地下室侧墙纤维混凝土抗裂性能研究

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发布时间：2021-09-10

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地下室侧墙纤维混凝土抗裂性能研究
周露h lb，王伟健，饭雨林 'lb，彭畅h ，李作华 a，，吴晓帆 a，
(1．华中科技大学a．土木工程与力学学院；b．控制结构湖北省重点实验室，湖北武汉430074；
2．江西省建筑设计研究总院，江西南昌 330046)
摘要：目前，控制地下室侧墙裂缝主要借鉴大体积混凝±经验，不能有效地预防墙体裂缝。本文应用有限元
ANSYS软件，分析掺有聚丙烯纤维的混凝土地下室侧墙浇筑后14 d内的温度、混凝土收缩应力，得出温度和
应力分布、变化的一般规律，侧墙应力最大部位为侧墙中部、侧墙与底板相交处。采用经验公式计算素混凝土与
相同配合比的聚丙烯纤维混凝土各龄期的抗拉强度，并与同龄期侧墙最大拉应力比较，证明混凝土中掺入合成
纤维，提高了混凝土的抗裂性能，确保地下室侧墙混凝土在施工期不出现裂缝。
关键词：纤维混凝土；地下室侧墙；温度收缩应力； ANSYS；抗裂性能
中图分类号：TU528．572；文献标识码：A 文章编号：1672—7037(2OO8)01—0092 05
混凝土结构失效概率的较高阶段集中在混凝
土施工期和老化期，混凝土施工期产生的裂缝或
缺陷，将导致混凝土提前出现劣化，造成结构的可
靠性降低。将合成纤维掺入混凝土，可以提高混凝
土的抗裂性能，纤维在混凝土中的作用相当于杂
乱分布的微细钢筋，纤维与混凝土之间的粘结机
理与钢筋和混凝土之间的粘结类似。
纤维混凝土中，合成纤维的主要作用有：减少
混凝土的原始缺陷，降低各种缺陷的尺度；使混凝
土中粗集料分布更加均匀，提高混凝土内在品质，
改善混凝土抗渗透性；降低混凝土表面水分的蒸
发速率；降低混凝土内外部温、湿度差；提高混凝
土的早期抗裂性能；提高混凝土的变形能力，增加
混凝土的韧性和抗冲击、抗疲劳性能。
1 纤维阻裂机理
纤维阻裂机理有两种理论[1]，一是美国
Romualdi提出的“纤维间距理论”，根据断裂力学
解释纤维对混凝土裂缝的阻裂作用，认为要提高
混凝土强度，必须减少混凝土中的原始缺陷、裂缝
数量和尺度；当纤维间距小于某一值后，混凝土抗
拉强度提高。二是英国Swamy提出的“复合材料
理论”，从复合材料构成原理出发，把纤维看做混
凝土的强化体系，应用混合原理推定纤维混凝土
的抗拉强度，提出了纤维混凝土抗拉强度与纤维
掺入量、方向、长径比及粘结力之间的关系。
1．1 纤维间距理论
当纤维混凝土块体中的裂缝长度等于纤维的
平均中心间距时，纤维混凝土的抗拉强度可按下
式计算：
R 一—：兰=， (1)
B
式中，K 为纤维混凝土的断裂韧性；为常数。当
小于7．6 mm 时，纤维混凝土的抗拉强度可显
著提高。
1．2 复合材料理论
该理论将纤维混凝土视为复合材料，纤维混
凝土为多相系统，其性能是各相性能的加和值，纤
维混凝土抗拉强度按下式计算：
Rfc-尺 [1+( o 一1)vd， (2)
式中，R 为纤维混凝土抗拉强度；RE为水泥基材
的抗拉极限强度；V 为纤维的体积率； —E ／E ，
E 和分别为水泥基材与纤维的弹性模量；r／。
为纤维在混凝土中的取向系数，一维、二维及三
维的取向系数分别为1．00，0．8O3和0．637。
纤维混凝土中存在一临界纤维体积率，当纤
维体积率大于临界值时，纤维混凝土的抗拉强度
较未掺纤维的普通混凝土明显提高。临界纤维体
积率按下式计算：