钢纤维对超高性能混凝土力学性能影响研究综述

超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)凭借其出色的力学性能被应用在高层建筑、大跨度桥梁、海底隧道等混凝土结构工程。其中,钢纤维类型、钢纤维添加量以及钢纤维长度等参数会改变UHPFRC的力学性能。但对于这些参数如何选取,目前还没有统一的认识,为此,对现有研究中关于钢纤维类型、纤维添加量及纤维长度对超高性能纤维增强混凝土力学性能的影响进行了总结、分析。结果表明:①波纹状及钩状钢纤维相比于直型纤维对UHPFRC的抗拉性能、抗弯性能均有较大的提升,但钢纤维形状对抗压力学性能没有明显的影响;②与钢纤维类型相似,钢纤维长度的增加有助于提升UHPFRC的抗拉性能、抗弯性能,但同样对抗压性能影响不明显;③钢纤维用量对UHPFRC的抗压性能、劈裂抗拉性能、抗弯强度学性能以及断裂性能均具有明显的提升作用。研究成果为理解钢纤维参数对UHPFRC力学性能的影响提供了帮助,同时也为UHPFRC的配置提供一定的参考。

超高性能钢纤维增强混凝土腐蚀损伤的CT观察

【目的】为探究混凝土因钢纤维腐蚀引发的损伤行为,采用X射线计算机断层扫描技术对UHPSFRC试样的通电加速腐蚀过程进行无损测试。【方法】通过高分辨率的三维重建,对试样腐蚀损伤过程及分布特征进行可视化表征与定量分析。【结果】结果表明:钢纤维腐蚀造成UHPSFRC混凝土保护层发生由外到内的腐蚀损伤。随着通电时间的增加,钢纤维腐蚀速率加快,初始损伤区域的损伤程度加重。【结论】研究认为,X-CT可以作为研究钢纤维腐蚀及腐蚀诱导混凝土保护层损伤的有力工具,且具有较高的适用度与准确性。

玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型

为研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与超高性能混凝土(UHPC)之间的粘结性能,故基于相关文献中153个拉拔试验和42个梁式试验的数据,系统分析了FRP筋直径、相对粘结长度、相对保护层厚度、超高性能混凝土抗压强度、FRP筋表面形态和试验方法对玻璃纤维增强复合材料筋粘结强度的影响规律,通过回归分析和区间预测提出了超高性能混凝土中玻璃纤维增强复合材料筋与粘结强度和锚固长度的计算公式。对比分析了已有FRP筋与普通混凝土之间的粘结-滑移本构模型,基于CMR模型提出了绕肋玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型的计算公式。上述公式计算结果与试验结果均吻合良好,并可为工程设计及后续研究提供依据。

含粗骨料超高性能混凝土的单轴受拉力学性能

考虑粗骨料掺量、钢纤维掺量及长径比等因素,研究了含粗骨料超高性能混凝土(UHPC-CA)的单轴受拉力学性能,揭示了纤维增强的机理和粗骨料的作用机制.结果表明:随着粗骨料掺量的增加,UHPC-CA的单轴抗拉强度与变形性能均下降;钢纤维掺量增加、长径比增大对UHPC-CA的受拉力学性能有较大的提升作用;钢纤维与基体间具有良好的握裹力,在基体内出现裂缝后,主要依靠握裹作用承受拉应力;粗骨料的掺入削弱了钢纤维空间分布的均匀性,同时引入了薄弱的粗骨料-基体界面过渡区,对UHPC-CA的受拉性能产生了不利的影响.

纤维增强高性能混凝土常规三轴抗压破坏准则

为了研究纤维增强高性能混凝土的三轴抗压破坏准则,对3种不同钢纤维掺量的纤维增强高性能混凝土进行了4种围压下的常规三轴试验,获得了纤维增强高性能混凝土的三轴偏应力-应变曲线。结果表明,掺入钢纤维和施加围压均能对纤维增强高性能混凝土起到增强、增韧的作用,随着钢纤维掺量和围压的增加,纤维增强高性能混凝土的轴向偏应力、应变、弹性模量均增大。但是二者的作用会相互影响:围压增大,钢纤维掺量对纤维增强高性能混凝土轴向偏应力提高的幅度降低;钢纤维掺量增大时,围压对纤维增强高性能混凝土的增强作用会降低。利用Mohr-Coulomb破坏准则、William-Warnke破坏准则和Power-Law破坏准则构建了不同钢纤维掺量的高性能混凝土三轴抗压破坏模型,研究表明,基于上述3种破坏准则均能较好地模拟高性能混凝土的三轴破坏过程,通过分析模型拟合系数R^(2)发现,William-Warnke模型模拟精度最高,而Power-Law模型能够很好地模拟出钢纤维掺量对高性能混凝土的三轴抗压强度的影响。

