聚丙烯纖維再生混凝土梁抗裂性能試驗研究

孫 恒 叢 明 李佰壽 李珍淑

(1.延邊大學工學院結構工程學科，吉林 延吉 133002; 2.延邊大學工學院土木工程學科，吉林 延吉 133002)

聚丙烯纖維再生混凝土梁抗裂性能試驗研究

孫 恒1叢 明1李佰壽1李珍淑2*

(1.延邊大學工學院結構工程學科，吉林 延吉 133002; 2.延邊大學工學院土木工程學科，吉林 延吉 133002)

為了分析聚丙烯纖維對再生混凝土抗裂性能和極限承載力的影響,對10根梁構件進行了受彎試驗及對比分析,結果表明:聚丙烯纖維提升混凝土抗裂性能效果顯著,同時采用規范公式計算得出了構件極限受彎承載力與實測值相差小于2%,證明了采用規范公式計算的可行性。

聚丙烯纖維，再生混凝土，抗裂性能

0 引言

近年來建筑行業對混凝土的需求量越來越大，如果能夠較好的應用再生混凝土，勢必能夠妥善處置建筑垃圾，同時避免對自然資源的過度開采。國內外大量學者的試驗研究表明與相同配合比的天然骨料混凝土相比，由于再生骨料性質上存在較大差異，再生混凝土必然存在性能上的缺陷[1,2]。為了探究聚丙烯纖維對梁的抗裂性能和極限承載力的影響，對10根梁構件進行受彎試驗，并且根據試驗結果判斷現行GB 50010-2010混凝土結構設計規范的極限受彎承載力計算公式對聚丙烯纖維再生混凝土是否適用，為以后有關聚丙烯纖維再生混凝土梁的研究提供參考。

1 試驗設計

試驗選擇配制四種混凝土進行，經查閱文獻表明聚丙烯纖維摻量在1%時，對于混凝土的性能提升作用明顯[3]，所以確定聚丙烯纖維摻量為1 kg/m3，配合比見表1。

表1 混凝土配合比情況 kg/m3

其中聚丙烯纖維長度為16 mm,密度0.91 kg/m3，斷裂強度大于500 MPa,斷裂伸長率15%～35%，初始模量大于3.5 GPa；再生粗骨料的表觀密度為2 441 kg/m3，堆積密度1 288 kg/m3，吸水率5.2%，孔隙率47.3%。制作四組共計10根梁，梁的截面尺寸為200 mm×150 mm、跨度為1 500 mm,縱向受力鋼筋為4φ12、箍筋為φ8@100，各個試件的情況如表2所示。

表2 試件參數表

加載裝置使用實驗室具備的5 000 kN電液伺服壓力試驗機，測點布置及加載情況見圖1。全部試驗過程嚴格遵循GB/T 50512-2012混凝土結構試驗方法標準中的相關要求進行。

2 試驗結果分析

2.1 試驗現象

試驗加載直至構件破壞，大致可以分為三個階段：第一階段，混凝土未發生開裂，這一階段加載過程中所有構件均在梁跨中底端附近最先出現裂紋，無明顯差別；第二階段，混凝土開裂后到鋼筋屈服前，隨著荷載的繼續增加,裂紋數量增多,逐漸發展成裂縫,構件變形迅速增加,裂縫沿梁截面高度豎向發展,受拉區混凝土開裂后將不再起作用，由鋼筋承擔全部拉力，這一階段聚丙烯纖維再生混凝土梁的裂縫發展比再生混凝土梁更為穩定，裂縫寬度較小，與聚丙烯纖維混凝土梁相似，且裂縫間距比較均勻；第三階段，受拉鋼筋達到屈服直至構件完全破壞,隨著持續穩定的加載，儀器顯示的測量荷載迅速下降，構件隨即完全破壞，這一階段聚丙烯纖維再生混凝土梁能夠承受的荷載值明顯大于普通混凝土梁以及再生混凝土梁，具有更好的延性。

2.2 梁最大裂縫寬度及開裂彎矩

采用GB 50010-2010混凝土結構設計規范公式(1)對各個梁構件最大裂縫寬度Wmax進行驗算：

(1)

由于試驗過程中只能夠測量縱向受力鋼筋水平位置混凝土外邊緣處的裂縫寬度，所以測量的裂縫寬度比實際裂縫寬度要大。在進行計算時，參照經驗公式(2)計算兩者比值τ[5]：

