活性粉末混凝土軸拉試驗(yàn)技術(shù)研究

活性粉末混凝土軸拉試驗(yàn)技術(shù)研究

活動(dòng)混凝土（pmc）具有強(qiáng)度高、強(qiáng)度高、耐久性等特點(diǎn)。它的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)混凝土。這是土木工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的新材料[1.4]。鑒于抗拉韌性的提高是RPC材料的顯著特點(diǎn),因此進(jìn)行其軸拉力學(xué)性能試驗(yàn)研究具有重要的意義。在RPC受拉力學(xué)性能的研究中,已公布的研究資料主要集中在間接、直接的抗拉強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn),對(duì)其受拉應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的試驗(yàn)研究相對(duì)較少。另外,由于各單位采用的RPC原材料、配合比及養(yǎng)護(hù)條件不同,試驗(yàn)結(jié)果也有一定差異[5―8]。本文采用自行設(shè)計(jì)的加載裝置,成功進(jìn)行了3種鋼纖維體積率下的RPC軸拉全過程試驗(yàn),對(duì)比了鋼纖維摻量對(duì)RPC軸拉性能的影響。試驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn):對(duì)鋼纖維體積率Vf=1%、Vf=2%的試件,無須外部剛度加強(qiáng),在普通萬能試驗(yàn)機(jī)上就能夠順利測(cè)出軸拉全曲線的下降段,表現(xiàn)出RPC材料極好的抗拉韌性。1試驗(yàn)總結(jié)1.1試件的外夾式合作型試件本試驗(yàn)在1000kN普通電子液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,試件類型設(shè)計(jì)為中部截面尺寸減小的外夾式啞鈴型試件,中間受拉區(qū)向端部緩慢過渡,過渡段為圓弧形。試件外形及尺寸見圖1。試件夾具構(gòu)造見圖2。整套夾具包括上下球鉸、上下夾頭及4根輔助鋼柱,材質(zhì)均為45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。夾具采用球鉸對(duì)中并傳遞試驗(yàn)機(jī)拉伸荷載,外設(shè)的4根輔助鋼柱可以靈活裝卸。1.2極限拉伸值試驗(yàn)參考《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T5150-2001)對(duì)于混凝土軸心抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值試驗(yàn)取樣規(guī)定:以4個(gè)試件為一組,本試驗(yàn)每組樣本為4個(gè)試件。試驗(yàn)分組見表1。1.3試驗(yàn)加載及量測(cè)試驗(yàn)采用按應(yīng)力控制加載的方式。由于目前尚無混凝土軸心受拉全過程試驗(yàn)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),借鑒混凝土軸拉試驗(yàn)的文獻(xiàn)資料,將加載速率確定為0.2MPa/min。試件變形采用安裝在試件相對(duì)表面的一對(duì)位移傳感器量測(cè),同時(shí)通過在試件各表面對(duì)稱粘貼長(zhǎng)標(biāo)距電阻應(yīng)變片來測(cè)量縱向及橫向應(yīng)變。測(cè)試數(shù)據(jù)通過DH3816靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)采集。2試驗(yàn)材料及制作本試驗(yàn)中采用的RPC主要原材料為:水泥、微硅粉、石英砂(粒徑范圍為0―1.25mm)、高效減水劑、鋼纖維(特制短細(xì)鋼纖維,細(xì)圓形表面鍍銅,直徑0.22mm,長(zhǎng)度12mm―15mm,抗拉強(qiáng)度2800MPa)和水,其配合比采用本課題組試驗(yàn)研究的最優(yōu)配比[11―12],見表2。試件制備工藝:將各原材料按配合比稱量好,首先將砂子、鋼纖維倒入攪拌機(jī)中,干攪拌3min至均勻;再加入水泥、硅粉等膠凝材料,干攪拌1min;然后將水與高效減水劑混合后加入攪拌機(jī),攪拌5min―8min后出料;最后將攪拌好的RPC材料一次裝入試模,在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)成型。試件在養(yǎng)護(hù)室室溫養(yǎng)護(hù)36h后拆模;再放入蒸汽養(yǎng)護(hù)箱以75℃熱養(yǎng)72h后取出備用。