超高性能纤维增强混凝土中钢纤维拔出行为研究

自行研发的纤维定位装置可较为精准地控制钢纤维的空间位置,基于此,研究了钢纤维埋置深度、直径和埋置角度对超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)中钢纤维拔出行为的影响。结果表明:随着钢纤维埋置深度增加,钢纤维最大拔出力、拔出功、最大拔出应力及钢纤维强度利用率均呈不断提高的趋势,而最大平均黏结强度却呈减小的趋势;随着钢纤维直径增加,钢纤维最大拔出力、拔出功和最大平均黏结强度相应增加,而钢纤维强度利用率和最大拔出应力均减小;随着钢纤维埋置角度增大,钢纤维最大拔出力和拔出功呈先上升后下降的趋势,分别在埋置角度为45°和30°时达到最大,而埋置角度为75°时,试件破坏模式表现为钢纤维拉断失效。

高性能纤维增强混凝土在桥梁建设中的应用

随着城市桥梁建设的不断发展,对于材料性能和结构安全性的要求也越来越高。在桥梁工程中,传统混凝土存在一些局限性,如抗裂性能和耐久性等方面的不足。为了提升桥梁的性能和延长其使用寿命,高性能纤维增强混凝土成为一种备受关注的新型材料。本文以“高性能纤维增强混凝土在桥梁建设中的应用”为题,探讨了该材料在桥梁工程中的潜力和应用价值。首先介绍了高性能纤维增强混凝土的基本特性和成分配比设计方法。然后详细讨论了该材料在桥梁结构中的应用领域,包括桥面板、支座、墩柱等部位,并分析了其对抗裂性能、耐久性和承载力等方面的改善效果。通过实际案例分析,总结了高性能纤维增强混凝土在桥梁建设中的成功应用经验,并提出了未来研究方向和发展趋势。本研究旨在为桥梁工程中高性能纤维增强混凝土的应用提供理论和实践支持,有助于推动桥梁建设的技术进步和质量提升。

超高性能混凝土板加固足尺钢筋混凝土梁抗剪性能

为进一步研究超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)预制板加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗剪性能,开展了3根足尺RC梁的试验研究,包含1根对比梁和2根UHPC预制板加固梁,关注UHPC板及其内嵌CFRP板条对RC梁抗剪性能的影响。试验结果表明:试验梁均发生受剪破坏,但加固梁的承载力、刚度和延性均明显提高,其中,因内嵌CFRP板条提高了UHPC板的抗裂性能,极限荷载及对应位移分别提高了30.8%和28.5%;螺杆力学锚固发挥了侧向约束作用和销栓作用,在一定程度上提高了UHPC板的贡献。同时,通过建立非线性有限元模型对试验梁进行了数值分析,模拟结果与试验结果吻合度高,表明模型所选的本构关系及相关参数合理,可用于预测UHPC板加固RC梁的全过程受力行为。

不同类型纤维增强混凝土的抗侵蚀性能研究

为研究不同类型纤维增强混凝土的抗侵蚀性能,研究了高性能混凝土(HPC)和高性能纤维增强混凝土(HPFRC)的抗侵蚀性能。试验根据ASTM C 1138水下法对混凝土的抗水冲蚀性能进行了评价。利用高压复合板磨损断口的SEM照片和WMP ECLIPSE试验机对其磨损损伤深度进行了分析。结果表明,冲蚀磨损主要取决于水泥浆体-骨料和水泥浆体-纤维的接触区域。聚丙烯纤维的加入可提高HPC混凝土的耐磨性。研究结果对水工建筑物的抗侵蚀研究具有指导意义。

2023年中国超高性能混凝土(UHPC)技术与应用发展报告(上)

本报告记录和概要介绍了2023年中国在UHPC领域,如超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)、活性粉末混凝土(RPC)和超高韧性混凝土(STC)等方面取得的研究成果、标准规范编制进展、产业发展、新的工程应用以及开展的技术交流活动。总体上,2023年中国UHPC研究与技术开发活动在增加,UHPC应用场景和领域在扩大,用量在增长。UHPC的应用突破和创新亮点包括:风电塔筒应用实现零的突破;钢-UHPC组合梁、桁架梁等新结构发展与应用.

