钢纤维和碳纤维增强混凝土的抗压性能试验研究

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发布时间：2021-09-13

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钢纤维和碳纤维增强混凝土的抗压性能试验研究*
刘涛冯伟张智梅
(1上海大学土木工程系200072；2上海市应用数学和力学研究所200072)
[提要] 分别进行了掺入钢纤维、碳纤维及两种纤维混杂对混凝土抗压性能增强效果的试验研究。讨论了钢
纤维掺量、分布形式，以及碳纤维长径比对混凝土抗压性能的影响。并将钢纤维和不同长径比的碳纤维进行
混杂组合，研究了钢一碳混杂纤维对混凝土强度和变形能力的影响。试验结果表明，钢纤维分布形式的不同对
混凝土抗压强度有一定影响；碳纤维长径比对混凝土抗压性能的影响很大；钢纤维与短碳纤维混杂组合有效
地改善了混凝土的抗压性能。
[关键词] 钢纤维碳纤维混杂纤维混凝土延性比提高率
Experimental Study on Compression Behavior of Steel and Carbon Fiber Reinforced Concrete／Liu Tao 一，Feng Wei ，
Zhang Zhimei (1 Department of Civil Engineering，Shanghai University，Shanghai 200072，China；2 Shanghai Institute of
Applied Mathematics and Mechanics，Shanghai 200072，China)
Abstract：The behavior of steel，carbon and their hybridized fiber-reinforced concrete iS studied experimentally．T}le effect of
content．orientation of steel fibers and length／diameter aspect ratio of carbon fibers on concrete iS discussed．as well as that of
their hybridized fibers．Test results show that compressive strength of concrete was influenced by the orientation of steel fibers；
the compression behavior of concrete was affected greatly by the aspect ratio of carbon fibers ，and that can be improved by the
hybridized steel and short carbon fibers．
Keywords：steel fiber；carbon fiber；hybridized fibe r；concrete；ductile effectiveness
0 前言
研究表明_8 J，掺人两种以上的混杂纤维对混凝
土进行增强，会产生综合作用。目前纤维混杂可分为
两类：一是不同尺寸的纤维进行组合，可以在不同尺度
上对混凝土进行增强；二是尺度相同但不同弹性模量
的纤维进行组合，高模量纤维在裂缝较小时发挥作用，
低模量纤维在裂缝开口较大时发挥作用。目前常用的
混杂纤维有钢纤维、碳纤维及聚合物纤维等。下面对钢
一碳混杂纤维对混凝土的增强效果进行研究，并分析纤
维含量及纤维长径比等对混凝土抗压性能的影响。
1 试验研究
1．1试验材料与配合比
水泥：52、5MPa普通硅酸盐水泥；细骨料：河砂，中
砂，细度模数2．7；粗骨料：5～10mm，连续级配碎石；外
加剂：D17高效减水剂；碳纤维：长度为6和20mm的高
强碳纤维，其性能指标见表1；钢纤维：等效直径为
0．3mm，长度30mm的哑铃型钢纤维，抗拉强度1．5GPa。
设计配合比为每立方米重量水：水泥：粗骨料：砂：减水
剂=244：470：1 050：615：3。
1、2试件制作与试验
试件为100(直径)×200(高度)的圆柱体，每一混
凝土配合比均制作三个试块。在100L的强制式搅拌
碳纤维的性能表1
直径密度抗拉强度弹性模量断裂延长率
(tzm) (g／cm ) (GPa) (GPa) (％)
5 1．82 3．48 230 1．5
机进行搅拌，平板式振动台振动密实成型。随机分布
纤维增强混凝土试块制作时，先加入80％的水搅拌
2min，然后慢慢撒人50％的纤维(避免纤维成团)搅拌
3min，再加入减水剂及剩余的水搅拌5min，最后加入另
外50％的纤维搅拌5min。分层浇筑钢纤维增强混凝
土试块做法为：将试块混凝土分5次浇筑，每次浇筑混
凝土后，进行轻微振捣(即浇筑混凝土表面较为平整即
可)，然后直接将一定量的钢纤维撒人钢模内，然后继
续浇筑下一层，直至完成。
试件在制作24h后脱模，养护28d后，在300kN的
万能试验机上按标准试验方法进行抗压试验，结果见
表2。
2 试验结果与分析
目前，纤维增强混凝土力学性能的试验研究中主
要测量混凝土的抗压与劈裂强度、断裂模量和弯曲韧
性等指标l2。 ]。该试验是混凝土延性研究项目的一
部分，重点研究混凝土材料的抗压性能，因此，试验中