不同纤维对高强轻骨料混凝土力学性能影响及微观机理研究

为改善高强轻骨料混凝土的力学性能和弯曲韧性,研究了玄武岩纤维、细聚乙烯醇纤维、仿钢纤维、聚丙烯纤维和粗聚乙烯醇纤维的掺入对高强轻骨料混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度的影响规律。通过4点弯曲试验获取荷载-挠度曲线,基于韧性指标对比分析了5种纤维对高强轻骨料混凝土弯曲韧性的影响。通过扫描电子显微镜观察纤维破坏前后的表面微观形貌,阐释了不同纤维的增强增韧机理。研究结果表明:掺入纤维对高强轻骨料混凝土的力学性能均有提升,主要提升高强轻骨料混凝土的抗拉性能和弯曲韧性。粗聚乙烯醇纤维提升劈裂抗拉强度和抗弯强度程度最大,分别提高了83%和220%,使高强轻骨料混凝土破坏由脆性转为高延性。纤维对高强轻骨料混凝土抗拉性能和韧性的提升与纤维表面损伤程度成正比。

混杂纤维高强轻骨料混凝土单轴受压试验研究

为了改善高强轻骨料混凝土(HSLC)的脆性破坏特征,采用钢纤维(SF)和聚丙烯纤维(PF)对HSLC进行增强,通过单轴受压试验研究两种纤维对HSLC单轴受压性能的影响。结果表明:SF和PF的体积掺量分别为2.0%和0.2%时具有最优的混杂效应,应力-应变曲线拐点处应力和收敛点处应变较单掺SF时分别提高了10.0%和56.5%,较单掺PF时分别提高了99.1%和150%;混杂纤维使HSLC的峰值应力、峰值应变和弹性模量最高分别提升了19.0%、1.20%和16.9%。最后,基于试验数据,提出了考虑两种纤维混杂效应的峰值应力、峰值应变和弹性模量的计算公式,建立了双参数混杂纤维增强HSLC的单轴受压本构模型,并且其与试验曲线吻合较好。该研究结果可为纤维增强HSLC的结构设计提供理论参考。

高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能试验研究

完成集中荷载作用下8根剪跨比0.26~1.04、跨高比为2和3的LC40级高强轻骨料混凝土简支深受弯构件受剪性能试验,分析该类混凝土深受弯构件的破坏过程、荷载-跨中挠度曲线、破坏形态以及钢筋应变等;重点研究剪跨比、跨高比对该类构件开裂荷载、极限荷载及破坏形态的影响;采用我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中深受弯构件承载力计算方法对本次试验8根试件进行计算,并与采用拉压杆模型的美国、加拿大和欧洲三个规范的计算结果进行对比分析。研究表明:该类混凝土深受弯构件主要发生剪切破坏和弯剪破坏两种典型破坏形态,随剪跨比增大,试件极限承载力显著减小,并且试件的弯曲效应逐渐明显,破坏形态随剪跨比和跨高比的增大逐渐由剪切破坏向弯剪破坏转化;采用拉压杆模型计算该类试件承载力较为合理,计算结果与试验值较为接近,而我国《混凝土结构设计规范》计算结果与拉压杆模型计算结果相比较为保守,尤其是对于跨高比为2的深受弯构件(深梁)。

不同强度等级的高强轻骨料混凝土配合比研究

随着生产技术和施工工艺的进步,强度等级为LC60以上的轻骨料混凝土制备技术逐步成熟,采用四种不同堆积密度的碎石和圆球型膨胀页岩陶粒,对其物理性能进行了研究,设计了21组配合比试验方案,系统分析了骨料、水胶比、纤维对其力学性能的影响,得到了强度等级为LC40、LC50、LC60的最优配合比。研究表明:碎石型陶粒为制备高强轻骨料混凝土的最优骨料,0.26的水胶比可使混凝土强度达到70 MPa,纤维起到了良好的阻裂作用。

高强轻骨料混凝土的收缩及其影响因素的研究

高强轻骨料混凝土(HSLWC)的收缩性能是预应力HSLWC结构设计的重要参数.采用低吸水率(2.5%)轻骨料、28d抗压强度为55～65MPa的HSLWC,其180d龄期时的收缩率值范围是5.2×10-4～7.7×10-4,且180d龄期之内的收缩率统计值比JGJ51—2002规程的限值大0.7×10-4～2.8×10-4,这当中主要的差异发生在早期.HSLWC的收缩随轻骨料含水率和绝干密度的增大、胶凝材料用量的减少而减小.采用混合骨料(高、低吸水率轻骨料混合或轻骨料与普通密度粗骨料混合)、添加减缩剂,将有助于减小HSLWC的收缩.

