劍麻珊瑚混凝土撓度曲線及應力應變曲線研究★

莫 倩 劉存鵬*

(1.廣西交通職業技術學院，廣西南寧 530023; 2.桂林理工大學南寧分校，廣西南寧 530001)

劍麻珊瑚混凝土撓度曲線及應力應變曲線研究★

莫 倩1劉存鵬2*

(1.廣西交通職業技術學院，廣西南寧 530023; 2.桂林理工大學南寧分校，廣西南寧 530001)

通過建立荷載—撓度曲線模型，擬合了不同劍麻纖維摻量下珊瑚混凝土的荷載—撓度曲線，并研究了其應力—應變全曲線隨劍麻摻量的變化關系，采用兩段式表達了劍麻纖維珊瑚混凝土應力—應變全曲線。

劍麻纖維，珊瑚混凝土，撓度曲線，應力應變曲線

0 引言

不破壞當地生態環境，用海水代替淡水，珊瑚砂代替粗骨料或者細骨料配制而成的珊瑚混凝土在土木工程和軍事工程上具有重大的現實意義。要解決其實際應用問題就必須研究其力學性能，應力—應變全曲線和撓度曲線是影響研究珊瑚混凝土變形性能的兩個重要因素，本文通過試驗研究擬合了不同劍麻纖維摻量下珊瑚混凝土的荷載—撓度曲線，研究其應力—應變全曲線隨劍麻摻量的變化關系，為劍麻纖維珊瑚混凝土在其他領域的應用提供參考。

1 試驗概況

1.1 原材料及配合比

水泥的強度等級為P.O42.5;砂為普通的天然河砂;水為拌合的海水;粗骨料為珊瑚砂，其級配良好，筒壓強度為1.98 MPa，吸水率為16.5%;劍麻纖維的長度為15 mm左右。參照JGJ 51—2002輕骨料混凝土技術規程進行配合比設計，劍麻纖維珊瑚混凝土的設計強度等級為C30。

1.2 試驗方案

本試驗的荷載—撓度曲線采用了三點彎曲試驗來完成，立方體試件的邊長為150 mm，其中跨中切口深度25 mm。測試時，速率采用0.2 mm/min，采用恒位移控制為其控制方式，試樣跨距500 mm，試驗機器則為具有閉環控制能力的電液伺服試驗機;應力—應變全曲線試驗采用的試驗機器為LAXW500型微機控制電液伺服剛性試驗機，軸向壓力和縱向變形均由計算機在試驗過程中自動采集，在正式加載前每個試塊都進行3次預加載，加載時采用4.4×10－5s－1等應變控制，采用試塊在中部100 mm標距范圍內的壓縮量作為縱向變形值。

2 試驗結果分析

2.1 撓度曲線試驗分析

1)荷載—撓度曲線模型。目前，國內外很多學者對于壓縮狀態下的混凝土的應力—應變曲線提出了各自的模型，比如:過鎮海模型［1］、YiST模型［2］、徐世模型［3］和張德思模型［4］。其中，第一個模型相比于其他模型所具有的優點就是模型具有較少的待定參數，且具有明確的數學意義。

在彎曲狀態下不同摻量劍麻珊瑚混凝土所獲得的荷載—撓度曲線的形態如圖1所示。

圖1 荷載—撓度曲線

本試驗的模型以過鎮海模型作為基礎，建立了彎曲狀態下的劍麻纖維珊瑚混凝土的荷載—撓度曲線模型，見式(1)和式(2):

上升段:

下降段:

其中，y=F/Fpeak;x=δ/δpeak;A，B均為最小二乘方法情況下擬合后的系數。

2)荷載—撓度曲線模型的擬合。采用最小二乘擬合的方法，利用上述的載荷—撓度曲線模型對實測的荷載—撓度曲線進行擬合，結果見圖2。用在擬合的荷載—撓度曲線下的面積與在實測的荷載—撓度曲線下的面積的差值除以在擬合的荷載—撓度曲線下的面積所得的百分數作為面積差異百分數，如式(3)所示。從表1可見，擬合荷載—撓度曲線和實測荷載—撓度曲線下的面積差異百分數不超過10%。結果表明，該荷載—撓度曲線模型適合用來擬合實測的荷載—撓度曲線。

圖2 典型的實測和擬合所得荷載撓度曲線

其中，ΔS為面積差異百分數;S擬為在擬合的荷載—撓度曲線下的面積;S實為在實測的荷載—撓度曲線下的面積。

表1 面積差異百分數

2.2 應力—應變全曲線試驗分析

每種劍麻纖維摻量選取三個試塊測試其應力—應變全曲線，結果如圖3～圖7所示。

圖3 纖維摻量為0的應力—應變曲線

圖4 纖維摻量為1.5 kg/m3的應力—應變曲線

圖5 纖維摻量為3 kg/m3的應力—應變曲線

圖6 纖維摻量為4.5 kg/m3的應力—應變曲線

圖7 纖維摻量為6 kg/m3的應力—應變曲線

表2 不同纖維摻量下珊瑚混凝土應力應變曲線參數擬合結果

由圖3～圖7可見，劍麻纖維珊瑚混凝土應力—應變全曲線包含了兩段曲線，即上升段和下降段，當劍麻纖維摻量增加時極限應變隨之增加，而極限應力卻隨之降低。采用分段擬合表達式擬合其應力應變曲線，見式(4)，式(5)，系數的擬合結果如表2所示，根據表2的數據可知，該相關系數R2與1很接近，也就是說擬合曲線和試驗點吻合的效果比較好。

3 結語

1)對于劍麻纖維珊瑚混凝土的荷載—撓度曲線模型，本文所建立模型對實測曲線具有較好的擬合能力;

2)劍麻纖維珊瑚混凝土與普通混凝土的應力—應變曲線類似，當劍麻纖維摻量增加時，極限應變隨之增加，而極限應力卻隨之降低;

3)因為珊瑚骨料具有特殊性，建議不同摻量下劍麻纖維珊瑚混凝土的應力—應變曲線表達式采用上升段與下降段的兩段式來表達，實測數據與結果較為匹配。

［1］過鎮海，張秀琴.混凝土在反復荷載作用下的應力—應變全曲線［J］.工業建筑，1981(9):14-17.

［2］YIST，KIMJK，OHTK.Effect of strength and age on the stressstrain curves of concrete specimens［J］.Cement and Concrete Research，2003，33(8):1235-1244.

［3］王利民，徐 世.混凝土及纖維混凝土材料特性曲線［J］.大連理工大學學報，2002，42(5):580-585.

［4］張德思.混凝土應力—應變全曲線的試驗研究［J］.湖南大學學報(自然科學版)，1982，9(4):58-72.

Research on deflection curve and stress-strain curve of sisal coral concrete★

Mo Qian1Liu Cunpeng2*
(1.Guangxi Communications and Vocational Technical College，Nanning 530023，China; 2.Nanning Branch，Guilin University of Technology，Nanning 530001，China)

Through the establishment of load-deflection curve model，this paper fitted the load-deflection curve of coral concrete with different sisal fiber content，and researched the change relationship its stress-strain whole curve with sisal content，using two stages expression of the stressstrain curve of sisal fiber coral concrete.

sisal fiber，coral concrete，deflection curve，stress-strain curve

TU528

:A

1009-6825(2016)36-0131-03

2016-10-18 ★:2015年度廣西高校科學技術研究項目一般項目(項目編號:KY2015YB505);2016年度廣西高校中青年教師基礎能力提升項目(項目編號:KY2016YB908)

莫 倩(1988-)，女，助教

劉存鵬(1988-)，男，碩士，講師