粗合成纤维混凝土力学性能的试验研究

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1、分类号：T U 3 7 5 z8 2 2 0 时，发生在纤维中 部的 o 】m a ) 【值不再随l d 的增加而增加；( 2 ) 发生在端部附近界面中的 T i ： m a ) 【 基本上不随W 的变化而变化。这表明：纤维长径比的变化对发生在纤维端部附 近基体和界面处的应力集中程度没有影响；( 3 ) 当纤维长径比达到一定值( 1 d = 3 0 ) 时，长径比的进一步增加对纤维的增强作用影响不大。 北京工、比大学- T 学硕+ 学位论文 2 4 纤维拉拔试验研究 2 4 1 纤维指标 本章对三种聚烯烃粗纤维进行了拉拔试验研究，纤维由中国纺织科学研究院 提供，为改性聚丙烯与聚乙烯的共聚物制成

2、的尺度较大的纤维，该纤维以聚丙烯 为主要原料，添加特制的改性材料经独特的纺丝工艺及特殊的表面压痕处理，增 加了纤维与混凝土的亲和力和握裹力。该纤维具有耐酸碱性，耐腐蚀，不存在象 钢纤维生锈的问题，且纤维分散性好，不结团，重量轻，减少了运输和拌和的工 作量，施工方便，节约了成本，被广泛应用到土木工程的各个领域。三种纤维的 力学指标如下表2 1 ： 表2 1 粗合成纤维力学指标 T a b l e2 1M e c h a 芏l i c a lp r o p e T t i e s0 fO 略a n i cm a c r o 一矗b e r S 2 4 2 砂浆配合比及试件数 为了研究纤维直径、纤维

3、埋深、基体强度等因素对粘结强度的影响，试验采 用三种不同直径纤维，同时每种纤维采用三个埋置深度。分别采用P 0 3 2 5 和 P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥配制普通强度和高强度砂浆，其配合比见表2 2 ，表中 M 1 、M 2 、M 3 分别代表低强、中强、高强砂浆，它们实测抗压强度分别为4 3 9 、 5 2 2 和6 5 O M P a 。 表2 2 纤维砂浆配合比 T a b l e2 2F i b e rr c i I l f o r c e dm o r t a rm i x e s 1 2 ( a ) 纤维拉拔方式 ( b ) 锚具示意图 图2 3 纤维拉拔方式及锚具示意图

4、F i g 2 3S c h 咖撕co fm e6 b e rp u l l 一o u tm e 吐l o d 柚dl h e 锄c h o r a g e 试验按照恒位移控制方法加载，位移速率为0 6 m m m i n ，试验过程中，计算 机自动记录荷载位移曲线，同时可得出极限荷载和极限位移。 北京T 业大学工学硕十学位论文 2 4 4 试验结果与分析 纤维拉拔中，随着位移的逐渐增大，纤维表面的剪切应力也逐渐增大，当 拉力到达一定值时，纤维将会与砂浆基体脱粘，此时的荷载值即为脱粘荷载。在 此之前，荷载位移基本呈弹性变化，之后由于纤维表面粘附有水泥基体，水泥基 体将起到阻滞作用，使荷载继续增

5、大，当荷载增加到极限荷载时，纤维与基体的 粘结力将会逐渐减小，纤维的滑移量继续增大，之后纤维的锚固作用逐渐被克服 而导致脱粘拔出。当纤维埋深过大，纤维自身的极限拉力将小于粘结力，纤维会 出现拔断破坏。 2 4 4 1 拉拔试验结果 界面粘结强度按均匀分布计算，粘结强度乃的计算式为： 乃= 等 ( 2 - 7 ) 刀口f 式中乃为纤维砂浆界面粘结强度，p 一为纤维拉拔过程中的极限拉力，d 为纤维 直径，为纤维埋深。 试验结果列于表2 - 4 ，其中M 1 、M 2 ，M 3 如表2 2 ，中间数值O 5 、0 8 、1 表示纤维直径为0 5 I 彻1 、0 8 m m 、l m m ，末尾数值1

