配筋UHPC板抗弯性能实验研究

开展8组共16个配筋UHPC板的四点弯曲实验,讨论配筋率、钢纤维掺量和板厚等对其破坏模式、开裂、极限荷载、荷载位移曲线等的影响,初步优化钢筋的配置方式、配筋率、钢纤维掺量等.结果表明,配筋UHPC表现出优越的抗裂性能;破坏过程为下层先弯拉开裂、钢筋屈服,随之钢纤维部分拔出,直至UHPC压碎,最终达到极限荷载;裂缝分布主要集中在纯弯段,板底部有1～3条明显主裂纹,最大主裂缝宽度均超过2 mm,呈现出适筋破坏现象;相比开裂荷载,配筋对极限荷载影响更大;受拉区钢筋单层和双层的设置形式对其抗弯承载力影响很小,而延性呈现不同的变化规律;钢纤维掺量在一定范围内增大有助于提高开裂荷载,能够缓解开裂后刚度的退化,但当钢纤维掺量超过4.5%后,出现半脆性破坏.     

撒布式混杂钢纤维再生混凝土力学性能

为了研究撒布式混杂钢纤维再生混凝土的力学性能,以混杂钢纤维撒布层数和掺量为参数,对混凝土试块进行抗压、劈拉及弹性模量试验。结果表明:随着混杂钢纤维撒布层数的增加,抗压强度整体变化不大,劈拉强度逐渐呈现上升趋势,弹性模量、拉压比、弹强比随层数变化规律不明显;但弹性模量均较普通再生混凝土降低,拉压比均较普通再生混凝土增大,弹强比有增大也有减小;随着混杂钢纤维掺量的增加,抗压强度先增大后减小,劈拉强度、弹性模量逐渐增大,拉压比、弹强比先减小后增大。撒布混杂钢纤维层后,再生混凝土的破坏由脆性转变为具有一定的塑性。     

配筋超高性能混凝土井盖试验及现场使用性能测试

对7个井字肋和1个十字肋的配筋超高性能混凝土（UHPC）井盖进行承载能力试验和有限元分析,试验参数为井盖结构形式和钢纤维掺量. 试验结果表明,井字肋UHPC井盖的极限承载力、 结构刚度和延性均优于十字肋UHPC井盖;井字肋UHPC井盖可满足钢纤维混凝土检查井盖对C250级井盖的强度要求. 其次,对井字肋UHPC井盖在重交通等级作用下开展现场使用性能测试,表明UHPC井盖在使用过程中产生噪音和跳动均较小,具有良好的抗振动和抗车辆冲击性能;其最大裂缝宽度不超过0.2mm,符合钢纤维混凝土检查井盖的规定.     

含粗骨料超高性能混凝土力学性能研究

针对超高性能混凝土(UHPC)胶凝材料用量大,前期成本高等问题,通过在UHPC体系中掺入粗骨料,用河砂代替石英砂,成功制备了具有优异力学性能的含粗骨料UHPC,并通过试验研究了粗骨料掺量以及钢纤维几何参数对含粗骨料UHPC力学性能的影响.结果表明:随着粗骨料掺量的增加(0~800kg/m3),UHPC抗压强度先增加后下降,静力受压弹性模量几乎呈线性增加;粗骨料掺量为0~400kg/m3时,UHPC抗弯拉强度和初裂强度变化较小,粗骨料掺量为400~800kg/m3时,UHPC抗弯拉强度和初裂强度明显下降;随着粗骨料掺量的增加(0~800kg/m3),UHPC弯拉荷载-挠度曲线变化明显,弯曲韧性明显下降,但均存在应变硬化过程;随着钢纤维长度增加,UHPC的抗压强度、抗弯拉强度以及弯曲韧性均增加,但是静力受压弹性模量和初裂强度变化较小.     

