铣削型钢纤维对超高性能混凝土性能影响研究

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超高性能混凝土(UHPC)具有超高强度和耐久性,是近年来发展起来的新型建筑材料。UHPC中通常掺加微丝钢纤维以提高力学性能,但微丝钢纤维表面光滑,与UHPC界面粘结强度较低,增加钢纤维表面粗糙程度或端钩是改善UHPC性能的有效方法。HAREX铣削型钢纤维表面抛兰,截面为月牙形,内弧面粗糙,外弧面光滑,径向扭曲,两端带有端钩,在普通混凝土中与混凝土基体粘结性能优异,但未见其在UHPC中应用的报道。有鉴于此,本文开展了HAREX铣削型钢纤维对UHPC性能影响的系统研究,研究内容及主要结论如下:(1)通过钢纤维拉拔实验和微观分析,研究了铣削型钢纤维有无端勾、纤维埋深、基体有无纤维、养护制度4个因素对界面粘结性能的影响及其机理,并与微丝钢纤维(平直型和端勾型)对比。结果表明:铣削型钢纤维在UHPC中的粘结强度高于平直型钢纤维,低于端钩型钢纤维,端钩和基体掺纤维有助于提升其粘结性能,而纤维埋深增加会使其粘结强度减小;与蒸养制度相比,标养制度下界面粘结强度降低,铣削型钢纤维的拉拔能反而增大,这与其拔出行为的增加有关。(2)研究了铣削型钢纤维和平直型钢纤维单掺和混掺对UHPC流动性和抗压强度的影响及其机理。结果表明:当钢纤维体积掺量增加时,UHPC流动度降低、抗压强度增大。与平直型钢纤维相比,铣削型钢纤维对UHPC流动度的影响更小,对标养制度下UHPC基体强度的提升效果更好,对蒸养制度下UHPC基体强度的提升效果则更差。(3)研究了铣削型钢纤维和平直型钢纤维单掺和混掺对UHPC弯曲性能的影响及其机理。结果表明:当钢纤维体积掺量增加时,UHPC弯曲性能提升显著。与蒸养制度相比,标养制度下单掺铣削型钢纤维对UHPC弯曲性能的提升更明显,但仍不如同掺量下单掺平直型钢纤维。两种钢纤维单掺时,UHPC初裂强度提升幅度有限;而混掺掺量4%以上时,UHPC的弯曲峰值强度和初裂强度提升显著。(4)通过对掺铣削型钢纤维UHPC受弯试件破坏形态的分析,发现试件的裂缝开展较为集中,荷载-挠度曲线塑性变形阶段和断裂破坏阶段明显,曲线呈阶梯状。这有利于弯曲峰值强度的持续提升,但不利于韧性的提高。根据复合材料理论,基于钢纤维粘结强度的弯曲峰值强度理论值与试验值吻合良好。(5)研究了标养制度下铣削型钢纤维和平直型钢纤维单掺和混掺对UHPC抗磨损性能(耐磨性能和抗冲磨性能)的影响。结果表明:随着钢纤维体积掺量增加,UHPC的抗磨损性能逐渐增大。钢纤维对提高UHPC抗磨损性能的大小排序为:混掺>铣削型>平直型。UHPC的耐磨性能和抗冲磨性能存在正比关系,且均与抗压强度存在一定的正相关关系,铣削型钢纤维对UHPC抗磨损性能的提升要比抗压强度的提升更显著。(6)铣削型钢纤维表面粗糙使其在UHPC中获得了高于平直型钢纤维的界面粘结强度。但由于其抗拉强度过低,失效模式多为纤维断裂,与UHPC界面粘结强度未能完全发挥,在应用时采用标准养护制度更为适宜。为充分发挥铣削型钢纤维的粘结性能,应开发适用于UHPC的高强铣削型钢纤维。
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