钢纤维及碳纳米管增强混凝土性能试验研究

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桥梁伸缩缝锚固区混凝土作为桥梁伸缩缝过渡区的薄弱部位,长期受车辆冲击荷载和疲劳荷载的作用容易损坏,往往没有达到设计使用年限就已经失去服役能力。钢纤维和碳纳米管的掺入可以改善混凝土的基本力学性能、弯曲韧性和抗冲击性能等,本文基于课题组前期的研究,通过对掺入钢纤维和碳纳米管的混凝土试件进行基本力学性能试验,研究单掺和混掺条件下,对混凝土基本力学性能的影响,并在此基础上进行局部承压试验和抗冲击性能试验研究并进行对比分析。本文的主要工作内容及结论如下:(1)通过控制单一变量的方式,对钢纤维体积分数分别为1%、1.5%、2%、2.5%、3%的五组钢纤维混凝土和碳纳米管质量分数分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%的四组碳纳米管混凝土进行基本力学性能试验,结果表明,掺量为2%的钢纤维混凝土基本力学性能最优和掺量为0.1%的碳纳米管混凝土基本力学性能最优,为进一步验证其混杂后较单一纤维混凝土基本力学性能是否会产生不利影响,是否会产生负混杂效应,将体积分数为2%的钢纤维和质量分数为0.1%的碳纳米管混掺,与掺单一纤维混凝土进行对比,结果表明,混掺后混凝土的基本力学性能得到进一步提升。(2)对素混凝土、体积分数为2%的钢纤维混凝土、质量分数为0.1%的碳纳米管混凝土、钢纤维体积分数为2%和碳纳米管质量分数为0.1%混掺的混掺纤维混凝土试件进行局部承压试验,结果表明,钢纤维和碳纳米管都可以提高混凝土试件破坏时的极限承压荷载值,混掺后的混凝土极限承压荷载值和极限强度均有更进一步的提升。(3)根据美国规范ACI Committee 544推荐的方法,对素混凝土、体积分数为2%的钢纤维混凝土、质量分数为0.1%的碳纳米管混凝土、钢纤维体积分数为2%和碳纳米管质量分数为0.1%混掺的混掺纤维混凝土分别制作出加钢筋和不加钢筋的八种类型的试件进行抗冲击性能试验,以延性比和韧性系数作为冲击韧性的评价指标,结果表明:钢纤维和碳纳米管均可以提高混凝土的抗冲击性能,但是碳纳米管对混凝土的冲击延性比提高并不明显,将两种纤维混掺后,混凝土的抗冲击性能与掺单一纤维混凝土试件相比,有更进一步的提升;对八种类型试件的初裂和终裂冲击次数利用Weibull分布模型进行拟合分析,验证两参数Weibull分布模型的适用性,试验结果说明拟合效果较好,抗冲击次数符合Weibull的两参数分布;并在不同的失效概率下对纤维混凝土试件的初裂和终裂冲击寿命进行估计。
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