熊　陽(yáng)， 白應(yīng)華， 顏　言

(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

PVA纖維混凝土的單軸抗壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

熊陽(yáng)， 白應(yīng)華， 顏言

(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

[摘要]利用SHT4106電液伺服電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)五組不同纖維摻量和LHFRC(層布式混雜纖維混凝土)及LSFRC(層布式鋼纖維混凝土)立方體試塊進(jìn)行了單軸抗壓試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，表明PVA(聚乙烯醇)纖維能略微提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，但由于纖維的摻入會(huì)將部分空氣帶入混凝土基體中，減小粘接力，因此纖維的摻量不宜過(guò)大，最佳摻量在1%以下。PVA纖維能有效的改善混凝土立方體抗壓變形能力，使混凝土由脆性破壞轉(zhuǎn)換為有一定塑性的破壞形態(tài)，而LHFRC與素混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線相差不多。但是LSFRC則表現(xiàn)出高強(qiáng)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線特點(diǎn)，即上升階段基本上已經(jīng)由曲線變成了直線，下降階段比較陡，甚至可以認(rèn)為不再有下降階段。

[關(guān)鍵詞]纖維混凝土; 層布式 ; 單軸抗壓; 應(yīng)力應(yīng)變曲線

纖維混凝土以其良好的特性而在工程界得到了廣泛研究和應(yīng)用，但是關(guān)于PVA纖維混凝土研究還比較少本文通過(guò)PVA摻量分別在0.2%、0.1%和0.08%以及LHFRC和LSFRC[1]的100 mm×100 mm×100 mm試塊的抗壓試驗(yàn)研究了PVA纖維混凝土的力學(xué)性能，得出力與位移的曲線，通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換成應(yīng)力應(yīng)變曲線，分析得出不同PVA含量對(duì)立方體試塊抗壓性能的影響以及LHFRC和LSFRC的應(yīng)力應(yīng)變曲線的特點(diǎn)和區(qū)別。

1力學(xué)性能試驗(yàn)

1.1試件制備

原材料：水泥：武漢華新水泥股份有限公司生產(chǎn)P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粗骨料：采用碎石，使用前用水洗法把表面泥沙洗凈，粒徑5～20 mm連續(xù)級(jí)配；細(xì)骨料：河砂，通過(guò)級(jí)配試驗(yàn)測(cè)量為中砂，細(xì)度模數(shù)2.6，混凝土配合比為：水泥340 kg/m3；水136 kg/m3；砂633 kg/m3；石1298 kg/m3；減水劑2.04 kg/m3；水灰比0.4；砂率33%。PVA纖維：上海博寧工程纖維材料有限公司生產(chǎn)PVA纖維，其性能指標(biāo)為：密度1.3 g/cm3;直徑15 μm；彈性模量33.4 GPa；長(zhǎng)度12 mm；抗拉強(qiáng)度1704 MPa；斷裂伸長(zhǎng)率12%；纖維形狀:束狀單絲；耐酸堿鹽極高(本文選用12 mm PVA纖維)。鋼纖維：上海貝卡爾特鋼纖維，長(zhǎng)徑比60，質(zhì)量摻量采用上層1.0%，下層1.0%。其性能為：抗拉強(qiáng)度1070 MPa；彈性模量200 GPa；極限拉伸0.5%～3.5%；比重7.8 g/cm3。減水劑：聚羧酸減水劑；水：清潔自來(lái)水。

1.2混凝土施工工藝。

素混凝土的施工工藝嚴(yán)格按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)要求進(jìn)行，PVA纖維混凝土的施工工藝也是按照素混凝土的步驟，只是在拌制時(shí)把PVA均勻地分散到混凝土基體中去，LHFRC和LSFRC的施工工藝嚴(yán)格按照《纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS38：2004)的步驟：1)在基層混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求后，架立鋼模，直接在基層上篩撒底層鋼纖維。2)攤鋪中間層面混凝土進(jìn)行振搗。3)在中間層面混凝土終凝前，篩撒底頂鋼纖維，再攤鋪表層混凝土，用平板振搗器振實(shí)振平，然后進(jìn)行表面處理。

試件尺寸為100×100×100，PVA摻量分別在0.2%、0.1%和0.08%以及層布式鋼纖維和層布式混雜纖維，每組配合比試件做2個(gè)，一共12個(gè)試件，具體見(jiàn)表1。試件澆筑和養(yǎng)護(hù)均按規(guī)范要求進(jìn)行，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)一個(gè)月后開(kāi)展力學(xué)試驗(yàn)。

表1　纖維摻量%

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1立方體抗壓強(qiáng)度

纖維混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)見(jiàn)圖1和圖2，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　立方體抗壓強(qiáng)度

由表2可知，當(dāng)PVA纖維摻量為0.08%時(shí)，立方體軸心抗壓強(qiáng)度比素混凝土提高了約3.9%；當(dāng)PVA纖維摻量在0.1%時(shí)，立方體軸心抗壓強(qiáng)度比素混凝土提高了約1.1%；當(dāng)PVA纖維摻量在0.2%時(shí)，立方體軸心抗壓強(qiáng)度變化不大，比素混凝土略微降低；由此可知，在一定的PVA摻入下，纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著PVA摻量的增加而降低，但總體影響不大，最佳摻量在0.1%以下。

