活性粉末混凝土断裂性能的试验研究

第9卷第6期 建 筑 材 料 学 报 V01．9，No．6 2006年12月 JOURNALOFBUILDINGMATERlALS Dec．，2006 文章编号：1007—9629(2006)06—0654—06 活性粉末混凝土断裂性能的试验研究 姚志雄1’2， 周 健1， 周瑞忠2 (1．同济大学地下建筑与工程系，上海200092；2．福州大学土木建筑工程学院，福建福州350002) 摘要：采用虚拟裂缝模型结合线弹性断裂力学，分析了掺与不掺纤维活性粉末混凝 土(RPC)的断裂特性．结果显示，RPC中掺入钢纤维后，其裂缝的扩展受到限制，而断裂 韧度、裂缝尖端亚临界扩展量和裂缝尖端张开位移(CTOD。)大大提高，韧性得到显著改 善．另外还给出了掺与不掺纤维RPC各断裂参数随纤维掺量的变化规律，分析了其断裂 破坏的机理． 关键词：纤维增强；断裂韧度；虚拟裂缝模型；裂缝尖端亚临界扩展量；纤维掺量 中图分类号：TU528 文献标识码：A ExperimentalStudyonFracturePropertiesof ReactivePowderConcrete(RPC) YAOZhi—xion91～，ZHOUJianl，ZHOURui—zhong 2 (1．DepartmentofGeotechn0109icalEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，China； 2．CollegeofCivilandArchitectureEngineering，FuzhouUniversity，Fuzhou350002，China) Abstract：ThefracturepropertiesofRPCandfibrereinforcedRPCareanalyzedwithFictitious CrackModel(FCM)incombinationwithlinear—elasticfracturemechanics．Theresultsshowthat thecrackpropagationiscontrolledandthefractureparameterssuchasfracturetoughness，pre— criticalpropagationlengthandCTOD。aregreatlyinfluencedbyfibrevolumefractioninRPC． Thepaperpresentstherelationshipbetweenfractureparametersandthefibrevolumefraction， andprobesintoitsfracturefailuremechanism． Keywords：fibrestrengthen；fracturetoughness；FictitiousCrackModel；pre—criticalpropagation length；fibrevolumefraction 活性粉末混凝土(reactivepowderconcrete，简称RPC)是20世纪90年代初由法国布尹 格(Bouygres)公司率先研制成功的一种新型建筑材料．它是根据最大密实性原理，剔除粗骨料(即 采用最大粒径为630p．m的细砂为骨料)，由水泥、磨细石英粉、硅灰和高效减水剂在适当的养护制 度下制成的．由于增加了组分的细度和反应活性，因而被称为活性粉末混凝土．RPC具有超高的强 度(抗压强度可达200MPa)、优异的耐久性和抗渗性，在石油、核电、航空工程以及军事设施等领域 中有着广阔的应用价值和发展前景。RPC在工程界的应用和研究还刚刚处于起步阶段，国内外只 限于对其基本力学性能如抗压、劈拉和抗渗等进行初步研究，而对其断裂特性的研究仍不多．初步 研究表明，其固有的脆性问题始终比较突出．