钢纤维增强自密实橡胶混凝土力学性能研究

采用正交试验设计的方法,研究了钢纤维掺量、橡胶粉掺量、水胶比和砂率对钢纤维自密实橡胶混凝土力学性能的影响。研究结果表明,钢纤维自密实橡胶混凝土表观密度随着钢纤维掺量的增加而逐渐增加,随着橡胶粉掺量、水胶比与砂率的增加而逐渐减小;抗压强度随着钢纤维掺量、橡胶粉掺量、水胶比与砂率的增加有逐渐减小的趋势;劈裂抗拉强度随着钢纤维掺量的增加而增加,随着橡胶粉掺量增加而减小;拉压比随着钢纤维、橡胶粉掺量的增加逐渐增加,但随着水胶比与砂率的增加,出现了波动。最终得出:钢纤维自密实橡胶混凝土的韧性优于基准自密实混凝土。     

超高性能混凝土轴心受拉力学性能试验研究

为了研究钢纤维掺量对超高性能混凝土(UHPC)轴心受拉力学性能的影响,设计、制作了纤维掺量为0%~5%的6组8字型单轴受拉试件,标准养护28d后进行单轴拉伸试验,得到了不同纤维掺量UHPC单轴受拉应力-应变全曲线;分析了钢纤维掺量对UHPC抗拉强度、峰值应变以及受拉韧性的影响.试验结果表明:在不影响UHPC工作性能的前提下,纤维掺量可达到5%,其抗拉强度为8.50MPa,对应的应变为1 619με;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的抗拉强度、峰值应变、抗压强度以及受拉韧性均逐渐提高.最后依据试验数据建立了UHPC单轴受拉本构方程.试验结果可为UHPC材料的工程应用提供参考.     

超高性能混凝土市政排水管道外压性能试验研究

为提高市政混凝土排水管道的强度和耐久性能，提出利用超高性能混凝土（UHPC）制备市政排水管道，并对不同钢纤维掺量和环向钢筋间距下管道的外压性能进行试验研究。结果表明：钢纤维和环向钢筋对于管道破坏荷载贡献比较明显，随着钢纤维掺量增加、环向钢筋间距的减小，管道的破坏荷载越大；钢纤维和环向钢筋只有在适宜配制情况下才能发挥最佳的抑制裂缝产生的效果；当采用58%水泥+12%矿粉+10%粉煤灰+20%硅灰的胶凝材料配合比以及1.4%的钢纤维掺量和80mm环向钢筋间距时，市政排水管道的裂缝荷载和破坏荷载均满足Ⅲ级管道检验标准，故推荐此配合比方案作为管道制备方案。     

钢纤维掺量对R-UHPC矩形梁弯、剪受力性能的影响

钢纤维掺量会影响超高性能混凝土(UHPC)的抗拉、抗压强度等材性,进而影响钢筋UHPC(R-UHPC)矩形梁的受弯、受剪性能.开展纤维掺量对R-UHPC梁抗弯、抗剪极限承载力的影响分析.结果表明,随纤维掺量的提高,R-UHPC梁的抗弯、抗剪承载力均相应提高.但由于钢纤维对抗弯、抗剪极限承载力的贡献量不同,提高的作用也不同.钢纤维掺量对R-UHPC梁抗弯承载力的影响远小于它对抗剪承载力的影响.对于R-UHPC矩形梁,存在一个临界的钢纤维掺量.当钢纤维掺量小于此值时,梁将受剪破坏,反之,将受弯破坏;临界钢纤维掺量附近的R-UHPC梁则可能发生弯剪复合破坏.此外,钢纤维掺量还会影响矩形梁的斜裂缝开裂荷载.     

