃ ｌ ｒｏ ｍａ ｃ ｄ ａ ｔｇ ，ｔｅｅ ｙ ｂ ｔｅ ｕ ｃｕ ｅｂ ａ ｎ ｅｆ ｍａ ｃ ｎ ｍ． ｈ ｄ ｂ ｐ ｉ ｏ