脆性断裂不仅使该材料的性能得不到充分发挥，而且 收稿日期：2005—12—21；修订日期：2006—04—21 作者简介：姚志雄(1978一)，男，福建人，同济大学博士生．E—mail：bearer@126．tom． 万方数据 第6期 姚志雄等：活性粉末混凝土断裂性能的试验研究 还很容易带来灾难性的工程事故．因而提高RPC的延性，降低该材料的脆性是当前RPC技术发展 必须解决的紧迫课题．笔者将虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合，在大约75个构件试验数据 的基础上，初步探讨了掺与不掺纤维RPC的断裂特性，以求为RPC的更深入研究提供有意义的参 考． 1 断裂韧度 混凝土的裂缝扩展机理及其定量描述一直是混凝土结构理论的一个重要基础性课题，受到国 际学术界的重视，而对RPC断裂性能的研究只是刚剐起步．以前对混凝土断裂性能的研究大都运 用线弹性断裂力学原理[1]，即根据其承受的极限荷载P。。。和裂缝的初始长度a。得到其断裂韧度 K。。，其实这并未考虑混凝土裂缝尖端的亚临界扩展量Aa。．众所周知，混凝土是一种准脆性材料， 根据虚拟裂缝模型[2’3]，其裂缝扩展时裂缝尖端受到一个起粘聚作用的闭合力d(z)的作用，它使裂 缝端部产生了局部的卸载，缓解了端部的应力集中程度，削弱了端部的应力奇异性，结果使端部的 应力强度因子(KI)有所降低．笔者将虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合，获得了有关试验试 样Aa。的数值解，并进而得到了RPC的起裂韧度(K罐)、断裂韧度(K。。)和裂缝尖端张开位移 (CTOD。)等参数．限于篇幅，下面仅简要介绍各参数的计算过程． 由荷载P产生的应力强度因子K。，可直接由线弹性断裂力学公式计算[1] KIP-7．53寿／hSec磐Zh·√‘g荔 (1)，． ‘、， Z九 式中：a为某时刻裂缝长度；h为试件高度；t为试件厚度． 由闭合力盯(z)产生的应力强度因子Kf可按文献E4]所给的公式进行计算 Kf一．J。。2a(z)F(詈，詈)／vqTdx (2) 热啭引一鬻一 一。az、Y口l，盯(z)则采用下式计算 ————o+ (，一詈)2 {等筹一F0．83--1"76xta冲一，l √，一(詈)2 、 盯(z)一f。(z—a)／(n—ao) 其中：，。为RPC的劈拉强度．上式不仅简单，而且可以满足计算精度要求嘲． 临界状态裂缝长度a。可由下式迭代确定嘲 CMOD。一％笋州曲 式中：CMOD。为临界状态时的裂缝口张开位移，s为试件跨度，E 为RPC的弹性模量．如采用跨高比s／h一4的标准三点弯曲梁，则 V、(a)一o．76—2．28a+3．87a2—2．04a3+丁#等 式中：a一(口。+^。)／(h+^。)，a。一a。+Aa。，h。为夹式引申仪的刀口 厚度． 如把裂缝尖端张开位移CTOD。看成是裂缝扩展到临界状态 时其对裂缝口张开位移的贡献，则根据几何关系(见图1，图中r为 扩展半径)应有 CTODc—iA再aci·CMODc．口。十△口。 图1 CTOD和CMOD的关系 Fig．1RelationshipofCTODand CMOD 万方数据 656 建筑材料学报 第9卷 断裂准则认为：当K—K叠，裂缝起裂，起裂韧度K罐一K，。一Kf；当K罐 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 指标. 2.学位论文 王占桥 纤维增强与加固混凝土断裂与粘结性能 2007 纤维混凝土(Fiber Reinforced Concrete，FRC)是在混凝土基体中均匀掺入乱向分布的短细纤维所形成的具有较高韧性的复合材料。随着FRC材料的 广泛应用，改进纤维混凝士结构的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方法，建立合理的FRC断裂判据成为广大科学工作者关注的问题。