6、 0 、1 5 、2 0 表示纤维埋深分 别为1 0 m m ，1 5 m m ，2 。 表2 - 4 纤维拉拔试验结果 T a b l e2 _ 4R e s u l t So ff i b e rp u l l - o u tt e s t 1 4 第2 章纤维的拉拔试验 纤维在进行拉拔时的典型荷载位移曲线如下图2 4 所示，此图为直径为 0 8 m m 的纤维在强度为4 3 9 M P a 基体中的拉拔荷载一位移全曲线，由图可以看 出，在拉拔的初始阶段，荷载位移曲线基本呈直线上升，这个阶段粘结力随位移 逐渐增大，当达到一定值后，纤维表面与水泥基体发生脱粘，荷载位移曲线的斜 率逐渐下降，但

7、是荷载还会有所提高，当达到极限荷载时，有部分试件的纤维将 会被拔断，其他试件的纤维将会逐渐被拔出，此阶段荷载下降，位移迅速增大。 051 01 5 位移( 咖) 图2 4 纤维拉拔荷载位移曲线 F i g 2 4P u l l 0 u t1 0 a d - d i s p l a c ec o m p l e t ec u r v e s 1 5 加 踟 们 O N ) R 辑 北京工业大学工学硕十学位论文 2 4 4 2 破坏形态 试验过程中，纤维的破坏形态包括两种：拔出破坏和拔断破坏，拔出破坏时， 说明纤维的埋深较浅，粘结强度小于纤维的抗拉强度，拔断破坏时，纤维的埋深 一般较深，由于埋深较

8、大，纤维与水泥基体与足够的粘结面积，所以粘结力大于 拔出力，纤维被拔断。试验中，直径为0 5 I 衄的纤维，在埋深为1 0 1 1 1 I I l 时均为 拔出破坏，埋深为1 5 m m 时有少数纤维被拔断，埋深为2 0 r 】 1 I I l 时，有大量试件出 现拔断破坏；同样对于直径为O 8 l 砌的纤维，当埋深为2 0 I l m 时，有大量试件 出现拔断破坏；直径为l m m 的纤维，其在埋深为2 0 n u n 时，有少量纤维拔断， 说明直径为1 1 1 1 I I l 的纤维埋深应大于2 0 n u n 。 2 4 5 粘结强度影响因素 2 4 5 1 纤维埋深 随着纤维埋深增加，

9、极限荷载有时增加，有时减小。基体强度为6 5 M P a 时， 当直径为0 8 m m ，埋深为1 0 n l I n 、1 5 m m 、2 0 n 1 I I l 的纤维极限荷载分别为1 0 3 5 N 、 1 0 4 5 N 、1 2 0 6 7 N ，而在直径为1 1 1 1 1 1 1 ，基体强度为6 5 M P a 的拉拔试验中，埋深 为l0 I l m 、1 5 I I 加、2 0 r 1 1 m 的纤维极限荷载分别为1 4 6 2 N 、1 2 5 4 3 N 、1 3 1 6 7 N ， 埋深为1 5 I m 时极限荷载最大。 图2 5 2 7 为三种直径的纤维的粘结强度随埋

10、深的变化趋势图，由图可以 看出埋深增加时，粘结强度减小。 纤维直径为O 5 n u n 时，埋深越大时，粘结强度越减小。当基体强度为5 2 2 、 6 5 O M P a ，埋深由1 0 咖增加到1 5 n u n 时，粘结强度下降较大，分别下降了1 3 、 1 4 M P a ，但当埋深由1 5 m m 增加到2 0 1 1 1 l l l 时，粘结强度下降变缓，分别下降了 O 5 、0 4M P a ，由此可以得出，纤维埋深越大对粘结强度的影响越小。当基体强 度为4 3 9M P a ( M 1 ) 时，纤维埋深由1o I l l m 增大到2 0 n u n 时，粘结强度变化不 大。 对

11、于直径为O 8 衄的纤维，粘结强度随埋深总体呈下降趋势，粘结强度趋 于稳定。基体强度为4 3 9M P a 和5 2 2M P a 时，当埋深相同时，其粘结强度较为 接近，当基体强度为6 5 0 M P a 时，粘结强度增长较多。 直径为1 m m 的粗纤维，埋深对粘结强度影响较大，埋深由1 0 n m 增加到 1 5 I 姗时，粘结强度下降较快；当埋深由1 5 m m 增加到2 0 I 】m 时，除了M l 外， 另两种情况粘结强度下降缓慢。基体强度为6 5 O M P a 时，三种埋深情况下的粘 结强度均小于基体强度为5 2 2 a 时的粘结强度。出现这种情况可能是由于基 第2 章纤维的拉

12、拔试验 体强度为6 5 O M P a 时，水灰比较小，砂浆较干，纤维插入基体后，界面存在缺 陷，使其粘结强度略有下降。 4 5 0 4 0 0 3 5 0 霎3 o o 殛2 5 0 想2 o o 鸾1 5 0 买1 0 0 0 5 0 O 0 0 5 1 01 52 02 5 纤维埋深( 唧) 图2 5 直径O 5 m m 纤维的粘结强度纤维埋深关系曲线 F i g 2 5R e l a t i o n b e 柳e e ni n t e 血c i a lb o n ds 咖g m 锄d 锄b e d1 g mo f 丘b e ro f0 5m m 4 5 0 4 0 0 一3 5 0 日

13、 垒3 0 0 蜊2 5 0 嘿2 0 0 辇1 5 0 买1 0 0 0 5 0 0 O O 5l O1 5 2 02 5 纤维埋深( 嘲) 图2 6 直径O 8 m m 纤维的粘结强度纤维埋深关系曲线 F i g 2 6R e l a t i o nb e t w e e ni n t 睨f a c i a lb o n ds 订e n g m 锄d 锄b e d1 e n g 吐lo f6 b e ro f0 8n l l 1 7 北京工业大学_ T 学硕+ 学位论文 6 0 0 5 0 0 霎4 o o 簧3 0 0 驾2 o o 买 1 O O 0 O O 51 01 52 02 5

14、 纤维埋深( 咖) 图2 7 直径l m m 纤维的粘结强度纤维埋深关系曲线 F i g2 - 7R e l a t i o nb e 觚e i l l t e k i a lb o n ds t ”叫g t l l 锄de n l b e d1 g mo f 舳e ro f1 咖 2 4 5 2 砂浆基体强度 本次试验中，除了个别情况以外，纤维界面粘结强度随砂浆基体强度增高 而增高。直径为0 5 n 1 1 1 1 和0 8 m m 的纤维拉拔结果体现了上述论点。当纤维埋深 较小时，基体强度的增加对粘结强度的影响较大，当纤维埋深较大时，基体强度 增大对粘结强度的增大影响变小。直径为O 5 舢

15、的纤维，当埋深为10 1 1 m 时， 基体强度增大时，粘结强度趋于稳定；直径为O 8 m m 的纤维，当埋深为1 5 n H n 和2 0 盯l I I l 时，三种基体强度下的粘结强度较为接近。 纤维直径为1 m m 时，粘结强度随即体强度的增大呈先增大再减小的趋势。 试验结果如图2 8 2 1 0 所示。 4 令3 乱 = 型2 鹱 螺1 桀 O 3 04 0 5 06 07 0 基体强度( 肝a ) + 纤维埋深1 0 咖 + 纤维埋深1 5 咖 十纤维埋深2 0 唧 图2 8 直径O 5 m m 纤维的粘结强度与基体抗压强度的关系曲线 F i g 2 8R e l 撕0 nb e 呐

16、e e ni n t e I f a c i a lb o n ds 仃e n g m 趴dc 锄p r e s s i v es 仃g t ho f m o r t a ro f 6 b e r o f 0 5m m 第2 章纤维的拉拔试验 令 乱 弓 鲻 骥 j l 粲 + 纤维埋深1 0 哪 一纤维埋深1 5 舢 叫卜- 纤维埋深2 0 唧 3 04 0 5 06 07 0 基体强度( 艘a ) 图2 9 直径O 8 m m 纤维的粘结强度与基体抗压强度的关系曲线 F i g 2 9R e l a t i o nb e t 、j I ，ni n t e r f a c i a lb o n ds 呦g 出锄dc o m p r e