被动围压下钢纤维超高性能混凝土冲击压缩力学特性与损伤特征

【目的】为了研究掺有钢纤维的超高性能混凝土(UHPC)在冲击压缩作用下的力学特性与损伤特征,【方法】基于被动围压的霍普金森压杆,保持冲击气压为0.4 MPa不变,分别测试得到不同钢纤维掺量、不同含水状态UHPC试样的应力—应变曲线,并对其峰值应力、应变、能量耗散特性、损伤演化特征进行分析。【结果】结果显示:钢纤维在UHPC中网状分布,发挥桥接作用使试样动态抗压强度提高,钢纤维掺量为1%时动态抗压强度达到峰值,后随掺量增加有所降低,极限应变变化趋势与动态抗压强度相反,饱和试样峰值应力低于干燥试样,约为干燥试样的80%。【结论】计算了试样在加载三阶段的能量耗散,发现钢纤维可以降低荷载做功。此外,结合耗散能定义了损伤变量D,分析了UHPC损伤演化三阶段,得到钢纤维对损伤演化的抑制作用。

钢筋混凝土框架-纤维增强混凝土耗能墙结构抗震性能试验研究

高性能纤维增强混凝土(HPFRC)具有受拉应变硬化和多裂缝开展性能,是一种理想的耗能材料。将HPFRC耗能墙装配于钢筋混凝土(RC)框架,形成RC框架-HPFRC耗能墙新型抗震结构。设计制作了2个1/2比例RC框架-HPFRC耗能墙结构模型,对其进行了拟静力试验,研究其破坏机理、变形和耗能性能等;分析了RC框架和HPFRC耗能墙在峰值荷载点的有效刚度。结果表明:RC框架-HPFRC耗能墙结构可实现"大震可修"的抗震设防目标;1个框架单元内装配2片与1片耗能墙相比,其水平承载力提高了38.3%,初始侧向刚度提高了1.78倍,但后期侧向刚度仅提高20%~30%,不同损伤状态的耗能能力提高了10%~175%,侧向变形能力基本相同;RC框架和HPFRC耗能墙在峰值荷载点的有效刚度系数分别为0.11和0.13。

钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土受压细观数值模拟

为深入研究钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土(hybrid fiber reinforced ultra-high performance concrete,HFR-UHPC)受压力学性能及纤维增强机理,本文利用ABAQUS软件建立了HFR-UHPC三维细观数值模型,对其轴心受压过程进行了数值模拟。通过对比轴心受压试验结果,验证了模型的合理性。在此基础上,拓展分析纤维掺量、长径比等参数对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)受压特性的影响,进一步分析压力作用下纤维增强机理。结果表明:随着钢纤维体积掺量增加,超高性能混凝土损伤发展变缓,单轴受压峰值强度略有提高,峰后延性明显增加;钢纤维长径比对超高性能混凝土受压应力-应变曲线的影响较小,但是更长的纤维更好地发挥了阻裂作用;在超高性能混凝土单轴受压过程中,钢纤维在峰值点前主要发挥骨架作用,在峰值点后主要发挥阻裂作用。

短碳纤维增强高性能混凝土的性能和机理研究

为了改善高强混凝土由于水泥自缩、湿涨造成的脆性大、抗拉强度低,特别是应力——应变曲线的下降段不及普通混凝土的特点,本文以掺入短碳纤维为突破口,选取水胶比、砂率、短碳纤维的体积比、高效减水剂掺量四个因素作为变量,利用均匀设计安排试验,用SPSS软件对抗压强度和劈拉强度分别进行回归分析而得到回归方程,用MATLAB进行优化处理,进而求出最优配比。研究结果表明,短碳纤维的加入可明显改善混凝土的脆性,劈拉强度与抗压强度之比由原来的1/10～1/15增大到1/6～1/8,且拌合物的保水性、粘聚性也得到明显改善。最后用扫描电子显微镜观测了短碳纤维增强混凝土的微观结构,并从基理上进行了分析。

