早期鋼纖維混凝土與鋼筋混凝土平板實驗比較中英文對照

早期鋼纖維混凝土與鋼筋混凝土平板實驗研究比較作者丁一寧,WolfgangKusterle奧地利Innsbruck大學建材與材料測量學會1999年5月2日1999年7月30日發(fā)表摘要最近在一些地下建筑物中，鋼纖維混凝土取代鋼筋混凝土已經越來越普遍，因此對鋼纖維混凝土和傳統混凝土進行比較是非常重要的。假使鋼纖維混凝土在隧道中使用，獲得一個牢固穩(wěn)定的效果非常重要,為了避免爆破或鉆探對纖維混凝土的破壞，在早期獲得強度指標是非常重要的。與實際強度相比，隧道孔避在噴射完混凝土后就已經提前滿載，因此大多數事故發(fā)生在早期，為了評估板的抗剪和彎曲延性的發(fā)展,符合EFNARC標準混凝土實驗已經進行，測量是在樣品的早期進行，大約在10小時到48小時。所有版權歸ElsebierScience公司所有。重要詞匯：纖維混凝土；鋼纖維；鋼網；早期；平板實驗1.介紹眾所周知纖維對混凝土的影響是在后期，但是在目前，纖維混凝土與其他纖維混凝土和鋼筋混凝土的比較研究卻很少,尤其是齡期從2小時到兩天。噴射混凝土獲得早期強度是非常重要的。在Innsbruck大學建材與材料測試實驗室里,帶有纖維混凝土的噴射混凝土與傳統混凝土的早期強度的初步實驗已經完成，考慮噴射混凝土的回彈，反映原始噴射混凝土的級配曲線被使用。實驗混凝土的表現與EFNARC相符。在平板實驗中鋼筋網的位置與配筋率是很重要的。對這些實驗，金屬被放置在中間，被理想的放置在受拉面。在地下支護中，網孔或柵欄被直接固定在挖空面上是平常被采用的，鋼筋的最小配筋率是被用到的。2.測試鋼纖維混凝土平板的混合設計如下：隧道水泥（普通的波特蘭水泥）450kg/m3,合計（沙子0-8mm）1770kg/m3,可塑性1%，水泥含水率0.45，鋼纖維含量是20，40,和60kg/m3,并且纖維的長度是30mm，直徑0.5mm,末端帶鉤的縱橫比是60。根據奧地利的標準，鋼筋面積的網孔比率（CQS,直徑6mm,距離100mm，μ=0.19%）應滿足加強平板的最小配筋率。平板鋼筋的質量是0.714kg,就象鋼纖維混凝土平板的纖維含量是20kg/m3.為了研究鋼纖維混凝土的延展性和能量吸收性，非常有名的實驗已經完成。相同的梁的彎曲實驗已經被研究，由于如下的原因，板的實驗被認為能夠比梁能更好的檢測材料的性能。梁是一個靜態(tài)的系統并且只遭受縱向的彎曲。板是一個不確定的系統并且遭受兩個方向的彎曲，靜態(tài)不確定系統當達到第一個最大荷載時，允許壓力從新分配到另一個方向，板被認為在描繪隧洞和采礦的殼體結構是的兩個方向彎曲比梁更實際一塊600*600*100mm的實驗板的四個邊被鋼性金屬結構支撐并且在板的中間加載，加載面是100*100（如圖1），中間點的變形速度是1.5mm每分鐘圖1.板的實驗加載的變形曲線（如圖2）板的中間規(guī)定撓度是25mm,從加載的開始曲線就是撓度，給予能量是產生撓度的原因。2.結果平板實驗材料的韌性評估標準是能量吸收等級韌性等級能量吸收量（到225mm)a500b700c1000表12.110h時的性能撓度(mm)圖2圖2顯示的是不同纖維的纖維混凝土與在中間設置鋼網的鋼筋混凝土的在10小時的性能比較曲線。正如先前所提到的，鋼網的重量與容量是20kg/m3的纖維混凝土中的纖維重量相同，但是鋼筋混凝土的延展性和能量吸收性低于容量是20kg/m3的鋼纖維混凝土，在圖2中插入的平板曲線是典型的平板實驗，它于梁的實驗完全不同，因為與板相比梁只受限與一個方向,作用于兩個方向的板在發(fā)生第一次裂紋后表現出更大的承載能力。這個實驗說明如下：1．在第一次達到最大荷載是，由于在第二個方向上的壓力重分配，鋼纖維混凝土比同種纖維的梁表現的更穩(wěn)定。2.鋼纖維混凝土板比配有同等質量的鋼筋混凝土板能夠吸收更多的能量。3.SFRC40的韌性和能量吸收性與SFRC60相等或更好。圖3，4，5，6展示的是不同鋼纖維的鋼纖維混凝土與鋼筋混凝土在齡期為18，30和48小時的性能比較。