钢纤维掺量对FRP管约束超高性能混凝土轴压性能的影响

为研究钢纤维掺量对FRP管约束超高性能混凝土(UHPC)轴压性能的影响,以FRP管厚和钢纤维掺量为变量,设计制作了27个FRP管约束UHPC (UHPC-FFT)圆柱和9个无约束UHPC圆柱试件,通过单调轴压试验研究钢纤维掺量对不同约束刚度UHPC-FFT试件极限应变、抗压强度的影响.结果表明:FRP管厚是影响UHPC-FFT轴压性能的关键因素,增大管厚能大幅提高UHPC-FFT的抗压性能.管厚较小的UHPC-FFT试件变形经历线弹性、软化和线性强化3个阶段,而当管厚增大到能提供足够约束时,试件变形将从线弹性阶段直接过渡到线性强化阶段.加入钢纤维能减缓初始峰值荷载后的荷载突降,且试件破坏后仍保持为整体.钢纤维掺量的影响在管壁较薄的试件中表现得较为明显;当管壁足够厚时,钢纤维影响较小.     

钢纤维增强RPC受拉应力—应变曲线试验

为得到钢纤维增强活性粉末混凝土(RPC)的受拉应力—应变曲线,采用自行设计的试验装置,完成了不同钢纤维体积掺量(Vf)时活性粉末混凝土的轴向拉伸试验,测出了Vf=1%、2%的活性粉末混凝土受拉应力—应变全曲线。试验结果表明,钢纤维增强RPC的受拉应力—应变全曲线分为上升段、峰值后应力骤降段、应力稳定段和下降段;随钢纤维掺量的增加,钢纤维增强RPC的抗拉强度、峰值应变、弹性模量增大,受拉破坏形式从脆性转变为延性。RPC的受拉峰值应变与其他混凝土相比无明显提高,其裂后延性优势应结合配筋形式发挥。     

不同形状钢纤维对UHPC受拉性能影响的试验研究

钢纤维对UHPC基体的增强增韧作用,受到其材料、形状、尺寸和掺量等因素的影响.本文采用优化设计后的狗骨试件尺寸,以目前应用最多的圆直钢纤维和弓形钢纤维为对象,对UHPC材料进行单轴拉伸试验研究,并与抗折、劈裂强度试验结果进行对比分析;分析在钢纤维体积掺量为2%的情况下,单掺不同形状圆直钢纤维和弓形钢纤维对UHPC基本材料性能的影响,并分析纤维增强系数和长径比之间的关系.掺有钢纤维的试验组,随纤维长径比的增大,应力-应变曲线中的弹性段峰值点增大,硬化段增长,软化段变得平缓,曲线所包围面积也增大.掺弓形钢纤维试验组曲线下降段呈现锯齿形.掺量相同时,圆直长纤维对轴拉强度、极限应变、弹性模量的提高效果明显,短纤维对初裂强度的提高效果明显.弓形钢纤维增强的UHPC,随纤维长径比的增大,其轴拉强度、极限应变、弹性模量和断裂能增强,其初裂强度递减.纤维增强系数和其形状、长径比有关.     

钢纤维混凝土的拉压比试验

考虑钢纤维体积率、混凝土基体强度和钢纤维类型等参数,采用标准试件150 mm×150 mm×150 mm的立方体进行抗压和劈裂抗拉试验,分析各因素对混凝土拉压比的影响.结果表明:钢纤维能提高混凝土立方体抗压强度和劈拉强度,显著改善混凝土受压和受拉破坏形态,使其保持良好的整体性;钢纤维的加入能提高混凝土的拉压比,且拉压比随钢纤维体积率的增加而逐渐加大,增幅最大达到27.4%;钢纤维混凝土的拉压比随基体强度提高而减小,但对比素混凝土降幅明显减小;波纹形钢纤维和端钩形钢纤维均能提高混凝土的拉压比,波纹形钢纤维优于端钩形钢纤维,而螺纹形钢纤维最差,降低了混凝土的拉压比.     