纤维增韧高强轻骨料混凝土力学性能与微观结构

采用碎石型高强页岩陶粒制备了不同纤维类型和体积分数的LC60级纤维增韧高强轻骨料混凝土,研究了其力学性能,并从微观尺度揭示了纤维增韧机理.结果表明:高强轻骨料混凝土界面的黏结性能优于普通混凝土;纤维能够有效阻止高强轻骨料混凝土裂缝的发展,还可适当提高其抗压强度,并明显提高其抗折强度和劈裂抗拉强度,起到增强增韧的作用;钢纤维与水泥浆体的黏结性能良好,碳纤维可在高强轻骨料混凝土中均匀分散且与水泥浆体的黏结性能良好;相同体积分数下,碳纤维的增韧作用优于钢纤维.

箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验研究

完成了12根不同配箍形式和体积配箍率的箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验,系统地研究了构件的破坏过程与破坏形态、应力-应变曲线及箍筋应变等;重点分析了不同配箍率和配箍形式对构件承载力和延性的影响;建立了适用于该类轴压柱峰值应力(f’_(cc))和相应峰值应变(ε_(cc))的计算模型,并引入Richart、Mander、Razvi和Saatcioglu、Khaloo和El-Dash等经典模型对比分析建议模型的准确性。研究表明:峰值荷载过后,约束柱保护层整体被切掉后剥落,内部骨料和骨料与砂浆界面均出现少许裂缝,与普通混凝土构件存在显著差异,但应力-应变曲线发展规律与普通混凝土类似;最终破坏以箍筋屈服、相邻箍筋间核心区混凝土压碎破坏为标志,表面形成"H"形或45°斜向破坏面;同时,增大体积配箍率和改善箍筋形式分别能够提高核心区混凝土的侧向约束力和增大约束面积,"井"字形复合配箍可满足承载力和延性需求;结合配箍特征值(λ_t)和配箍形式影响参数(k)建立模型的计算结果与试验值吻合良好,能够准确、合理地预测该类构件的峰值应力和相应峰值应变。

高强轻骨料混凝土柱抗震性能研究进展

高强轻骨料混凝土具有诸多优势,是一种具有良好应用前景的绿色建筑材料,但因弹性模量低,延性问题突出。强震作用下,结构的延性是确保结构及构件不发生脆性剪切破坏的关键,其中柱延性和承载力是保证结构避免倒塌的前提。由于高强轻骨料混凝土脆性明显,吸收和耗能能力差于普通混凝土,故延性破坏机制的实现更为重要。对Serena进行的6根不同配箍率和骨料种类的高强轻骨料混凝土柱及2根普通混凝土柱的承载能力和延性进行了分析。分析表明:采用约束配箍的高强轻骨料混凝土柱的承载能力与普通混凝土柱的相当,且延性较普通配箍有明显改善,与普通混凝土的延性较为接近,故建议提高横向配箍以增加构件延性。

预应力高强轻骨料混凝土连续刚构桥的试验研究

强度等级在CL40以上的高强轻质混凝土(HSLWC)应用于大跨度桥梁结构,具有减轻自重,有效降低结构内力,增大跨度,减少桥墩数量等优点。以云南安宁至楚雄高速公路14号达连坝段公路桥为原型,按照1/4比例设计了一个3跨预应力高强轻骨料混凝土连续刚构桥,其桥面结构采用CL50混凝土,进行了多种荷载工况的试验研究。结果表明,预应力高强轻骨料混凝土连续刚构桥具有较好的受力性能,1倍和1.5倍等效车队荷载通过时,各项指标均满足规范要求;2倍等效车队荷载通过时,部分指标不满足使用要求,但桥梁表现出了较好的延性;在严重超载情况下,桥梁虽破坏严重,但仍可保持较好的承载力水平且不会发生跨塌。

