延性纤维增强混凝土单轴拉伸性能试验研究

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

延性纤维增强混凝土单轴拉伸性能试验研究*
寇佳亮1，2 ，邓明科1 ，梁兴文1
( 1 西安建筑科技大学土木工程学院，西安710055; 2 西安理工大学土木建筑工程学院，西安710048)
［摘要］选用5 种不同的PVA 纤维配制延性纤维增强混凝土，对其进行单轴拉伸性能试验，测得材料的立方体抗
压强度、密度和拉伸应力-应变全曲线。通过试验对比分析发现，掺加不同PVA 纤维的延性纤维增强混凝土的拉伸
应力-应变曲线均具有一定的应变硬化特性; 不同PVA 纤维性能对初裂应力-应变、峰值应力-应变、极限拉应变和
抗压强度都有明显的影响; 同一种纤维配制的延性纤维增强混凝土随着水胶比增大，其立方体抗压强度均有明显
降低，并且密度降低; 水胶比对延性纤维增强混凝土的立方体抗压强度、应力-应变影响较大，在满足抗拉强度和韧
性的前提下应采用较低的水胶比，这也有助于提高纤维的分散性，但同时较低的水胶比将使其和易性变差。
［关键词］延性纤维增强混凝土; 聚乙烯醇纤维; 单轴拉伸性能; 应力-应变曲线; 应变硬化
中图分类号: TU528. 58 文献标识码: A 文章编号: 1002-848X( 2013) 01-0059-06
Experimental study of uniaxial tensile properties of ductile fiber reinforced concrete
Kou Jialiang1，2 ，Deng Mingke1 ，Liang Xingwen1
( 1 School of Civil Engineering，Xi'an University of Architecture and Technology，Xi'an 710055，China;
2 School of Civil Engineering ＆ Architecture，Xi'an University of Technology，Xi'an 710048，China)
Abstract: The uniaxial tensile properties of ductile fiber reinforced concrete compounded with 5 various PVA fibers were
tested． The cube compressive strength，density and the uniaxial tensile complete stress-strain curve were obtained． Tests of
uniaxial tensile properties show that the curves of partial ductile fiber reinforced concrete have strain-hardening properties．
Various PVA fibers properties have significant influence on initial cracking stress-strain，peak stress-strain，ultimate tensile
strain and cube compressive strength． When the water-cement ratio of ductile fiber reinforced concrete with the same fiber
increases，the cube compressive strength and density decrease． The water-cement ratio of ductile fiber reinforced concrete
also has great effect on the stress-strain and cube compressive strength． The lower water-cement ratio，if the good tensile
strength and toughness can be met，can help to improve the dispersion of fibers，and make it worse workability．
Keywords: ductile fiber reinforced concrete; PVA fiber; uniaxial tensile property; stress-strain curve; strain-hardening
* 国家自然科学基金资助项目( 50908187，51078305 ) ，陕西省重点
学科建设专项资金资助项目( E01001，E01003 ) ，陕西省自然科学青
年基金资助项目( 2009JQ7013) ，西安建筑科技大学基础研究基金资
助项目( JC0902) ，长江学者和创新团队发展计划资助项目，西安理
工大学博士启动资金( 118-211206) 。
作者简介: 寇佳亮，博士，讲师，Email: jialiangkou0918@ 163． com。
0 引言
普通混凝土的抗拉强度约为其抗压强度的
1 /10，结构构件在不大的拉力下就可能开裂，裂缝会
引起钢筋锈蚀，降低结构的耐久性和使用寿命［1，2］，
我国的《混凝土结构设计规范》( GB 50010—
2010) ［3］规定了裂缝控制等级和最大裂缝宽度限
值。为减少混凝土收缩裂缝，提高抗拉强度和韧性，
高性能纤维混凝土成为改善混凝土性能和提高结构
耐久性的有效方法之一。掺加纤维可以在一定程度
上增强混凝土材料的抗拉强度、弯曲强度、抗剪强度
等抗裂性能指标，纤维在基体中可降低早期收缩裂
缝、温度裂缝和长期收缩裂缝。但纤维混凝土试件
在直接拉伸和压弯作用下，没有表现出很好的应变
硬化现象，达到屈服极限后，下降段较陡。
ECC( Engineered Cementitious Composite ) 是经
设计的水泥基复合材料的简称，最早由美国密歇根
大学的Victor C． Li 教授在20 世纪90 年代初提
出［4］，它是以微观力学和断裂力学原理为指导，以
水泥浆或砂浆为基体，以纤维为增强材料，经系统优
化设计，掺加定量的纤维( 体积掺量≤2% ) ，搅拌加
工成型，各种荷载作用下呈现出高延展性，并表现出
显著的假应变硬化性能( 挠曲硬化特性) 和多裂缝
开展特性［5-7］。目前，ECC 的应变硬化性能和多裂
缝开展特性主要通过拉伸试验和弯曲试验进行评
定，拉伸试验可以同时给出拉伸弹性模量、开裂荷
载、初始裂缝宽度、开裂应变、极限荷载、极限应变以
及最大裂缝宽度等，并能同时看到多裂缝的开展过
程，因此可以认为拉伸试验为ECC 各项性能参数最
直接有效的试验方法。Victor C． Li 教授通过理论
指导，利用试验加以验证，得到极限拉伸应变达到
3% 以上具有良好的力学性能和耐久性能、能够满足
工程需要的ECC 材料［4-9］。徐世烺［10］通过超高韧
性水泥基复合材料拉伸试验得出纤维掺量增加到
建筑结构2013 年
1% 时，就可以获得硬化的应力-应变曲线，极限拉应
变能稳定地达到3% 以上。张君［11］通过高韧性纤
维增强水泥基复合材料6 个配合比的单轴拉伸试验
得出完整的应力-应变全曲线，并实现了应变硬化和
多重开裂。赵铁军［12］通过不同拉力作用下SHCC
的毛细吸水和氯离子渗透试验研究了SHCC 的抗渗
性能，并探讨了硅烷乳液防水剂对SHCC 在不同拉
力下的抗渗性能。孙伟［13］通过制备高延性水泥基
复合材料( HDCC) ，从配合比设计入手，研究了粉煤
灰含量、胶砂比等对HDCC 力学性能的影响，优化
了特定材料下的材料制备技术。
以往研究表明，选用棱柱体和薄板对于端部处
理较为复杂，并且试件破坏时开裂部位可能会在测
试区外出现，而对于哑铃形试件，中间是其薄弱部
位，承受荷载过程中，最易在中间测试区发生开裂直
至破坏，考虑到试验的可行性及准确性，本课题组采
用哑铃形试件。同时，国内外企业都可以生产工程
用聚乙烯醇( polyvinyl alcohol，以下简称PVA) 纤维，
为了对比掺加不同PVA 纤维混凝土的性能，采用5
种不同PVA 纤维配制延性纤维增强混凝土，研究掺
加不同纤维时，延性纤维增强混凝土单轴拉伸试验
的力学性能，得出了单轴拉伸应力-应变全曲线，为
延性纤维增强混凝土的结构设计和非线性模拟分析
提供试验依据。
1 试验材料、目的与方法
1. 1 试验材料
由于ECC 是先经过设计再经过试验验证的一
种高延性精细混凝土，所以其骨料较细，本文选取的
细骨料为最大粒径1. 18mm 的灞河精细河砂。选用
铜川某公司生产的P． O 42. 5R