由于纤维混凝土体系的复杂性，国内外在纤维混 凝土断裂性能方面的研究还不很系统，得到的结论著别较大，尤其是随着混杂纤维混凝土影响因素的增加，混杂纤维混凝土断裂性能的研究还没有一致 的结论。 纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer，FRP)复合材料由于其优异的性能，使FRP加固混凝土结构的研究和工程应用在近年来得到 了迅速发展。众多的工程实践和试验研究表明，FRP与混凝土的剥离是FRP加固混凝土结构破坏的主要形态之一，是决定加同成功与否和制约预期加固成 效的关键因素。目前，关于FRP与混凝土粘结性能的研究方法大多是采用单剪或双剪试验。这些试验方法虽然可以在一定程度上反映FRP与混凝土的粘结 特性，但与实际的FRP加固混凝土结构中FRP受力状况并不一致。 在混凝士基体中加入少量的纤维改善混凝土自身的特性，在本质上表现为提高了 混凝土基体抵抗裂纹扩展的能力，从而可以改善其与FRP之间的粘结性能。但是这种改善作用如何评价?如何建立与FRP和混凝土粘结强度计算衔接的 FRP和SFRC粘结强度的计算模式?目前还没有试验研究。 本文基于断裂力学基本理论，研究了钢纤维增强混凝土(steel fiber reinforced concrete，SFRC)、钢纤维增强高强混凝土(steel fiber reinforced high-strength concrete，SFHSC)、聚丙烯纤维增强高强混凝土(polypropylene fiber reinforced high-strength concrete，PPHSC)和钢纤维-聚丙烯纤维混杂增强高强混凝土(hybrid steel and polypropylene fiber reinforced high-strength concrete，HFHSC)的断裂性能。并利用切口三点弯曲梁粘贴FRP修正梁试验方法研究了FRP片材与混凝土以及与SFRC的粘结性能。主要研 究内容如下： 1．通过13组共72个尺寸为100mm×l00min×515mm切口梁试件的三点弯曲试验，研究了钢纤维体积率(ρf)和钢纤维类型对SFRC断裂 韧度(K<,IC>)、断裂能(G<,F>)、临界裂缝张开位移(CMOD<,C>、CTOD<,C>)和转动因子r等的影响。结果表明：钢纤维的加入可以显著改善混凝土基体的 断裂性能，且随着ρf的增加，SFRC断裂性能均有不同程度的提高；与铣削型和剪切波纹型钢纤维相比，切断弓型钢纤维可以极大地改善SFRC的断裂性能 。SFRC及其对比组混凝土三点弯曲梁试件的裂缝开展是围绕某一点转动，当CMOD达到某一定值后，CTOD/CMOD趋于一定值，转动因子r趋于稳定，且随着 ρf的增加，r有减小的趋势；钢纤维类型对r影响不显著。混凝土的r值为1.001，SFRC的r值为1.1234。基于对试验数据的统计分析，建立了与普通混凝 土断裂参数计算相衔接的SFRC断裂参数计算模式和修正的SFRC断裂参数计算模式。 2．通过26组共144个尺寸为100mm×100min×515mm切口梁试件 的三点弯曲试验，研究了pf、切口深度和钢纤维类型等对SFHSC的断裂韧度、断裂能、临界裂缝张开位移和转动因子等的影响，探讨了混凝土基体强度和 试验方法对上述断裂参数的影响。结果表明：在高强混凝土(high-strengthconcrete，HSC)中加入钢纤维可以极大地改善HSC的断裂性能，且随着ρf的 增加，SFHSC断裂性能有较大幅度的提高，尤其断裂能的提高最为显著；切口深度变化对SFHSC及其对比组HSC的K<,IC>和G<,F>影响没有共同特征；切断 弓型钢纤维与铣削型和剪切波纹型钢纤维相比，可以极大地改善SFHSC的断裂性能；不同混凝土基体强度影响钢纤维效应的发挥，试验方法对试验结果的 影响不显著；对应于某一切口深度，铣削型SFHSC的转动因子值趋于一定值，且r与ρf之间没有相关性，但随切口深度的增加略有增加；在试验ρf范围 内，铣削型SFHSC的r为0.5013。