高强轻骨料混凝土梁承载力的研究

在6根高强轻骨料混凝土梁、2根高强普通混凝土梁正截面受弯承载力试验的基础上,提出了轻骨料混凝土强度等级提高后的正截面受弯承载力的计算方法;在对110根轻骨料混凝土梁斜截面受剪承载力试验数据分析的基础上,提出了轻骨料混凝土强度等级提高后的斜截面受剪承载力计算公式,为《轻骨料混凝土结构技术规程》的编制提供依据。

钢纤维高强轻骨料混凝土弯曲韧性与抗冲击性能

为了研究钢纤维对高强轻骨料混凝土弯曲韧性和抗冲击性能的影响规律,对钢纤维掺量(体积分数)分别为0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的钢纤维高强轻骨料混凝土(SFHLWC)进行了抗弯性能和自由落锤抗冲击性能试验,实测了其荷载-挠度曲线和初裂冲击次数、破坏冲击次数,并计算了韧性指数和冲击能量.结果表明:掺入钢纤维能显著提高高强轻骨料混凝土的弯曲韧性和抗冲击性能,钢纤维高强轻骨料混凝土的韧性指数与冲击能量呈对数关系.

高强轻骨料混凝土框架中节点抗震性能试验研究

完成了4个1/3缩尺比例的不同核心区配箍率的高强轻骨料混凝土框架中节点在不同轴压比下的低周反复荷载试验,系统研究了节点的破坏过程与破坏形态、滞回曲线与骨架曲线、刚度与强度退化、延性耗能、箍筋应变等,深入分析了该类构件破坏时的自身特性、承载力及与普通混凝土节点的区别。研究表明:与普通混凝土节点类似,试件破坏过程均经历了初裂、通裂、极限和破坏四个阶段,滞回曲线形态、节点区变形规律与普通混凝土无异;节点耗能和延性与普通混凝土接近;节点区混凝土的破坏在骨料和骨料与水泥浆界面处均有发生,破坏时混凝土剥落范围较大,部分保护层骨料被切掉,出现整体脱落;适当提高轴压比和配箍率能够改善节点区的抗剪强度,提高节点的延性和耗能,且因骨料强度的提高,节点区纵向钢筋与高强轻骨料混凝土的黏结性能较以往研究结果有所改善;节点区箍筋仅部分屈服,建议采用复合配箍或采用约束混凝土,增强约束效果。同时,通过计算表明:在未对轻骨料混凝土强度进行折减的情况下,各模型计算值与试验结果吻合较好,建议适当提高各个模型对轻骨料混凝土强度的折减系数。

高强轻骨料混凝土梁的长期性能试验研究

进行了28d强度为60.8MPa和64.4MPa的3根高强轻骨料混凝土梁近1年的长期荷载试验。试验结果表明,在持续荷载作用下,轻骨料混凝土梁的长期变形在初期发展较快,后期发展较慢;受压区配筋能够约束梁的长期变形发展,配筋率越高,长期变形越小。结合编制的混凝土结构长期性能分析程序,基于材料收缩和徐变试验数据,对试验梁进行了计算分析,计算值与试验结果吻合较好。还分别采用几个规范方法对长期挠度增大系数进行了分析,结果表明,ACI318和ACI435方法与试验结果比较吻合,而《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)与《轻骨料混凝土桥梁技术规程》(报批稿)的计算结果对试验偏于不安全。

高强轻骨料混凝土深受弯构件剪切损伤演化与服役性能研究

偶然的超越荷载、长期的环境侵蚀及温度变形等易导致深受弯构件斜截面的服役能力降低,出现开裂,影响正常使用。完成15根高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能全过程试验,系统研究了剪切荷载作用下的损伤演化规律,分析了剪跨比、加载板宽度和截面高度对构件受剪服役能力的影响,基于裂缝发展趋势建立裂缝宽度与荷载水平的宏观对应关系,探讨了相关规范中正常使用阶段斜裂缝宽度限值对该类构件的适用性。研究表明:随剪跨比和加载板宽度增大,试件最大斜裂缝宽度呈增长趋势,且配置足够数量的水平和竖向腹筋能够有效抑制深受弯构件的斜向开裂,试件名义斜向开裂强度和最大斜裂缝宽度均受尺寸效应影响较小;受剪全过程中试件的宏观剪切裂缝宽度与相应承担荷载水平呈现显著对应关系,且基于普通混凝土深受弯构件试验数据建立的服役性能评价指标可用于高强轻骨料混凝土深受弯构件服役性能预测;按我国规范中最小腹筋配筋率设计的高强轻骨料混凝土深受弯构件难以满足斜裂缝宽度限值要求,建议适当增大腹筋最小配筋率。

