关于200MPa级活性粉末混凝土RPC抗弯性能试验研究.docx

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1、这周看了关于200MPa级活性粉末混凝土（RPC）抗弯性能试验研究的文章，根据试验得到的荷载-挠度全曲线,分析了钢纤维在RPC200梁中的抗弯工作机理,给出钢纤维含量对抗折强度的影响规律。RPC是1993年由法国公司研制的一种新型材料,它具有超高强度、高韧性、高耐久性及高温度适应性等优良特点。RPC获得高强高性能的制备措施是：（1）去除粗骨料提高匀质性（2）优化级配提高拌合物密实度（3）凝固后热养护改变微观结构（4）掺加微细的钢纤维提高韧性。前三条措施制备使得RPC具有很高的抗压强度，但其韧性并不能得到改观，实验证明在RPC中掺加适量钢纤维后其抗弯抗拉强度得到明显提高，同时可获得所需的高韧性和

2、延性。1试验（1）试验配比试验用RPC200,采用拉法基42.5#普通硅酸盐水泥,细骨料采用粒径范围O-125mm的细砂，硅粉粒径2Um以下，平均粒径0.31Hin左右，钢纤维直径0.22mm,长度1215mm,外加高效减水剂等。（2）试验方法试件尺寸为100mm100mm400mm,5种钢纤维含量，每组4个试件.试验在北京海智IOOOkN微机控制电液伺服压力试验机上进行,采用三分点弯曲方式加载，如图1所示.试验采用手动加载控制,荷载数据采用500kN压力传感器采集，三分点跨中挠度用位移传感器测得.试件的抗折强度弯曲韧性初裂强度以及抗折弹性模量试验均按文献6的方法进行。图1三分点弯曲试验装置图

3、2梁的弯曲折断破坏形态2试验过程及分析2.1试验过程描述试验过程观测到，RPC200试件均在梁体三分点内开裂，整个加载过程，可观察到一条主裂缝沿梁高方向稳定发展，试件开裂后，能清晰地听到试件内部钢纤维被拔出时发出的轻微声音，在试验加载的最后阶段，RPC试件仍未被完全折断,断面内仍然有钢纤维相连，断裂面较为整齐，如图所示，由于RPC是一种低孔隙率的超高性能混凝土，内部缺陷少，离散性较小，因此在试验中同种钢纤维混凝土的极限荷载和破坏形态基本相同，且不同钢纤维含量的试件破坏过程基本相似。图3是试验得出的荷载-挠度全曲线，可以看出对于不同钢纤维含量的RPC200梁，荷载峰值随着纤维含量的增大而提高，荷

4、载-挠度曲线随着钢纤维含量的增大而愈加丰满，呈现出更大的韧性由图3分析可知，荷载较小时,基体通过界面黏结力将荷载传至纤维,钢纤维与混凝土基体作为一个整体共同承担荷载,二者变形协调处于弹性阶段，荷载-挠度曲线呈直线.当荷载继续增大,拉区变形达到钢纤维混凝土初裂应变时,混凝土基体出现裂缝,跨越裂缝的纤维通过界面传递应力，使试件截面受力保持平衡.而普通高强混凝土，一旦发生裂缝扩展，便很快导致试件断裂，表现出很强的脆性。随着荷载的增大,基体内部微裂缝稳定扩展成为宏观裂缝,荷载-挠度曲线逐渐呈非线性变化.在此阶段,钢纤维通过界面粘结横贯裂缝传递应力,钢纤维混凝土仍能承受更大的荷载.随荷载的增长,混凝土基

5、体的裂缝继续扩展,钢纤维混凝土处于弹塑性阶段.此后，钢纤维在逐渐拔出的过程中，横跨裂缝连接混凝土,使钢纤维混凝土的承载能力仍有一定提高.钢纤维混凝土达到其极限承载能力的临界值后，裂缝失稳扩展，因钢纤维与基体间界面黏结强度逐步达到极限,钢纤维不断被拔出或被拉断,承载能力下降,跨中挠度增长较快.在此过程中，由于数目越来越多的钢纤维脱粘拔出或拉断，需要吸收很多能量，故荷载-挠度曲线缓慢下降，呈现出良好的韧性,并有裂而不断的特征。60504030201001RPC200-1RRPC200-2NRPC200-3NRpC2(XMK112345678跨中挠度mm(a)钢纤维含量80kgmJ807060504

6、03020100-RPC200-1-RPC200-2-RPC20O-3-RPC2(XM0123456789跨中挠度mm(b)钢纤维含量120kgm)图3荷载-挠度曲线mLkr.n :一 -O 0000000000 IO 987654321RPC200-1-RPC200-2RPC2OO-3RPC2(XM123456789IO111213跨中挠度mm(C)钢纤维含量160kgmJ3试验结果分析3.1RPC200抗折强度RPC200试件抗折强度为ffb,m=PmaX1/(bh?)(1)；b为试件截面宽度，mm;h为式中,Pmax为极限荷载，N;1为支座间距，mm试件截面高度，mm.RPC200试件初

7、裂强度为ffc,cr=Pcr1(bh2)(2)式中D为RPC200的初裂荷载,Ncr钢纤维的存在，明显地提高了RPC的抗弯刚度，钢纤维含量增加，使得混凝土界面负效应范围和效应强度减小，而正效应范围和效应强度增大，界面叠加增强,增加了正效应，减弱了负效应，使得基材中的应力场得到了很大改善，从而提高了RPC200的初裂强度和抗折强度，钢纤维对混凝土基体有明显的阻裂效应，试验统计数据见表1表1不同钢纤维含量RPC200抗折强度制纤维含ft/(kgm3)平均面MPa抗折强度标准差/MPa变异系教/%,修蜗搬.度均仅mm初裂强度,初裂跨帔度均值/mm平均倚MPa标准差/MPa变异系切8015.470.7

