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混杂纤维增强混凝土的冲击特性研究

潘炳衡  
【摘要】: 混杂纤维增强混凝土(Hybrid Fiber Reinforced Concrete, HFRC)由于其良好的性能,近几十年来成为了土木、建筑以及桥梁等领域关注的新型混凝土材料。通过掺入不同比例的各种纤维获得满足工程要求的力学性能成为了HFRC的优势。已有的研究表明,在混凝土中加入钢纤维能显著提高其抗拉、抗弯、抗剪强度,而另外一种在工程上已广为应用的聚丙烯纤维掺加在混凝土中,以对裂缝的阻裂作用为主要表征,很大程度地降低了混凝土的脆性,从而解决了由于混凝土脆性引起的容易开裂,对改善混凝土内部结构起到了重要作用。 本文将从桥面铺装的应用要求出发,对混杂纤维增强混凝土材料的配合比进行设计研究,重点研究水泥强度等级、钢纤维和聚丙烯纤维的掺量对HFRC准静态抗压、抗折强度、弯曲韧性,以及动态冲击性能的影响,并与相同基准配合比的普通混凝土(Plain Concrete,PC)、钢纤维增强混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete,SFRC)进行对比分析。主要研究内容包括: (1)对高强度等级水泥的PC和HFRC进行立方体抗压试验、抗折试验。研究发现添加纤维对高强度等级水泥混凝土梁的抗压强度和抗折强度增加不明显,但能明显提高抗折弯曲韧性。 (2)应用大尺寸分离式Hopkinson压杆对PC、SFRC和三种掺量的HFRC在冲击荷载下的力学响应进行了试验研究,观察比较了不同冲击速度下三者的破坏现象,证明了HFRC具有更好的耐冲击性能。比较了三种材料在冲击荷载作用下的应变率效应、单位体积吸收的能量以及冲击损伤,结果表明HFRC比SFRC、PC具有更好的冲击力学特性。 (3)从工程应用需要出发,制定了HFRC材料在实际桥面铺装施工中的制作步骤、施工流程和施工方法,完成了桥梁桥面和路段路面铺装的施工,并对使用情况进行了半年的跟踪,桥面和路面HFRC铺装的使用状况良好,这表明HFRC是一种较为理想的铺装材料。


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