(2)

梁裂縫寬度平均減小了10.8%，比再生混凝土梁裂縫寬度平均減小了20.2%，與聚丙烯纖維混凝土梁基本相同，所以聚丙烯纖維的添加對于抑制梁構件的裂縫的發展效果明顯，尤其對再生混凝土提升顯著。裂縫的數量方面，10根梁的裂縫數量基本相同，考慮可能由于尺寸限制，試驗效果并不十分明顯。

表3 試件裂縫數據

在計算梁構件的開裂彎矩時，根據GB 50010-2010混凝土結構設計規范控制等級為二級的裂縫在荷載標準組合下換算以后開裂彎矩Mc的計算公式為：

Mc=γmW0ftk

(3)

將10根梁構件的計算開裂彎矩與實際測量值比較分析，具體情況見表4[5]。

表4 試件開裂彎矩

從表4可以看出，聚丙烯纖維再生混凝土梁的開裂彎矩比普通混凝土梁提高了6.8%，比再生混凝土提高了14%，而較聚丙烯纖維混凝土降低了1.6%，這是由于再生骨料存在天然缺陷，減小了混凝土梁的開裂彎矩，而加入聚丙烯纖維后，開裂彎矩明顯提升。可見聚丙烯纖維對混凝土提高抗裂性能尤為重要，特別是對再生混凝土的抗裂性能提升更加顯著。

2.3 梁正截面極限承載力分析

根據GB 50010-2010混凝土結構設計規范簡化計算公式[4]：

(4)

?1fcbx=fyAs

(5)

計算各個梁的極限彎矩情況，與試驗測得的彎矩值進行比較，

具體數據見表5[5]。

表5 構件極限彎矩分析

3 結語

1)聚丙烯纖維的添加能夠阻礙混凝土的開裂，使普通混凝土與再生混凝土裂縫寬度分別減小了10.8%，20.1%，開裂彎矩分別提高了6.8%，14%，可見聚丙烯纖維提升混凝土抗裂性能效果顯著；同時能夠使普通混凝土梁與再生混凝土梁在受彎情況下的極限承載能力分別提高了3.9%，4.8%，說明聚丙烯纖維對梁受彎承載力有一定的提升作用。2)對于摻有聚丙烯纖維的普通混凝土以及再生混凝土梁構件，GB 50010-2010混凝土結構設計規范中正截面極限受彎承載力計算公式仍然適用，計算值與試驗值結果較為接近，相差小于2%。

[1] S.Nagataki,A.Gokce,T.Saeki,et al.Hisada,Assessment of recycling process Induced damage sensitivity of recycled concrete aggregates[J].Cement and Concrete Research，2004(5):29-30.

[2] 李 婷.再生骨料缺陷對再生混凝土力學性能的影響的研究[D].北京：北京交通大學，2013.

[3] 蘇曉薇,劉麗英.聚丙烯纖維混凝土的試驗研究[J].吉林水利，2012(10)：77-78.

[4] GB 50010-2010，混凝土結構設計規范[S].

[5] 叢 明.聚丙烯纖維再生混凝土梁受彎性能試驗研究[D].延吉：延邊大學，2012.

[6] 葉煥軍.玄武巖纖維混凝土梁受彎性能研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2011.

Experimental study of polyprophlene fiber recycled concrete beam crack resistance

SUN Heng1CONG Ming1LI Bai-shou1LI Zhen-shu2*

(1.YanbianUniversityEngineeringCollegeStructuralEngineeringDiscipline,Yanji133002,China;2.YanbianUniversityEngineeringCollegeCivilEngineeringDiscipline,Yanji133002,China)

In order to analyzes the influence of the polypropylene fiber recycled concrete beam crack resistance and the ultimate bearing capacity, the paper undertakes the flexural test and comparative analysis of the ten beam components, indicates by the result that the polyprophlene fiber can promote the concrete crack resistance performance obviously, concludes the discrepancy between the ultimate flexural bearing capacity of the components and the factual measured value is less than 2% by adopting the regular calculation, and proves the regular formula is feasible.

polypropylene fiber, recycled concrete, crack resistance performance

1009-6825(2014)22-0036-02

2014-05-12

孫 恒(1990- )，男，在讀碩士; 叢 明(1987- )，男，在讀碩士; 李佰壽(1954- )，男，碩士生導師，教授; 李珍淑(1965- )，女，高級實驗師

TU502

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