基于试验数据的统计分析，建立了与普通混凝土断裂参数计算相衔接的适用于不同强度的钢纤维增强混凝土断裂参数的 计算模式和改进的计算模式；计算结果表明：改进的计算模式可以偏安全地通过混凝土断裂参数预测钢纤维增强混凝士的断裂参数。 3．通过8组 共44个尺寸为100mm×100mm×515mm切口梁试件的三点弯曲试验，研究了聚丙烯纤维掺量(W<,f>)对PPHSC断裂韧度、断裂能和临界裂缝张开位移影响。试 验结果表明：在试验聚丙烯纤维掺量范围内，聚丙烯纤维的加入对HSC断裂韧度影响不显著，可以有限提高HSC的断裂能，但是对裂缝张开位移的改善作 用有限。PPHSC的K<,IC>及其增益比与W<,f>之间没有相关性，但随着W<,f>的增加，G<,F>及其增益比均表现了良好的增加趋势，PPHSC的CMOD<,C>和 CTOD<,C>呈下降趋势，CMOD<,C>和CTOD<,C>增益比与W<,f>之间没有相关性；试验方法对PPHSC断裂参数有不同程度的影响，尤其对G<,F>的影响最为显著 。聚丙烯纤维主要改善高强混凝土裂后行为。最后基于试验数据的统计分析，建立了PPHSC断裂参数的计算模式。 4．通过10组共55个尺寸为 100mm×100mm×515mm切口梁试件的三点弯曲试验，研究了钢纤维和聚丙烯纤维混杂增强高强混凝土的断裂特性和钢纤维与聚丙烯纤维的纤维混杂效应。 试验结果表明：在试验钢纤维和PP纤维混杂条件下，HFHSC的K<,IC>及其增益比变化与W<,f>没有相关性，但随着W<,f>的增加，HFHSC的G<,F>、 CMOD<,C>和CTOD<,C>及其增益比均表现了良好的增加趋势；HFHSC断裂参数随ρf的增加都表现出良好的增加趋势；钢-PP纤维整体上表现了较好的正混杂 效应，尤以断裂能混杂效应最为显著；钢纤维在HFHSC断裂性能改善方面起主导作用，聚丙烯纤维在改善HFHSC断裂性能方面有局限性。 5．通过 18组共90个尺寸为100mm×100mm×515mm的FRP片材加同切口三点弯曲切口混凝土梁的粘结试验，研究了碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer，CFRP)片材粘结厚度、粘结长度和混凝土强度等级等对加同梁峰值荷载、峰值挠度及CFRP与混凝土粘结性能、有效粘结长度和FRP粘结应力分布 的影响，分析了玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer,GFRP)粘结厚度对加固梁峰值荷载和GFRP与混凝土粘结性能及粘结应力分布等的 影响，同时，并利用CFRP和GFRP片材的混杂，研究了混杂片材(hybrid fiber reinforced polymer, HFRP)与混凝土之间的粘结性能。试验结果表明：随 着FRP粘结厚度的增加，加固梁的峰值荷载有不同程度的提高；加固梁挠度与FRP的材性密切相关，随着CFRP厚度的增加，加固梁挠度呈减小的趋势，但 GFRP粘结厚度的增加可以不同程度提高加固梁挠度；FRP片材刚度、粘结宽度和粘结长度等影响FRP与混凝土之间极限粘结力，其增强效应与FRP厚度为非 线性关系；混凝土强度等级对CFRP与混凝土粘结性能影响不显著；有效粘结长度与FRP刚度有关，CFRP粘结长度超过有效粘结长度后，其与混凝土的粘结 性能不再提高。基于试验结果的统计分析，提出了适用性较强的FRP片材与混凝土有效粘结长度和极限粘结力的计算公式，并结合前人试验成果对本文计 算公式进行了验证，计算结果与试验结果一致性较好。 6．通过16组共80个尺寸为100mm×100mm×515mm的CFRP片材加固SFRC切口三点弯曲梁和对 比组混凝土切口三点弯曲梁的粘结试验，研究了ρf、CFRP粘结长度等对CFRP与SFRC粘结性能的影响。