高温中纤维纳米改性橡胶混凝土力学性能试验研究

纤维纳米改性橡胶混凝土(SFNS-CRC)是一种新型环保高性能混凝土,通过对其标准立方体试件高温中力学性能试验,探究温度、钢纤维体积率和纳米二氧化硅掺量对该种新型改性橡胶混凝土抗压和劈裂抗拉强度的影响.选用橡胶体积掺量为10%,的橡胶混凝土,在此基础上考虑了4种不同钢纤维体积率(0,、0.5%,、1.0%,、1.5%,),3种不同纳米二氧化硅掺量(0、1%,、2%,)和4种不同温度(20,℃(室温)、200,℃、400,℃和600,℃).抗压和劈拉性能试验在实验室自行研制的混凝土材料高温中力学性能抗压和劈拉试验机上进行.试验分析了试件的破坏形态、高温中质量损失、试件抗压和劈裂抗拉强度的变化及破坏机理.研究结果表明:钢纤维和纳米二氧化硅对橡胶混凝土高温中力学性能改性效果较为理想,同时使橡胶混凝土高温中的破坏形态得到极大改善,试块完整性更好,趋于延性破坏;高温中SFNS-CRC抗压和劈裂抗拉强度提高显著,且后者提高更加明显;随钢纤维掺量增加,高温中试件强度逐渐提高;纳米二氧化硅最佳掺量为1%,.     

纳米碳酸钙和聚乙烯醇纤维增强混凝土抗弯拉性能

为探究纳米CaCO_3和PVA(聚乙烯醇)纤维对混凝土的抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量的影响,采用三分点加载试验方法测试混凝土的抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量。研究结果表明:在纳米CaCO_3混凝土中掺入PVA纤维,可以显著提高混凝土抗弯拉强度,在试验PVA纤维掺量范围内,随着PVA纤维掺量的增加,混凝土的抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量均呈现先增大后减小的趋势;当PVA纤维掺量为0.05%时,其抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量均达到最大值;在混凝土中掺加适量的纳米CaCO_3(3%),随着纳米CaCO_3掺量的增加,混凝土的抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量逐渐增加,当纳米CaCO_3掺量超过3%时,随着纳米CaCO_3掺量的增加,其抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量逐渐减小。     

钢纤维掺量对R-UHPC梁受弯性能影响的研究

以钢纤维掺量为主要参数,进行了5根R-UHPC梁的受弯性能试验.分析了试验梁的荷载-挠度曲线、截面应变和破坏状态.试验结果表明:UHPC材料根据其极限拉应变与钢筋屈服应变的关系,可分为U0类、U1类和U2类.U0类UHPC受拉应力-应变曲线无硬化段,当材料出现开裂,UHPC就退出工作,其抗弯极限承载力不应考虑UHPC的抗拉贡献.U1类、U2类有硬化段,材料开裂后,UHPC并未退出工作,尤其是U2类的R-UHPC梁,UHPC拉应力对梁抗弯极限承载力贡献率大于20%,在计算时需要考虑这部分贡献.从纤维掺量对UHPC抗拉性能出发,推导了R-UHPC梁抗弯极限承载力的计算方法,其结果稳定,且与实测值吻合较好.     

钢纤维间距对UHPC双丝拉拔性能的影响

通过双根钢纤维拉拔试验,研究超高性能混凝土（UHPC）中钢纤维间距（2?mm、 4?mm、6?mm、8?mm、10?mm和12?mm）对钢纤维在UHPC中拉拔性能的影响,采用0.2?mm的镀铜直圆形钢纤维,制作6组双丝试件和1组单丝试件进行拉拔试验. 通过拉拔荷载-滑移曲线、平均黏结强度、钢纤维最大拉拔应力等参数,并结合扫描电子显微镜（SEM）,观察了拔出后钢纤维的微观外貌、UHPC基体的隧洞微观形态和破坏部位的微观形态,全面分析了钢纤维的间距对UHPC基体-钢纤维拉拔性能的影响. 试验结果表明：钢纤维拉拔结果具有一定的离散性;双丝拉拔试验的最大拉拔荷载小于相应单丝结果的两倍;钢纤维和UHPC基体隧洞有着不同程度的损伤,双丝试件中的钢纤维表面划痕和基体隧洞的孔洞破坏较单丝严重,单丝试件的隧洞内壁则相对完整.     

