玄武岩纤维混凝土抗冲击性能的试验研究

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

玄武岩纤维混凝土抗冲击n生链髓
试验硼九
李丹，陶俊林，贾彬
(西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳621010)
摘要：参考美国ACI 544规定，采用带导轨的自制落锤试验装置及抗弯冲击装置，研究普通混凝土、玄武岩纤维混凝土的冲压
及动态抗弯冲击性能。结果表明，掺量为3．15 kg／m，的玄武岩纤维混凝土的抗冲击能力最强，破坏冲击次数最大，达到117次，试件
初裂和破坏时冲击次数的差值达到25次，冲击功为2030-3 N·m，冲击延性指标比素混凝土提高166．7％。冲压加载下，素混凝土的
破坏呈现出明显的脆性断裂，断口基本呈一字型，断口较为整齐，玄武岩纤维混凝土产生数条由中间向四周逐步开展的裂纹，呈放
射状分布。动态抗弯冲击下，素混凝土断口较为平整，不同掺量的玄武岩纤维混凝土梁断口有一定弧形。冲压和抗弯冲击下，玄武岩
纤维混凝土表现出较明显的“塑性”性质。
关键词：玄武岩纤维混凝土；冲压；抗弯冲击；冲击延性指标；塑性
中图分类号：TU528．57 文献标识码：A 文章编号；1001—702X(2012)12—0047—05
Experimental study on the efect of impact resistance of basalt fiber reinforced concrete
LI Dan，TA0 nlin，JIA Bin
(School of Civil Engineering and Architecture，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，Sichuan，China)
Abstract：Refer to the stipulation of USA ACI 544 Committee，impact resistance behaviors of ordinary concrete and basalt
fiber reinforced concrete were measured using self-made drop weight equipment and flexural impact equipment．Results show that：
Impact resistances of concrete with basalt fiber content 3．15 kg／m is strongest，final cracking times of concrete with basalt fiber
3．15 kg／m is equal to 1 17．Difference with initial cracking times and final cracking times is 25 times and the impact energy is
2030．3 N‘m，impact ductility index increased by 166．7％ than that of plain concrete．Under punching load，the fracture surface of
the plain concrete appears as brittle fracture mode，and the fracture is relatively neat．Basalt fiber reinforced concrete produces a
few cracks that gradually expand from the middle to surrounding．Under the dynamic flexural impact，the fraction of the plain
concrete is relatively fiat，and that of the basalt fiber reinforced concrete beams with different dosage has a certain curve．Basalt
fiber reinforced concrete appears as”plastic”fracture mode under punching load and dynamic bending tension．
Key words：basalt fiber reinforced concrete；punching load：flexural impact load：impact ductility index：plasticity
目前，应用纤维增强技术来提高混凝土强度和改善其脆
性成为土木工程领域研究的热点之一。通过在混凝土中掺加
钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、尼龙纤维等均可有效提高混
凝土的强度及抗裂性能，但现有材料造价高，使其应用受到
基金项目：四』II省教育厅项目(10ZC1 12)；
西南科技大学博士研究基金(09zx7128)
收稿日期：2012—05—03
作者简介：李丹，男，1975年，四川德阳人，博士，讲师，研究方向：材
料和结构的力学行为分析。地址：四川省绵阳市涪城区青龙大道中段
59号西南科技大学科大花园A7—102，E—mail：danli@swust．edu．en。
限制。玄武岩纤维(Basalt Fibre，简称BF)是玄武岩石料在
1450 1500 qC熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成
的连续纤维，具有优异的力学性能、耐高温、可在一269 650 oC
内连续工作、耐酸碱等特性，应用潜力巨大。相关学者对掺杂
柔性纤维的混凝土抗冲击韧性进行了一系列的研究。掺杂柔
性纤维能明显改善混凝土的抗冲击性能，有利于提高混凝土
结构的耐久性。玄武岩纤维混凝土冲击动力学性能的研究
刚刚起步，特别是对动力荷载作用下的性能研究还比较少，
李为民等采用 100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验
装置研究了不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土在不同应
变率下的冲击压缩力学性能，玄武岩纤维混凝土的冲击压缩
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李丹，等：玄武岩纤维混凝土抗冲击性能的试验研究
强度与能量吸收能力，较素混凝土有明显提高，具备优异的冲
击力学性能。沈刘军嘲等对不同纤维体积掺量的玄武岩纤维
混凝土进行SHPB试验，结果表明，玄武岩纤维的加入使混凝
土的应变率敏感性增强，其破坏应力随着应变率的提高而提
高。邓宗才和薛会青对玄武岩纤维混凝土及素混凝土梁试
件进行了系统的抗弯冲击试验，结果表明，玄武岩纤维在合理
掺量下可以显著改善混凝土的抗弯冲击性能，但其研究的不
同掺量只有3个，试验结果有一定局限性。
目前，利用落锤试验研究短切玄武岩纤维混凝土的冲压
和抗弯冲击的研究报道较少，本文利用落锤试验装置对不同
掺量的玄武岩纤维混凝土进行了一系列冲压和抗弯冲击的试
验研究。
1 试件准备
(1)试件用混凝土拌合水及养护用水为自来水；
(2)水泥：采用江油红狮水泥有限公司产红狮牌42．5R普
通硅酸盐水泥；
(3)骨料：细骨料使用级配良好的中砂，细度模数不小于
2．6，粗骨料采用级配良好碎石，石子最大粒径为20 mm；
(4)纤维：玄武岩纤维来自成都点石玄武岩纤维技术有限
公司，性能参数见表1。
表1 玄武岩纤维性能参数
直径长度密度抗拉强度弹性模量熔点断裂
／tzm ／mm ／(g／cm3) ／MPa ／GPa ／~C 延伸率／％
16 1 8 2．6 12OO 40 1300 2～3
参照混凝土配合比手册l1Ol，确定混凝土的配合比为m(水
泥)：m(砂)：m(石)：m(水)=488：495：1211：195，并以此为基础混
凝土试件，分别掺入1．05、2．10、3．15、4．20、5．25、6．30 kg／m 玄武
岩纤维。玄武岩纤维的掺入方式为：将玄武岩纤维与已按配合
比称取好的水泥和水中的一部分充分混合搅拌，玄武岩纤维
形成水泥净浆包裹，然后将玄武岩纤维分批加入混凝土内搅
拌均匀。投料顺序为先搅拌除纤维以外的其它材料，再逐渐投
入纤维，当纤维全部投入完毕后，再搅拌3 rain。动态冲压试件
为圆柱体，高63．5 mm、直径152 mm，动态抗弯冲击试件为长
方体，尺寸为150 mmxl50 mmx550 mm。每组试件浇注24 h
后脱模，浇水养护28 d。
2 试验过程
2．1 冲压试验过程。
由于落锤冲击试验的简便性，因而得到了美国ACI 544
委员会(American Concrete Institute Committee 544)的推荐。
参考美国ACI 544委员会规定，依照GB／T 21120---2007《水
·48· 新型建筑材料 2012．12
泥混凝土和砂浆用合成纤维》，采用自制的落锤试验装研究
玄武岩纤维混凝土的冲压性能，试验装置见图1。将质量为
4．5 kg的方形钢锤悬吊在导轨中，其下边缘距混凝土试件上
表面垂直高度为457 mm，将方形钢锤放下，冲击放试件上
表面的钢球，钢球直径为63．5 mm。冲击后提起至规定的457
mm高度，进行下一次冲击。
图1 玄武岩纤维落锤冲压试验装置
2．2 动态抗弯冲击试验过程
玄武岩纤维混凝土动态抗弯冲击试验装置见图2。