试验结果表明：钢纤维的加入可以在一定程度上改 善混凝土基体与CFRP的粘结性能，且随着ρf的增加，加固SFRC梁承载能力和峰值荷载均表现了良好的增加趋势，CFRP与SFRC的极限粘结力和CFRP的粘结 应力也有不同程度的提高；SFRC与CFRP之间也存在有效粘结长度的影响，当粘结长度超过有效粘结长度后，CFRP与SFRC之间的粘结性能不再提高。钢纤 维的加入可以提高CFRP与钢纤维混凝土的有效粘结长度，且随着ρf的增加，有效粘结长度也随之增加。钢纤维的加入改善了CFRP的应力分布。通过对试 验数据的分析，分别建立了与普通混凝土相衔接的CFRP与SFRC有效粘结长度以及极限粘结力的计算公式，计算结果与试验结果一致性较好。 3.期刊论文 武艳霞.Wu Yanxia 纤维增强砂浆的断裂韧度K1C试验研究 -太原理工大学学报2000,31(4) 利用柔度法测定了不同龄期、不同配方下纤维增强砂浆试样的断裂韧度KIC,得到了掺入纤维可使材料韧性增强的结论. 4.学位论文 谢雷 碳纤维布加固混凝土三点弯曲梁断裂性能研究 2008 碳纤维增强复合材料(CFRP)已经在混凝土结构修复加固领域得到广泛应用。对于CFRP加固混凝土梁从而提高构件的承载力和刚度方面，国内外学者 已经进行了大量的理论分析和试验研究。然而，对于CFRP加固混凝土结构断裂机理的研究还比较匮乏。 随着结构分析方法的不断发展，混凝土断 裂机理的研究也得到了学者们广泛的重视。基于前人的分析理论，本文的主要研究内容包括混凝土等效断裂韧度解析方法的推导和CFRP加固混凝土梁 KR阻力曲线的计算。具体内容概括如下： 本文首先对混凝土等效断裂韧度的解析方法进行推导，此节内容基于虚拟裂缝模型，提出一种计算混凝 土三点弯曲梁等效断裂韧度的解析方法，并将虚拟裂缝面上粘聚力分布曲线简化为双线性。采用该方法，只要测得混凝土弹性模量Ec和抗折强度fr，就 可以计算梁的临界等效裂缝长度ac和极限荷载Pmax，进而求得等效断裂韧度KICS，而不需要进行断裂试验。 其次，基于线弹性断裂理论和虚拟裂 缝模型，对CFRP加固的混凝土标准三点弯曲梁抵抗裂缝扩展的断裂性能进行了试验研究和理论分析。采用试验中测得的加固梁的P-CMOD曲线，计算得到 了裂缝扩展阻力曲线(KR阻力曲线)，并对不同试件高度和不同初始缝高比的加固梁所得KR阻力曲线进行了对比。结果表明，CFRP加固的混凝土梁也存在 断裂过程区长度减小的现象；纤维布的阻裂作用是影响CFRP-混凝土复合结构阻裂性能的关键因素：保持加固梁尺寸不变，改变初始缝高比或者保持加固 梁的初始缝高比不变，改变梁的尺寸，对CFRP-混凝土复合结构的阻裂性能均无影响。 5.期刊论文 周瑞忠.姚志雄.石成恩.ZHOU Ruizhong.YAO Zhixiong.SHI Cheng-en 活性粉末混凝土为基底材料的断 裂和疲劳试验研究 -水力发电学报2005,24(6) 采用虚拟裂缝模型结合线弹性断裂力学的方法,分析了RPC(活性粉末混凝土)及纤维增强RPC的断裂特性;结果显示,RPC中掺入钢纤维后,裂缝的扩展受 到限制,材料的断裂韧度、裂缝亚临界扩展量大大提高,材料韧性显著得到改善.用Instron电液伺服式疲劳试验机对试件施加循环荷载测其疲劳寿命,分析 知疲劳寿命满足威布尔概率分布.本文给出107个试件的各种断裂参数随纤维掺量的变化规律,分析其破坏的机理. 6.学位论文 高淑玲 PVA纤维增强水泥基复合材料假应变硬化及断裂特性研究 2006 日本一家公司开发的高强高模聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，简称PVA)纤维K-Ⅱ可乐纶(REC15)应用在很多方面都对基体的韧性有很大的提高 ，PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA fibeI-reinforced cementiriotls composites，简称PVA-FRCCs)，是以水泥或以水泥加填料为基本粘结料，或者再 加上小粒径细骨料作为基体，再加入体积掺量不大于2％～4％的PVA纤维做增强材料复合制成的建筑用材料。