圖32.2期為18小時的性能與圖2相比，鋼筋混凝土比SFRC48和SFRC60有更好的抗裂紋性能，知道撓度達到7mm時，它才能看到裂紋。1.到達極限荷載時，鋼筋混凝土繼續(xù)承載的能力比SFRC40和SFRC60下降的更快，顯示一個非常不穩(wěn)定的區(qū)域。2.在這個不穩(wěn)定的區(qū)域，SFRC40和SFRC60顯示比鋼筋混凝土更好的繼續(xù)承載能力。3.SFRC60的延性和能量吸收能力比SFRC40好。4.在10h的時候，配有相同質量鋼筋的混凝土板由于有更堅硬的混凝土塊，能比SFRC20和SFRC40吸收更多的能量。圖42.3齡期為30小時的性能圖4可以看出如下：SFRC40的性能與SFRC60的性能幾乎相同。SFRC40和SFRC60的延展性和能量吸收能力比SRC好。與在18小時的性能相似，配有同種質量鋼筋的混凝土板比SFRC20的板能夠吸收更多的能量.混凝土在30小時時比10小時時更加堅硬，鋼筋網和混凝土之間的拈合物和摩擦力變的更強，因此在整個撓度區(qū)域,混凝土板表現的比SFRC20更好。圖52.448小時時的性能如圖5，6所示如下：圖6與圖4相比，在延展性和能量吸收方面，SFRC40和SFRC60有明顯的不同。SRC的能量吸收能力比SFRC40高。在整個撓曲區(qū)域，只有SFRC60的延展性和能量吸收性好于SRC。平均值的計算結果在表2，表2和表1的比較如下：在齡期30小時，SFRC20在撓度為15mm獲得一個等級a,在撓度在20-25超過等級b.SFRC40,SFRC60和SFC在30小時超過等級c,撓度為25mm。在不同時期的混凝土作比較表明，從10小時到48小時只有延展性和能量吸收性SFRC60超過SRC。E(10mm)E(15mm)E(20mm)E(25mm)PLF2010135181.5214235.5PLF2018212299355393.33PLF2030446.67615.67740.67831.67PLF2048415.67594.67725.67827.67PLF4010159218.33255279.33PLF4018276385451.33493PLF4030711.331034.671269.331444PLF4048530.33783.67953.331067PLF6010145.67201.67236258.33PLF6018401545.67632.33686PLF603073210421238.51368PLF6048712103912621416.67PLM10108133.33154.67171.67PLM18421562652731PLM30534.33824.671001.671115.33PLM481080.671080.671080.671080.67表2一般來說，在表1中需求的能量吸收值不是太高，它不可能被20kg/m3低纖維含量達到或超過。與平板實驗研究相比，實驗梁的撓曲強度和能量吸收能力和抗壓強度，抗壓強度和撓曲強度的結果已經已經總結在表3，表4。增加鋼纖維幫助混凝土有脆性變成延性，提高抗壓強度的未凝結混凝土，然而在早期明顯的提高混凝土抗壓性能的趨向沒有發(fā)現。根據德國規(guī)范，梁的相同撓曲強度和能量吸收的結果寫在表4.壓強8h10h18h30h48h72h無纖維混凝土1.864.0313.8925.8732.5636.06SFRC202.355.1118.6326.3332.6537.52SFRC402.55.0815.523.532.4437.13SFRC601.83.8152533.337表3纖維混凝土齡期βbzDfbz2Equβbz2Dfbz3Equβbz3Dbz(kg/m3)(h)(N/mm2)kN*mm(N/mm2)kN*mm(N/mm2)(kN*mm)SFRC20100.390.450.162.330.142.71SFRC20182.132.540.916.140.9518.77SFRC20303.925.541.9729.321.7433.54SFRC20484.366.742.439.832