玄武巖纖維混凝土的抗沖擊性能范文

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【摘要】采用直徑15μm的兩種長度的玄武巖纖維，制成不同纖維體積摻量的玄武巖纖維混凝土。對其進(jìn)行抗沖擊試驗，分析玄武巖纖維混凝土在低溫環(huán)境下的抗沖擊性能。結(jié)果表明：玄武巖纖維能夠提高混凝土在低溫環(huán)境下的抗沖擊次數(shù)。對試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析和失效概率預(yù)測，結(jié)果表明：威布爾分布可以有效地對基于U形試件的玄武巖纖維混凝土抗沖擊性能進(jìn)行統(tǒng)計分析。以玄武巖纖維混凝土在沖擊試驗中的初裂和終裂次數(shù)的自然對數(shù)來評價其抗沖擊性能，則在相同的失效概率情況下，玄武巖纖維混凝土的抗沖擊性能與玄武巖纖維的摻量近似呈線性關(guān)系。且在相同的失效概率和玄武巖纖維摻量的條件下，18mm長纖維對混凝土的抗沖擊性能的改善作用優(yōu)于6mm短纖維。

【關(guān)鍵詞】玄武巖纖維混凝土；低溫；抗沖擊試驗；抗沖擊性能；威布爾分布；失效概率

1前言

隨著高寒鐵路等低溫工程的陸續(xù)建設(shè)以及受全球極端氣候影響，混凝土在低溫環(huán)境下的性能變化情況逐漸受到重視。早在上世紀(jì)七八十年代歐洲、美國、日本等國家學(xué)者針對低溫環(huán)境下混凝土力學(xué)性能進(jìn)行了研究。其中沖擊強(qiáng)度是建筑材料重要力學(xué)性能，用來衡量材料的抗沖擊能力或判斷建筑材料的韌性，因此沖擊強(qiáng)度也稱為沖擊韌性?；炷恋拇嘈噪S強(qiáng)度的提高而上升。為在保證強(qiáng)度的同時提高其韌性，可采用添加纖維的方法。纖維在混凝土中能夠橋接宏觀裂縫，限制微觀裂縫的擴(kuò)展，提高混凝土的抗彎性能［1］、抗沖擊性，減小混凝土干縮裂縫［2－3］等等，改善了混凝土力學(xué)性能和耐久性。玄武巖纖維（BF）是一種由火山噴發(fā)形成的玄武巖礦石經(jīng)高溫熔融、拉絲而成的無機(jī)纖維材料，其外觀為深褐色，色澤與碳纖維相似［4］。BF具有獨(dú)特的力學(xué)性能、良好的穩(wěn)定性以及較高的性價比，這使其成為一種良好的混凝土增強(qiáng)材料，將BF摻入混凝土中制成的BF混凝土（BFRC）在建筑領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外學(xué)者已對BFRC進(jìn)行了研究。Sim等［5］研究了BFRC的物理，化學(xué)和力學(xué)等性能。潘慧敏等［6］對BFRC的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，給出了BF的最佳摻量范圍。李為民等［7－8］研究了BFRC的動態(tài)力學(xué)性能和沖擊力學(xué)性能。趙慶新等［9］采用了三點(diǎn)彎曲沖擊試驗裝置，結(jié)合超聲波測試技術(shù)，研究了BFRC的抗沖擊性能。上述實(shí)驗證明：BF的摻入可以有效提高混凝土的抗沖擊性能。目前已有的研究大多數(shù)是針對常溫下的BF對混凝土抗沖擊性能改善作用的研究，而對于低溫領(lǐng)域尚未有研究報道。本課題就是通過U型試件抗沖擊的方法來探索BF在低溫狀態(tài)下的抗沖擊性能，并采用威布爾分布對BFRC試件的抗沖擊次數(shù)進(jìn)行擬合，得出不同失效概率條件下BFRC的抗沖擊壽命。

2試驗設(shè)計與結(jié)果

2．1原材料配合比水泥為駱駝牌P•O42．5普通硅酸鹽水泥；實(shí)驗用砂為天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2．68的中砂；石子選用連續(xù)級配的碎石，粒徑5～20mm；水為普通自來水。本課題選擇的BF為短切BF，其短切長度為6mm和18mm兩種，性能參數(shù)如表1。水灰比為0．49，砂率為36％。

2．2試驗方法及結(jié)果試件采用課題組自行設(shè)計的U型混凝土試件（采用U型試件能夠預(yù)先確定試件開裂的位置，利于實(shí)驗結(jié)果的觀察和記錄，提高可預(yù)知性［11］），具體尺寸如圖1。采用標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓試驗進(jìn)行混凝體抗壓強(qiáng)度的測試，試件尺寸為100×100×100mm。實(shí)驗結(jié)果如表3?；炷猎嚰尚?4h后脫模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)25d后放入低溫－30℃養(yǎng)護(hù)72h，在常溫條件下擦干進(jìn)行沖擊試驗。

3統(tǒng)計分析

3．1威布爾分布通過威布爾分布對BFRC沖擊試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。

3．2不同失效概率下lnN－VB曲線根據(jù)式（4），（5）和式（6），對不同VB（BF體積摻量）條件下的BFRC使用威布爾分布擬合。

4結(jié)論

1．BF的摻入可以改善混凝土的在低溫環(huán)境下的抗沖擊性能，且在試驗配比的范圍內(nèi)，BFRC的抗沖擊性能隨BF摻量的增加而提高。同纖維摻量的情況下，摻入長度18mm的長纖維的BFRC的初裂和終裂沖擊次數(shù)N1和N2均大于摻入長度6mm纖維的BFRC。2．采用威布爾分布對本文的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，通過數(shù)據(jù)擬合建立了沖擊次數(shù)N和失效概率P之間的函數(shù)關(guān)系式。結(jié)果表明威布爾分布可以有效地對基于U形試件的BFRC抗沖擊性能進(jìn)行統(tǒng)計分析。3．以BFRC在沖擊試驗中的初裂和終裂次數(shù)N的自然對數(shù)的值來評價其抗沖擊性能，則在相同的失效概率情況下，BFRC的在低溫條件下的抗沖擊性能與BF的摻量近似呈線性關(guān)系。且在相同的失效概率和纖維摻量的條件下，長纖維對混凝土的抗沖擊性能的改善效果優(yōu)于短纖維。

作者：朱涵1，2；劉昂1；于泳1 單位：1．天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，2．天津大學(xué)濱海土木工程結(jié)構(gòu)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗室