还担心混凝土出现裂缝?来试试"钢纤维"!

  大量研究表明在混凝土中加入钢纤维可显著增强混凝土的延展性与抗拉强度,从而可提高混凝土建筑的抗爆抗冲击性能. 目前在施工作业中普遍应用的是直钢纤维或钩尾钢纤维. 上述种类的钢纤维只能在混凝土基体中提供二维平面黏结,在混凝土构件受力开裂下极其容易发生钢纤维与混凝土脱离的情况,从而限制了钢纤维提高混凝土建筑抗爆抗冲击性能的有效性. 本文针对建筑的抗爆抗冲击安全需求设计开发了螺旋钢纤维混凝土建筑材料,并开展了分离式霍普金森杆(SHPB)和落锤试验,对材料与梁构件在高速冲击下的响应进行了研究. 结果表明,与传统钢纤维相比,螺旋钢纤维可有效控制混凝土开裂,对提高防护建筑抗爆抗冲击性能有着极大的贡献.

 

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      大量试验研究表明,在混凝土中加入离散的短钢纤维可明显增强混凝土的抗拉强度、延展性及抗冲击性能.因此,钢纤维混凝土(steel fiber reinforcedconcrete,SFRC)复合材料被越来越多地用来建造高层、大跨及防护建筑.防护工程要承受可能的冲击与爆炸作用,设计者需要了解 SFRC 材料在动载作用下的性能.国内外很多学者通过考虑不同形状的钢纤维,对 SFRC 材料的动态性能进行了大量研究.Lok等[4]采用分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressurebar,SHPB)装置进行了钩尾(hooked-end)SFRC 材料的动态压缩试验研究,试验结果表明,尽管钩尾钢纤维可显著增强混凝土试件峰后延展性,但当应变率超过 50,s-1 时,由于钢纤维与混凝土基体的脱离,相对于素混凝土材料,SFRC 材料的抗冲击性能提高程度十分有限.另有试验表明,钢纤维的形状与长度都对SFRC 的抗爆抗冲击性能有着重要影响.

 

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  值得注意的是,无论在实际工程应用还是实验室试验中,目前普遍采用的是直(straight)钢纤维或钩尾钢纤维.此类钢纤维只能在二维平面的一个或两个方向上为混凝土基体提供黏结,在高速冲击下极易导致钢纤维与混凝土基体脱离现象的发生.因此,改进钢纤维的形状,以提高钢纤维与混凝土基体之间的锚固与摩擦黏结,可直接有效地增强 SFRC 的抗爆抗冲击性能.

 

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  螺旋形钢纤维的几何形态简单,易于加工制作;同时因其与混凝土基体存在三维接触,可极大增强钢纤维与混凝土基体的黏结力,进而减少钢纤维与混凝土基体脱离情况的发生,显著增强 SFRC 的抗爆抗冲击性能.鉴于此,本文提出了螺旋钢纤维的概念,并对螺旋 SFRC 材料进行了静力与动力冲击加载的试验研究.试验中设置了钢纤维体积分数为 1%,的钩尾SFRC、螺旋 SFRC 以及不含钢纤维的素混凝土圆柱试件,利用液压伺服刚性压力机测试试件在静态单轴压缩及劈裂下的力学性能;同时利用 SHPB 装置,对SFRC 试件进行冲击试验以测试在动态荷载下的材料属性;此外,制作了 SFRC 梁试件,开展了落锤冲击荷载下 SFRC 梁的抗弯试验,证实了螺旋钢纤维对增强混凝土结构抗爆抗冲击性能的有效性.

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文章来源:达人投稿
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