高强轻骨料混凝土梁的试验研究

进行了8根高强混凝土梁的试验,其中6根为轻骨料混凝土梁,2根为普通混凝土梁。通过观察和量测,总结了高强轻骨料混凝土梁的性能,回归出有关参数的计算式。对梁的开裂弯矩、极限弯矩、刚度、挠度、裂缝宽度等的实测值与计算值进行了对比,为《轻骨料混凝土结构设计规程》的编制提供了参考依据。

高强轻骨料混凝土配合比设计方法及试验研究

基于最紧密堆积理论和浆体膜厚理论对高强轻骨料混凝土的基础配合比进行设计研究,采用最小需水量法和紧密堆积法分别测定多元粉体材料和多元骨料体系的最佳搭配比例,并以水胶比和浆体膜厚为参数变量,测定8组不同配合比混凝土试件的抗压强度及干表观密度。试验结果表明:不同设计理论制配的混凝土28 d抗压强度在50 MPa以上,干表观密度也在1950 kg/m^3以下;由比强度和抗压强度间的拟合关系可发现,混凝土均满足高强轻质的设计要求,其中基于浆体膜厚理论的配合比设计效果更佳。

高强轻骨料混凝土框架抗震性能试验研究与数值模拟

以一个3层高强轻骨料混凝土高铁站房框架结构的底部两层为研究对象,通过一榀1∶5比例的两层两跨高强轻骨料混凝土框架低周反复荷载试验,系统研究了框架的受力过程、破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化及耗能能力等。同时,运用有限元软件ABAQUS,建立了该框架的三维非线性有限元模型,分析了高强轻骨料混凝土框架在低周反复荷载作用下的工作性能,并与试验结果进行了对比分析。研究表明:框架破坏机制为混合机制,试件以柱脚混凝土压溃为破坏标志。有限元模拟得到的滞回曲线、骨架曲线和破坏形态,与试验结果符合良好。

泵送高强轻骨料混凝土的抗离析性能的试验研究

为减少泵送高强轻骨料混凝土在振捣过程中轻骨料的上浮现象,使用5种不同轻骨料,选择了拌和物密度、粗骨料质量以及抗压强度3种评价拌合物抗振捣分离性指标,系统研究了轻骨料体积含量、振捣时间、轻骨料特性(包括外形、表面光滑度、吸水率)和矿物掺和料以及外加剂对低水胶比的泵送高强轻骨料混凝土抗离析性的影响。

轻骨料施工预处理方法及其对高强轻骨料混凝土施工性能影响的模拟试验

在综述国内外轻骨料施工预处理方法的基础上,通过试验模拟了轻骨料不预湿、浸水预湿、加压预湿、真空预湿等方法,研究了轻骨料施工预处理方法对高强轻骨料预湿程度及所拌混凝土施工性能的影响。结果表明:采用真空预湿法、加压预湿法可有效提高高强轻骨料的预湿程度以及所拌制混凝土的流动性,对混凝土施工有利,但应注意控制轻骨料在新拌混凝土中的上浮问题。

钢纤维增强高强轻骨料混凝土的力学性能

为提高高强轻骨料混凝土(HLAC)的强度和韧性,在HLAC中分别掺入体积分数为0.5%~2.0%的微细型、端钩型、波纹型钢纤维,研究了钢纤维类型及其体积分数对钢纤维增强高强轻骨料混凝土(SFHLAC)的抗压、劈裂抗拉、抗折和抗剪强度等力学性能的影响,分析了SFHLAC的韧度因子和承载力变化系数等材料韧性指标的变化特点.结果表明:除体积分数为2.0%的波纹型钢纤维增强高强轻骨料混凝土外,SFHLAC的力学强度和韧性指标均随着钢纤维体积分数的增大而增大;微细型钢纤维对HLAC的增强增韧效果最好,端钩型钢纤维对HLAC抗折强度的提高效果与微细型钢纤维接近,但对其他力学强度和韧性的改善均不如微细型钢纤维,波纹型钢纤维对HLAC的增强增韧效果均较差;综合考虑新拌混合料工作性能后,给出了3种典型钢纤维的工程应用建议体积分数.