基于Weibull分布的GFRC疲勞性能試驗研究

雙子洋

摘要：本文通過對不同玻璃纖維體積摻量的三種再生混凝土梁體試件進行了循環荷載條件下四點彎曲壓法的疲勞試驗，利用Weibull分布理論對疲勞壽命結果進行分析，由lgS和lgN線性擬合計算出存活率0.5時的疲勞方程，直觀的反映出了各類型試件的疲勞極限強度。

Abstract： In this paper， the fatigue test of three recycled concrete beams with different volume of glass fiber is carried out by four point bending compression method under cyclic load. The fatigue life results are analyzed by using Weibull distribution theory. The fatigue equation with 0.5 survival rate is calculated by linear fitting of LgS and LgN， which directly reflects the fatigue ultimate strength of each type of specimens.

關鍵詞：玻璃纖維;再生混凝土;Weibull分布;疲勞強度

Key words： glass fiber;recycled concrete;Weibull distribution;fatigue strength

中圖分類號：TU377.9+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0216-02

0? 引言

隨城市的發展，地鐵、拆遷重建正如火如荼的進行，城市面貌日新月異。有數據表示，全國城鎮建成區面積擴大了近60%，大量建筑垃圾的處理已經成為城市管理的難題 [1]。廢棄混凝土體量在建筑垃圾中占比高達35%以上。目前我國對廢棄混凝土的處理方式，一般是將其破碎，加工成再生混凝土（Recycled concrete，RC）。RC的出現解決了廢棄混凝土的問題，是一種經濟、環保型材料，帶動了混凝土行業的綠色發展[2]。

在一些交通繁重的路面，由于普通水泥混凝土抗折和抗裂性能較差，難以維持長時間的正常使用[3]。現在考慮對再生混凝土加入玻璃纖維，玻璃纖維是一種性能優異的無機非金屬材料，耐久性好，綠色環保[4]，質量輕且拉伸強度高，玻璃纖維在混凝土中可以起到控制收縮裂縫，增加彎曲和拉伸強度的作用[5]。

1? 試驗設計

1.1 試驗材料

試驗采用水泥為P.O42.5級普通硅酸鹽水泥。再生粗骨料粒徑為5～30mm，吸水率為4.07%，表觀密度2260kg/m3，壓碎指標15.16%;天然粗骨料粒徑為5～30mm，吸水率2.53%，表觀密度2600kg/m3，壓碎指標6.83%。細骨料分為江砂和機制砂，江砂細度模數2.8，屬II區中砂，含泥量為0.7%;機制砂細度模數為2.1，屬II區中砂，含泥量為0.8%。玻璃纖維抗拉強度約為1700MPa，彈性模量約為75GPa，密度為2.54g/cm3。拌合水為飲用自來水。

1.2 配合比設計

本試驗中GFRC配合比以普通C30混凝土為基礎，使用的再生粗骨料替代率為20%，玻璃纖維摻量分別為0.3%、0.5%、0.7%。減水劑用量為膠凝材料用量的2%。素混凝土配合比見表1。試樣尺寸為150mm×150mm×550mm。

1.3 試驗方案

本試驗采用的儀器是MTS材料動態疲勞試驗機，加載模式選用荷載控制，采用四點彎曲壓法，本試驗采用的加載頻率均為10Hz，荷載應力水平計算公式為： ，應力水平應取0.7、0.8、0.9。

2? 試驗結果及分析

2.1 不同應力水平對試件疲勞壽命的影響

從表2可以看出，同一類型試件，疲勞壽命隨應力水平降低而升高。同一應力水平下，疲勞壽命隨纖維摻量增加而升高，且玻璃纖維再生混凝土的疲勞壽命高于素混凝土與再生混凝土。摻入的玻璃纖維均勻分布，增強了混凝土內部空間的粘結性和混凝土結構的整體性，明顯改善了再生混凝土的力學性能。

由表可知，相比較普通再生混凝土，摻入0.3%、0.5%、0.7%玻璃纖維的再生混凝土的疲勞極限強度分別提高了27.4%、32.3%、33.4%，隨玻璃纖維摻量增加，疲勞極限強度提升不大。

3? 結論

混凝土試件的疲勞壽命對加載應力水平很敏感，同類型的混凝土試件，其疲勞壽命隨應力水平的降低而升高。文中所述各類型混凝土梁體試件都較好地服從Weibull兩參數概率函數分布，疲勞壽命均能很好的滿足雙對數疲勞方程的線性要求。文中所述再生混凝土的疲勞極限強度低于素混凝土的疲勞極限強度，再生混凝土中加入玻璃纖維后，疲勞強度明顯提高，隨玻璃纖維摻量增加，疲勞極限強度提升不大。

參考文獻：

[1]李瑩.建筑垃圾壓得城市喘息[N].中國環境報，2013-02-18（8）.

[2]秦中伏，孫楠楠，溫海珍.再生骨料混凝土的應用現狀與研究進展[J].材料導報，2013（23）：142-146.

[3]王蕊麗.玻璃纖維對水泥混凝土路用性能的影響[J].公路交通科技（應用技術版），2018，14（10）：132-134.

[4]王中志，段長松，賈艷敏.摻玻璃纖維和聚丙烯纖維混凝土力學性能分析[J].山西建筑，2018，44（20）：103-104.

[5]Yazdanbakhsh A，Bank L C，Chen C，et al.Use of recycled FRP reinforcing bar in concrete as coarse aggregate and its impact on the mechanical properties of concrete[J]. Construction and Building Materials， 2016， 121（15）： 278-284.