為檢驗(yàn)同批材料的均勻程度,對(duì)每一軸拉試件同時(shí)制作了立方體抗壓試件,測(cè)得3組立方體試件的平均抗壓強(qiáng)度分別為98.7MPa、140.9MPa、159.1MPa,變異系數(shù)均小于0.1,表明各組軸拉試件材料均勻性較好。3試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),可以直接得到試件的軸力-變形(N-δ)曲線,其中軸力N為試件所承受的外加荷載測(cè)量值減去試件與夾具重量,變形δ為位移傳感器所測(cè)出的標(biāo)距內(nèi)縱向位移值。在數(shù)據(jù)分析中,需將N-δ曲線轉(zhuǎn)換應(yīng)力-應(yīng)變(σ-ε)曲線,其中σ=N/A,ε=δ/l,A、l分別為試件中部橫截面面積和變形測(cè)量標(biāo)距的長(zhǎng)度。由于每個(gè)試件都在相對(duì)側(cè)面安裝了位移傳感器,因此上述ε值為雙側(cè)計(jì)算數(shù)據(jù)的平均值。3.2鋼纖維體積率對(duì)rpc軸拉應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的影響試驗(yàn)前,由于對(duì)RPC的抗拉韌性把握不足,為得到其受拉應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的下降段,參考普通混凝土、普通鋼纖維混凝土等軸拉試驗(yàn)的文獻(xiàn)資料,考慮在試驗(yàn)機(jī)上輔設(shè)剛性原件以避免試件在測(cè)試中的突然破壞,因此在夾具設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留了添設(shè)鋼拉桿的空間。在試行試驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)在不添加鋼拉桿的情況下,對(duì)Vf=2%試件能夠順利測(cè)出其軸拉應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的下降段。為加強(qiáng)對(duì)比性,在正式試驗(yàn)時(shí)對(duì)三組試件都沒有添加輔助鋼桿,成功測(cè)得了鋼纖維體積率為Vf=1%及Vf=2%的RPC軸拉應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€。而Vf=0%的試件在試驗(yàn)中表現(xiàn)為一裂即斷,僅測(cè)到了軸拉應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的上升段。表3為主要試驗(yàn)結(jié)果(平均值)。圖3―圖5為各組試件實(shí)測(cè)軸拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線。其中L2組有1個(gè)試件失效,只測(cè)試出3條曲線。圖6為3種鋼纖維體積率時(shí)RPC軸拉應(yīng)力-應(yīng)變平均曲線對(duì)比。從圖6中可以看到,不同鋼纖維體積率的RPC軸拉應(yīng)力-應(yīng)變平均曲線的上升段斜率近似;隨鋼纖維摻量增加,RPC抗拉強(qiáng)度增大,表現(xiàn)為曲線峰值點(diǎn)提高。鋼纖維摻量大的曲線峰值后應(yīng)力穩(wěn)定段明顯增長(zhǎng),表明摻加鋼纖維后,RPC的抗拉韌性有很大提高,且提高程度隨鋼纖維體積率增加而增大。3.3鋼纖維試件破壞圖7是不同鋼纖維體積率時(shí)試件的典型破壞形態(tài),從圖7中可以看到,不同鋼纖維體積率的RPC軸拉試件破壞時(shí)都是橫向拉斷,只有一條主裂紋。當(dāng)Vf=0%時(shí),試件基本是一裂即斷,斷裂面兩側(cè)RPC仍很密實(shí),無掉渣現(xiàn)象。Vf=1%及Vf=2%時(shí),試件破壞時(shí)斷口都由于鋼纖維逐批拔出而參差不齊,在裂紋增寬過程中不斷有RPC碎渣掉落。隨鋼纖維含量增加,主裂紋更加蜿蜒,甚至出現(xiàn)分叉,如圖7(c)。摻加鋼纖維的試件破壞后,都表現(xiàn)為裂縫雖然寬度較大,但試件仍然連而不斷。對(duì)摻加鋼纖維后的試件,觀察其裂縫處形貌發(fā)現(xiàn):試驗(yàn)中鋼纖維都是拔出破壞,沒有拉斷;斷口處拔出的鋼纖維數(shù)量眾多,呈犬牙交錯(cuò)狀亂向分布,未拔出端仍深埋于基體中。亂向分布的鋼纖維是RPC由脆性破壞轉(zhuǎn)向韌性破壞的主要原因。4試驗(yàn)結(jié)果分析(1)對(duì)Vf=1%、Vf=2%的RPC軸拉試件,在普通萬能試驗(yàn)機(jī)上無需添加任何剛度輔助設(shè)施,能夠測(cè)出其軸拉應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€的下降段。(2)隨鋼纖維摻量增加,RPC抗拉強(qiáng)度增大;摻加鋼纖維后,RPC的抗拉韌性有很大提高,且提高程度隨鋼纖維體積率增加而增大。(3)從整個(gè)軸拉過程來分