從圖1、圖2來(lái)看，PVA混凝土在結(jié)構(gòu)破壞后仍保持一定的整體性，表明PVA的加入，使混凝土的破壞形式由脆性破壞[2]轉(zhuǎn)為有一定塑性的破壞形態(tài)。

由表5中LHFR和LSFRC試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在0.08%的PVA纖維的摻量下，LHFRC的立方體抗壓強(qiáng)度比素混凝土立方體抗壓強(qiáng)度降低了10.4%；LSFRC的立方體抗壓強(qiáng)度比素混凝土提高了12.6%，而LSFRC的立方體抗壓強(qiáng)度比LHFRC的立方體抗壓強(qiáng)度提高了。由于PVA和鋼纖維兩種纖維的混合摻入，使總體纖維摻量變大，纖維不僅不容易分散，而且會(huì)把部分空氣帶入混凝土中，減小基體粘結(jié)力的同時(shí)，也降低了混凝土的強(qiáng)度[3]。

圖 1　P　　　VA纖維混凝土　　　圖 2　素混凝土破壞形態(tài)　　　破壞形態(tài)

2.2立方體應(yīng)力應(yīng)變曲線

把力與位移曲線轉(zhuǎn)變成應(yīng)力與應(yīng)變曲線，得出試塊分別在PVA摻量0.2%、0.1%和0.08%以及層布式鋼纖維和層布式混雜纖維下的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3-圖8所示。

圖 3　素混凝土

圖4 PVA摻量0.2%

圖 5　PVA摻量0.1%

圖6 PVA摻量0.08%

從圖3-圖6可以看出，PVA纖維混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線和素混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線基本上保持一致[4]，PVA含量從0.2%降到0.08%，其峰值應(yīng)變均在 0.014左右并略有增加，曲線上升階段和相對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)變變化不大，但是下降階段的形狀差異比較明顯，隨著PVA纖維混凝土本身強(qiáng)度的提高，曲線下降的坡度越陡，表明應(yīng)力變化相同的幅度時(shí)，變形相對(duì)而言較小，因此延性略差。

從圖7可以看出，LHFRC的應(yīng)力應(yīng)變曲線和素混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線相比，不管是峰值應(yīng)變，還是下降趨勢(shì)都相差不大。

從圖8的LSFRC的應(yīng)力應(yīng)變曲線來(lái)看，可以把LSFRC假設(shè)為高強(qiáng)混凝土[5]，高強(qiáng)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線的典型特點(diǎn)是，其上升段曲線趨于直線，而且強(qiáng)度越高，其線性越明顯，下降段越陡，甚至可以認(rèn)為下降段不存在[6]。

圖 7　層布式混雜纖維混凝土

圖 8　層布是鋼纖維混凝土

3結(jié)論

通過(guò)PVA纖維混凝土及LHFRC和LSFRC的立方體軸心抗壓試驗(yàn)，分析得出如下結(jié)論：

1)在一定的PVA摻量下，混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著PVA摻量的增加而略微減小，但是影響不大。

2)PVA混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線跟素混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線基本上保持一致，只是在下降階段下降的趨勢(shì)稍微變陡,由于PVA的作用，纖維混凝土表現(xiàn)出一定的延性，開(kāi)裂后裂縫有一個(gè)開(kāi)展過(guò)程。

3)LSFRC在提高抗壓強(qiáng)度的同時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線以上升階段為主，下降部分很少，表現(xiàn)出類似高強(qiáng)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線。

[參考文獻(xiàn)]

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[責(zé)任編校： 張巖芳]

The Stress-strain Relationship of PVA Fiber Concrete under Uniaxial Compression

XIONG Yang, BAI Yinghua, YAN Yan

(SchoolofCivilEngin.andArchitecture,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

Abstract：Using SHT4106 electro-hydraulic servo universal testing machine, the paper conducted uniaxial compression tests on five groups of different fiber content LHFRC (layer hybrid fiber reinforced concrete) and LSFRC (Layered just fiber reinforced concrete) test cubes. The analysis of test results indicates that PVA fibers can slightly increase the compressive strength of concrete，However, Because of the incorporation of the fibers into the air will be part of the concrete matrix, this can reduce the force of the substrate. Therefore, the blending amount should not be too large, and the best content is below 1%. PVA fiber can effectively improve the concrete cube compressive deformation, making the concrete convert from brittle failure to a certain plasticity of failure modes. But LSFRC showed a stress-strain curve characteristic of high strength concrete. The rising phase has basically become a straight line and the declining phase is relatively steep, which can be even considered as non-declining.

Keywords：fiber reinforced concrete; layered ;uniaxial compressive: stress-strain curve

[收稿日期]2015-05-29

[作者簡(jiǎn)介]熊陽(yáng)(1989-)， 男，湖北應(yīng)城人，湖北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)榻ㄖc土木工程

[文章編號(hào)]1003-4684(2016)02-0097-03

[中圖分類號(hào)]TU37

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]：A