钢-PVA混杂纤维增强混凝土的力学性能试验研究

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纤维增强混凝土作为一种新型建筑材料,具有较高的强度、变形能力和耗能能力,加入纤维可以提高材料整体的力学性能和耐久性。纤维的掺入方式主要分为一元和多元,单一纤维的掺入存在某些缺点,如钢纤维高弹性模量的纤维有增强的能力,但存在造价高、耐久性差等问题;低弹性模量纤维的掺入能起到增韧效果,但会影响基体的强度。本文通过掺入钢-PVA混杂纤维,利用纤维各自的优点在不同阶段下表现出混杂效应,提高基体的基本性能和弯曲韧性。通过试验研究并结合对纤维混杂效应的理论分析,研究钢-PVA混杂纤维对基体混凝土性能的增强效果,找出最佳钢-PVA纤维体积掺量,主要研究内容和结论如下:(1)为研究基体混凝土强度等级、钢-PVA混杂纤维体积率变化等因素对混凝土基体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯性能的影响,采用20组混凝土试验组进行研究。结果表明:PVA纤维形成类似纤维网的作用,作为与钢纤维混杂的载体,将钢纤维均匀分散在基体中。当掺入体积率为0.75%的PVA纤维和1.25%的钢纤维时,混杂纤维对基体的增强效果最佳,两种强度等级的HFRC的抗压强度相对于基准混凝土分别提高了17.4%和10.6%。在劈裂抗拉强度试验中,基体中加入适量的纤维可以有效的增加劈裂抗拉强度,高弹性模量的钢纤维对劈裂抗拉强度影响较大,PVA纤维对混凝土的劈裂抗拉强度影响较小,单掺体积率为2.0%的钢纤维对劈裂抗拉强度的增强效果要好于混杂纤维。(2)钢-PVA混杂纤维混凝土梁为典型的弯曲破坏,表现出延性破坏形式。在纤维总体积掺量为2.0%时,加入体积率为0.75%PVA纤维和1.25%钢纤维进行混杂最优,出现较好的正混杂效应,大幅提升基体的抗弯性能和增韧阻裂的能力。(3)纤维总体积掺量为2.0%时,PVA纤维掺量为0.81%,钢纤维掺量为1.19%的C30强度等级钢-PVA混杂纤维产生的混杂效应最好;PVA纤维掺量为0.72%,钢纤维掺量为1.28%的C40强度等级钢-PVA混杂纤维产生的混杂效应最好;都为当前基体强度等级下最佳改善基体弯曲韧性的纤维体积掺量。纤维混杂效应函数可以有效弥补纤维间距理论和复合材料力学理论的缺陷,同时使用Matlab拟合少量试验数据,通过较为精确的方法求出纤维混杂效应函数,可以精准评估出基体弯曲韧性改善最佳的纤维体积掺入率。
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