8、024.540.7912.280.75.700.47310018.641.0345.550.94714.960.775.150.61712022.10.8363.781.08917.530.653.710.63914025.691.6646.481.22820.61.336.460.66816030.161.8296.061.36423.871.767.370.738从表1可以看出，抗折强度和初裂强度的标准差和变异系数都比较小，试验离散程度低，这是RPC200材料属性决定的。RPC200弯曲强度随钢纤维含量增加而增大，弯曲强度存在一定线性关系，表明钢纤维含量是RPC抗拉抗折强度一个重要参数。通

9、过进一步试验，对实验数据线性回归，得出有一定概率保证的钢纤维含量同抗折强度的关系。32RPC200弯曲韧性系数普通钢纤维混凝土试验方法是用弯曲韧性指数来衡量其弯曲韧性，基于RPC材料同钢纤维混凝土的共同特点，试验中RPC200的弯曲韧性也采用此指标衡量，参照文献6中ASTMC1O18h和CECS13:89弯曲韧性计算方法，弯曲韧性指数为特征点与初裂点之间的能量比，八人。八。分别表示按3倍、5倍、15.5倍初裂挠度时对应的荷载挠度曲线下面积与出初裂挠度相对应荷载挠度曲线下面积的商值。理论弹塑性材料的韧性指数分别为人=5=10八。=30.表明了RPC200与理想弹塑性材料的偏离程度。把图3的荷载-

10、挠度曲线按照ASTMC1018方法积分计算，可得到，八八。八。图4(a)是韧性指数计算结果及各韧度指数同钢纤维含量关系曲线.从图4(a)中可以看出，钢纤维掺量对试件的韧度指数15和I1O影响不大，这两个韧性指数对钢纤维掺量大小不敏感.而钢纤维掺量对130影响相对较大，当钢纤维含量从80kgm3增至160kgm3时，其韧度指标130增加近1倍.3、3RPC200承载能力变化系数承载能力变化系数K反映了钢纤维对受压试件的增韧作用，其结果与理想弹塑性材料的承载能力变化系数Kn相比较，可评定其弯曲韧性Kr1计算方法为Kn(In-a)/(a-1)(3)式中，In为韧性指数,a为给定的挠度与初裂挠度的比值

11、.图4(b)K值的计算结果,表明了不同钢纤维含量对试件承载力变化系数的影响.5种不同钢纤维含量的RPC200的承载能力变化系数K5均高于理想弹塑性材料;而承载能力变化系数K10,随着钢纤维含量增加其值有明显的提高.3、4RPC200抗折模量抗折模量是设计路面、机场道面等的重要参数,也供检验RPC200构件挠曲变形时应用。抗折模量为试件最大弯曲应力为抗折强度50%时的加荷割线模量，即23dPCQnEtf=IO8加1式中，E为RPC200抗折模量，Mpa;尸,“,为最大应力为50%抗折强度时的控制荷载，N；为最大应力为50%抗折强度时的跨中挠度，mm。con抗折弹性模量计算结果如图所示：从图4(c

12、)可以看此RPC200的抗折弹性模量随着钢纤维含量的增加有明显的高,钢纤维含量从80kgm3增至160kgm3时,RPC200的抗折弹性模量增加了38.2%.4结论(1)钢纤维含量的增加，有利于提高RPC200初裂强度和抗折强度,钢纤维含量同初裂强度和抗折强度存在一定线性规律,可进一步通过大量试验结果,统计出钢纤维和RPC200抗折强度间的关系。(2)用ASTMC1018和CECS13:89钢纤维混凝土弯曲韧性试验和计算方法衡量的RPC200韧性试验表明,RPC200试件的峰值荷载随着纤维含量的增大而提高，荷载-挠度曲线随着纤维含量的增大而愈加丰满,呈现出更大的韧性;RPC200钢纤维含量对试

13、件的韧性指数人和乙。影响不大,而对八。敏感，钢纤维含量对RPC200增韧性能改变明显。(3)钢纤维含量对RPC200抗折弹性模量的影响较大,在配置RPC200时,可以根据工程需要,选用不同钢纤维含量，以满足功能要求。参考文献：1 RichardP,CheyrezyM.CompositionofReactivePowdeConcreteResearchJ.CementandConcreteResearch,1995,25(7):1501-1511.2 RichardP.ReactivePowderConcrete,aNewU1tra-High-StrengthCementitiousMateri

14、a1CPariS:Proceedingsofthe4thInternationa1SymposiumonUti1izationofHighStrength/High-PerformanceConcrete,1996:1343-1349.3闫光杰.200MPa级活性粉末混凝土(RPC200)的破坏准则与本构关系研究ED.北京:北京交通大学,2005.4姚武,蔡江宁,吴科如,等.钢纤维混凝土的抗弯韧性究J.混凝土,2002(6):31-33.5朱海堂,高丹盈,谢丽,等.钢纤维高强混凝土弯曲韧性的研究J.硅酸盐学报，2004,32(5):656-660.6中国工程建设标准化协会.CECS13:89钢纤维混凝土实验方法S.北京：中国计划出版社，1996.