此种材料的特点是具有较高韧性，其拉应变 值将近是混凝土的100倍，这种材料本身所具有的应变-硬化特性是实现稳态开裂的结果，也是这种材料独特韧性的来源，由于此种材料饱和多条裂缝宽 度较小，低于100μm，以期将此种材料用在水工混凝土结构中，有效地防止结构开裂，极大地提高水工结构的耐久性。本文基于此完成了以下工作： 1.对PVA-FRCCs使用的原材料性能、投料顺序的影响以及搅拌工艺进行了大量的试验，得到既节省时间、又有利于纤维分散、流动性好的配制方法。 2.对PVA-FRCCs圆柱体试件进行单轴抗压试验，得到其抗压应力-应变曲线，其抗压强度不是很高，在16MPa～33MPa，但峰值荷载对应的拉应变比混凝 土高3～6倍，极限压应变是混凝土的将近100倍。 3.分别利用外夹式和粘贴式两种方法在1000kN微机控制液压伺服试验机、2.50kNMTS-NEW上进行 无切口和两边切口单轴直接拉伸试验，得到硬化的应力-应变全曲线，极限拉应变最大可达到0.7％甚至更高，并伴随着密集的多条裂缝的出现，裂缝宽 度小于100μm，对假硬化的应力.应变全曲线进行了分析与模拟，建立拉应力的计算公式。 4.进行了与无切口直接拉伸试件同尺寸的单边切口薄板 直接拉伸试验，得到硬化的荷载P-裂缝口张开位移(crack mouth opening displacement，简称CMOD)曲线(以下简称P-CMOD曲线)，不仅在预制切口端部 出现多条裂缝，在远离切口处还有多条微小裂缝出现，且裂缝开裂形式受切口长度的影响，将硬化的P-CMOD曲线分为5部分进行分析，并利用断裂力学的 方法计算分析了此种材料不同部分的断裂韧度。 5.利用两种缝高(65mm，50mm)楔入劈拉试验对比分析对比研究了高强混凝土、高强钢纤维混凝土 、玻璃纤维增强水泥基复合材料、钢纤维增强水泥基复合材料、PVA-FRCCs的韧性，分析对比它们的P-CMOD曲线的特性，得出PVA纤维增韧效果最好的结 论。PVA-FRCCs的起裂荷载可以利用P-CMOD曲线得到，高强混凝土和高强钢纤维混凝土的起裂荷载利用全桥电测法得到，并计算得到临界裂缝扩展长度。 6.与单边切口直接拉伸类似，PVA-FRCCs得到硬化的P-CMOD曲线，在预制缝端乃至远处同样有多条裂缝的出现；PVA-FRCCs开裂后，在硬化段产生了 多条微小裂缝，并产生较大的塑性区，缝端已不是单缝开裂，适用于混凝土等半脆性材料的断裂能和双K断裂准则无法应用，本文评价了应用于硬化材料 的J积分和韧性指数这两种分析方法，并提出起裂断裂韧度、水平外力总功 W<,F>、微裂纹耗散能的韧性评价方法。 7.学位论文 范玲玲 钢纤维混凝土韧性试验研究 2002 该文围绕异型钢纤维增韧性能做了如下研究工作:◆分析了钢纤维增强、增韧机理理论(复合材料理论、纤维间距理论以及界面粘结理论)在钢纤维混 凝土受力变形状态下使用的范围.并综合三种理论,分析钢纤维受力破坏时钢纤维对混凝土的变形特征和破坏规律的影响.◆系统分析了现有钢纤维混凝土 韧性评价方法研究成果,总结出普遍存在的不足及局限性,给出建立钢纤维混凝土韧性指标评价方法所应依循的原则.在此基础之上,建立了以断裂力学为 理论基础的钢纤维韧性评测方法——断裂~CMOD韧度指数法;◆提出钢纤维混凝上强韧双重指标概念.初步给出建立钢纤维混凝土增强、增韧统一理论计算 公式思想.◆针对不同种类异形钢纤维进行了弯曲韧性、断裂韧性、立方体抗压强度等试验.◆运用断裂~CMOD韧度法、《钢纤维混凝土试验方法标准》 CECS 13:89推荐的弯曲韧性指数评价方法和美国ASTM C1018-89标准推荐的韧度设计值分析该文中的试验结果. 8.期刊论文 欧阳幼玲.陈迅捷.方璟.张燕驰.OUYANG You-ling.CHEN Xun-jie.FAN Jing.ZHANG Yan-chi 纤维增强 水泥复合材料断裂韧性研究 -水利水运工程学报2006(2) 用紧凑试件的拉伸试验方法研究了碳纤维和聚丙烯纤维对掺入了30%粉煤灰或10%硅粉的水泥砂浆断裂韧性的影响.