.3644.93SFRC40100.651.110.47.80.468.47SFRC40183.357.352.5246.52.7650.29SFRC40303.528.042.8645.692.7149.69SFRC40486.314.755.2582.434.8889.91SFRC60100.772.120.7510.730.6411.53SFRC60182.756.972.4839.812.4342.88SFRC60303.969.033.2150.142.9754.77SFRC60484.1212.064.2968.594.0873.59SRC100.542.50.8914.230.8414.79SRC181.796.452.2932.381.9234.28SRC303.6810.893.8785.715.0889.97SRC484.2611.494.0886.285.1191.38表43.討論地上工程和地下工程有明顯的區(qū)別，在地上的建筑物由于有明顯的設計標準，評估28天的性能就以足夠安全。然而，作為地下建筑物，僅評估混凝土的齡期就不能充分估計安全因素，因為荷載變形條件和混凝土的性能在早期可能變化非?？?，所以調查SFRC和SRC過一段時間的性能變化是有必要的，這個發(fā)展在初期可能有統計學的意義。圖7圖7展示的是失敗的鋼筋混凝土平板模型10小時后的情況，混凝土平板是沖剪破壞，正如早期所提及的，由于在進行隧道開挖的情況下，鋼筋應滿足最小配筋率，沒有抗剪強度，而且鋼筋和未成型的混凝土之間的摩擦力和粘接物是特別底的，所以他不能提高抗剪作用。隨著混凝土的凝結，由于混凝土變硬和鋼筋和混凝土之間摩擦力和拈結力增強，他能承受比10小時時承受更大的剪壓力。因此，混凝土板破壞的主要形式是剪切破壞，在10，30，48h出現一些彎曲破壞的證據。圖8圖8展示的是在30h是低含量的纖維混凝土的破壞形式和裂紋形式。與SRC的破壞形式相比，SFRC板的破壞形式是伴有剪切破壞的彎曲破壞，隨著荷載的增加在板的下邊從中心加載出現一連竄的裂紋。破壞的原因主要由于縱向裂紋，板在加載曲線出現裂紋的地方穩(wěn)定。板的破壞形式從剪切破壞到彎曲破壞這表明：在板中兩向或三向分布的纖維，在一定程度上抗剪，因此鋼纖維可以極大的提高抗剪能力由于額外的纖維，也可以極大的提高延展性4.討論很多板的實驗用來調查不同的鋼纖維和鋼筋對混凝土和噴射混凝土的影響（1）纖維長度30mm,直徑0.5mm,縱橫比60（2）滿足最小配筋率的鋼筋放在中間。實驗性的和統計學的研究結果得到如下結論：鋼纖維提高了抗剪性能。當鋼纖維密度超過20kg/m3時有傳統的鋼筋混凝土剪切破壞變?yōu)殇摾w維混凝土的彎曲破壞。SFRC40被以為比SFRC20更高的韌性和能量吸收性，鋼纖維能顯著提高韌性?？墒窃?0小時時，SFRC40的能量吸收比SFRC60高，這就意味著從40到60kg/m3劑量區(qū)域，40kg/m3可能是一個經濟點。在10小時的時候SFRC20比SRC有更高的能量吸收性，可是18小時后卻比SRC低。這是一個重要的現象，鋼纖維對混凝土初期有更多的影響。只有纖維是60kg/m3的纖維混凝土可以取代配有最小配筋率的鋼筋混土。既然這樣，每塊SFRC60配的鋼筋的重量是SRC的3倍。5.符號μ:配筋率E(10mm):撓度10mm的能量吸收量E(15mm):撓度15mm的能量吸收量E(20mm):撓度20mm的能量吸收量E(25mm):撓度25mm的能量吸收量Dbe:鋼纖維混凝土梁能量吸收量(第一個裂紋出現之前和之后)Dfbe2:鋼纖維混凝土梁能量吸收量δ2=δ1+0.65(mm)[7]Dfbe3:鋼纖維混凝土梁能量吸收量δ3=δ1+3.15(mm)[7]βbz：梁的彎曲抗拉強度Equβbz2：相等的梁彎曲抗拉強度由δ2算出Equβbz３：相等的梁彎曲抗拉強度由δ3算出SFRCX：鋼纖維混凝土中的纖維含量。例如SFRC60鋼纖維混凝土中的纖維含量是６０kg/m3PLFXY：Ｘ是鋼纖維混凝土板的纖維含量，Ｙ是混凝土的齡期。例如PLF2010在齡期１