钢筋-超高性能混凝土界面黏结性能试验

为研究轻薄UHPC构件内钢筋-UHPC界面间的黏结性能,以钢筋直径、黏结长度和保护层厚度为变量设计了多组配筋UHPC拉拔试验,并探讨各设计变量对钢筋-UHPC界面黏结性能的影响.基于试验结果,分析各设计参数对配筋UHPC试件破坏形式、黏结应力-滑移曲线、黏结锚固强度及其对应滑移量等因素的影响.研究表明：钢筋直径、黏结长度和保护层厚度的变化对配筋UHPC界面黏结性能影响较大;极限黏结强度及滑移量随黏结长度的减小而增加,随钢筋直径增加而先增加后降低;随保护层厚度变薄,极限黏结强度降低而滑移量增加.钢筋直径为12 mm和16 mm时,配筋保护层厚度和黏结锚固长度分别不宜小于1.5倍和4倍直径;直径为8 mm的钢筋黏结锚固长度不宜小于3.5倍直径.基于数理统计法归纳的配筋UHPC界面极限黏结强度及临界锚固长度计算式与试验结果误差较小.     

钢纤维混凝土复合层路面材料的力学性能

研究了钢纤维掺量为0～2.0%时对C40混凝土的力学性能的影响,并研究了最优配合比条件下不同组合尺寸的复合式混凝土的力学性能及经济性.结果表明:钢纤维混凝土的抗压强度随钢纤维掺量增加而增大,在钢纤维掺量为1.5%时,抗压强度提高27%,弯拉强度提高50%;钢纤维的掺入使混凝土的荷载位移关系由弹性变形破坏为主转变为弹塑性变形破坏形式,混凝土路面易脆性断裂的不良性能得到改善;钢纤维掺量为1.5%的钢纤维混凝土与普通混凝土按照1∶3的厚度比例组合成的两层式复合钢纤维混凝土具有良好的强度、抗变形性能和经济效益.     

密闭条件下UHPC的收缩性能试验研究

进行4组对比试验,研究密闭与非密闭条件下超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)的收缩性能差异,分析不同钢纤维掺量、水胶比及粉煤灰掺量对密闭条件下UHPC自收缩和抗压强度的影响.研究结果表明,UHPC的自收缩和干燥收缩在早龄期阶段发展迅速,14d的自收缩值为114d自收缩值的80%~90%,6d后干燥收缩值不再增长;密闭条件下自收缩值占非密闭条件下总收缩值的82.8%,远大于干燥收缩值;随钢纤维掺量的增加,自收缩值随龄期的变化规律无显著变化,早龄期的自收缩值略微减小,抗压强度呈现先增大后减小的现象;增加粉煤灰掺量或水胶比可以减小自收缩值,但对抗压强度会产生削弱作用;粉煤灰的掺入改变了自收缩值随龄期的变化规律,并产生"滞后效应";基于试验结果对现有的UHPC自收缩预测模型进行了修正,修正后的预测模型可为工程设计提供参考.     

撒布式混杂钢纤维再生混凝土梁抗裂性能

为了降低工程造价与施工难度,改变整体式钢纤维再生混凝土中钢纤维的掺入方式,同时选用最优钢纤维混杂比例,采用撒布式混杂钢纤维结构形式,分析了钢纤维掺量和纵筋配筋率对再生混凝土梁抗裂性能的作用规律。结果表明：撒布式混杂钢纤维再生混凝土梁的加载经历与基准组再生混凝土梁基本类似,都出现了弹性、开裂、屈服、破坏4个特征。随着混杂钢纤维掺量的增加,开裂荷载提高了33.3%～66.7%,裂缝数量增加了2～3条,裂缝宽度、平均裂缝间距与纵筋应变均有不同程度的减小,梁的抗裂能力逐渐增强。随着配筋率的增长,开裂荷载略有增大,极限荷载提高显著,梁破坏时的裂缝逐渐变宽,裂缝数量与纵筋应变减少,平均裂缝间距先小幅减少后增加。