对纤维增强水泥砂浆的抗裂增韧机 理进行了初步分析.试验结果表明,高弹性模量的碳纤维对水泥砂浆既能增强,又可显著增韧;低弹性模量的聚丙烯纤维对水泥砂浆只能增韧. 9.学位论文 李兰 活性粉末混凝土断裂性能试验研究 2007 活性粉末混凝土(RPC)是一种新型复合材料，其断裂性能的研究还是处于刚刚起步阶段。很少文献对这种材料断裂过程中的各种断裂参数做定量的分 析，更少对该材料的断裂特性进行深入研究，做出定性分析。 试验制备了高强混凝土(C80)和钢纤维含量为0％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％的 活性粉末混凝土三点弯梁，尺寸为400×100×100mm，缝深比为0.40，测得荷载～加载点位移曲线、荷载～裂缝开口位移曲线，并用虚拟裂缝模型结合线 弹性断裂力学对试验测得数据进行计算分析，初步研究了两种材料的基本力学性能和断裂性能。研究中探讨了混凝土材料、钢纤维掺量的不同对RPC的抗 压强度、劈拉强度以及各断裂参数如断裂能、断裂韧度、裂缝的亚临界扩展量等的影响。研究结果表明，高强混凝土(C80)的断裂性能略优于素活性粉末 混凝土，其断裂能为素活性粉末混凝土的1.26倍；但比纤维增强活性粉末混凝土的断裂性能要差很多，其断裂能为纤维增强活性粉末混凝土的 1/61～1/27、特征常数为纤维增强活性粉末混凝土的1/6～1/5、延性指数为高强混凝土(C80)的1/30～1/25、断裂韧度为纤维增强活性粉末混凝土的 1/10～1/5。可以看出钢纤维对活性粉末混凝土增强增韧效果明显；结果显示，断裂能随纤维体积掺量的增大而增大，而断裂韧度、延性指数、特征常数 和裂缝的亚临界扩展量等参数随钢纤维体积掺量体现出不同的影响规律，不是随体积掺量呈单调变化，而是存在一较优掺量；分析结果显示钢纤维掺量 在0.5～1.0％增强效果较佳；对试验得到的数据进行分析，给出了各力学参数随纤维体积掺量的变化趋势；在分析数据的基础上，对RPC断裂过程、断裂 机理做了初步探讨，剖析了纤维对RPC的增强增韧机理。 10.期刊论文 宋桂明.吴士平.吴洪飞.周玉 加压烧结工艺对碳纤维增强TiC复合材料力学性能的影响 -粉末冶金技 术2001,19(6) 采用真空加压烧结工艺制备了20%(体积分数)短碳纤维增强TiC复合材料(C1/TiC),研究了加压烧结温度、烧结时间和烧结压力对力学性能的影响.烧 结温度由1900℃提高到2100℃,复合材料的横向断裂强度和断裂韧度分别由387MPa和4.14MPa·m1/2提高到593MPa和6.87MPa·m1/2,当烧结温度再提高到 2200℃,强度和韧性反而有所下降.加压压力由20MPa提高到35MPa时,横向断裂强度和断裂韧度分别由557MPa、6.41MPa·m1/2提高到602MPa和 6.92Mpa·m1/2.当保温时间由0.5h提高到2h时,复合材料的横向断裂强度和断裂韧度分别由568MPa、6.53MPa·m1/2提高到593MPa和 6.87MPa·m1/2.Cf/TiC复合材料合适的烧结工艺是在2100℃、30MPa下烧结1h,所制备的材料的相对密度为97.6%,弹性模量为416GPa,横向断裂强度为 593MPa,断裂韧度为6.87MPa·m1/2. 引证文献(2条) 1.毛灵涛.王文贞.刘红彬.鞠杨.柳喜.张国栋 光弹性贴片法研究钢纤维活性粉末混凝土断裂性能[期刊论文]-实验 力学 2009(3) 2.鞠杨.刘红彬.陈健.贾玉丹.彭培火 超高强度活性粉末混凝土的韧性与表征方法[期刊论文]-中国科学E辑 2009(4) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jzclxb200606005.aspx 下载时间：2010年2月7日