超韌性纖維混凝土疲勞性能研究

【摘要】普通水泥混凝土是一種疏孔介質(zhì)狀的復合材料，用做路面的水泥混凝土在車輛荷載的反復作用下，內(nèi)部的疏孔可能發(fā)生應力集中，引起內(nèi)部微裂紋及裂紋的擴張。雖然路面混凝土的疲勞破壞在設計荷載范圍內(nèi)，但由于荷載作用的次數(shù)及頻率，足以導致混凝土產(chǎn)生疲勞，進而引起路面破壞。因此對纖維混凝土考察其疲勞性能的優(yōu)劣，關(guān)系到纖維混凝土使用壽命及對其耐久性的改善程度。

疲勞性能關(guān)系到道路水泥混凝土的使用壽命，抗疲勞性能優(yōu)良的道路混凝土有著較長的使用壽命。聚丙烯纖維混凝土疲勞性能的研究文獻很少。國外有關(guān)文獻報道了聚丙烯纖維混凝土的低周期抗壓疲勞強度的研究成果，為研究在結(jié)構(gòu)中使用聚丙烯纖維混凝土的抗震性能提供了參考。而以抗折強度為設計參數(shù)的路面混凝土的疲勞性能的研究文獻報道甚少。

近年來，有關(guān)聚丙烯纖維混凝土的研究備受國內(nèi)外專家的關(guān)注。如陳栓發(fā)進行了普通混凝土和聚丙烯纖維混凝土的抗壓強度、抗折強度及彎曲疲勞對比試驗，結(jié)果表明，聚丙烯纖維不但能使混凝土的強度提高（抗壓強度提高6.75%，抗折強度提高13.86%），在高應力水平下，更可成倍提高混凝土的彎曲疲勞壽命。劉鵬所得試驗結(jié)果基本與上述結(jié)果類似。

1 試驗概況

本文選用水泥：粉煤灰：砂：纖維：水=1：1：2：1.1%（占膠凝材料）：15%（水料比），進行彎曲疲勞試驗研究。分析比較了不同應力幅，不同應力水平對疲勞性的影響。

2.主要實驗設備及疲勞試驗參數(shù)確定

2.1. 主要實驗設備

疲勞試驗機采用美國MTS（850型）電液伺服式疲勞試驗機，試件按三分點法加荷（同前述彎拉試驗）。試驗前先對試件反復預加5kN荷裁，以消除因接觸不良而造成的誤差。

加載模式：應力控制；加載波形和加載頻率：加載波形采用連續(xù)正弦波形。試驗中為加快進度，相鄰波形間無間隙時間，同時為避免長時間試驗可能出現(xiàn)零點漂移而引起的脫空現(xiàn)象，從而對試件產(chǎn)生沖擊作用。

2.2疲勞試驗參數(shù)的確定

3. 試驗結(jié)果及分析

3.1實驗結(jié)果

所有試件在破壞前無明顯破壞現(xiàn)象，當達到疲勞強度后，試件突然破壞，由于纖維的作用，試件破壞后仍保持一定整體性，但已不具承載能力。

3.2疲勞方程的建立

現(xiàn)假定在不同應力比下，纖維試件的斷裂機理是一致的，即認為試件均是由裂紋引發(fā)、擴展所致。

4.結(jié)論

1、纖維對混凝土疲勞性能的改善非常顯著，同應力比的纖維混凝土疲勞循環(huán)次數(shù)也相應增加，且遠遠大于普通混凝土的疲勞性能。

2、試驗表明，應力比越大，纖維對混凝土的改性作用就越明顯，證實了維纖維的加入大大增強了混凝土的韌性。

3、混凝土疲勞過程是其內(nèi)部損傷的緩慢積累過程，對內(nèi)部缺陷有較高的敏感性。聚丙烯纖維對原生裂縫的細化作用和荷載傳遞功能對裂縫尖端應力場的鈍化作用對混凝土的疲勞壽命有較大的幫助。纖維在混凝土成型過程中對其內(nèi)部裂縫起到了良好的抑止作用，有利彌補混凝土的內(nèi)部缺陷。

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