纤维增强高性能混凝土在醋酸钙镁溶液中的抗腐蚀性

以醋酸钙镁(CMA)为主要成分的机场道面除冰液对道面高性能混凝土(HPC)具有一定的腐蚀性,纤维增强高性能混凝土(FRHPC)在机场道面除冰液中的腐蚀未知。进行了FRHPC试件在浓度为25%的CMA溶液中的浸泡实验,测定了腐蚀过程中混凝土试件的单位表面积剥蚀量和相对动动弹性模量,跟踪了试件表面的剥落特征,比较了HPC和FRHPC的抗CMA腐蚀性。结果表明:HPC和低弹性模量纤维试件FRHPC1经过1522 d腐蚀,单位表面积剥蚀量均显著增长,相对动弹性模量均在90%以上,HPC表面产生较强的剥蚀,FRHPC1表面产生严重剥蚀;高弹性模量纤维试件FRHPC2经过1522 d腐蚀,单位表面积剥蚀量增长微弱,相对动弹性模量保持在100%以上,表面出现少量剥蚀。采用混杂纤维FRHPC3经过1522 d腐蚀,单位表面积剥蚀量几乎没有变化,相对动弹性模量更是超过110%,表面完好无损。因此,混凝土纤维弹性模量越高抗表面剥蚀效果越好,尤其混杂纤维混凝土抗表面剥蚀效果非常明显。

超高性能纤维增强混凝土初步研究

去除普通混凝土中的粗骨料以提高匀质性，同时在水泥基体中复合使用粉煤灰、硅粉和高效减水剂，并掺加微细钢纤维以增强韧性和延性，可以获得超高性能的水泥基纤维增强材料。试验结果表明，以水胶比为０．１６，配制出流动性良好的混凝土，达到抗压强度２３０ＭＰａ、抗折强度５０ＭＰａ。

钢纤维增强超高性能混凝土抗压强度尺寸效应研究

考察了3种配合比的钢纤维增强超高性能混凝土/超高性能混凝土(UHPSFRC/UHPC)抗压强度的尺寸效应,分析了试件尺寸、试件形状、养护制度、龄期等因素对抗压强度的影响,探讨了以小尺寸试件替代标准试件测试UHPSFRC/UHPC抗压强度的可行性。研究结果表明:不同尺寸和形状试件的抗压强度存在线性相关性,且强度修正系数宜根据强度等级予以分段考虑;圆柱体试件的抗压强度普遍低于立方体试件;掺与不掺钢纤维对抗压强度尺寸效应影响较大。

钢纤维增强高性能混凝土力学性能研究

对不同纤维体积率,以及不同掺合料下基体强度为C80的钢纤维增强高性能混凝土(SFRHPC)的力学性能进行了测试,包括立方体抗压、劈裂抗拉、棱柱体抗压、泊松比、静力弹性模量和弯曲韧性等。试验结果显示,对于弯曲韧性和劈裂抗拉强度钢纤维的作用十分明显,对于立方体和棱柱体抗压强度也有一定的增强,对于泊松比,静力弹性模量的影响则很小。

高性能纤维增强混凝土连肢墙体系抗震性能研究

高性能纤维增强混凝土（以下简称“HPFRC”）受拉时表现出一种独特的应变硬化行为，这种行为能增强结构响应，在往复循环荷载作用下尤为明显。最新试验研究表明，对于承受高循环变形的构件体系，采用HPFRC代替普通混凝土，可以降低结构细部设计要求和钢筋数量。钢筋混凝土连肢墙体系是一个可以受益于HPFRC独特应变硬化行为的结构体系，因为钢筋混凝土连肢墙体系的连梁和塑性铰区域在抗震设计承受较大的往复循环变形。本文研究一个18层连肢墙体系原型的抗震性能，其中墙体的塑性铰区域和连系梁采用HPFRC取代传统的钢筋混凝土。采用计算机数值模拟研究结构体系在不同危害等级下的抗震性能，通过多个参数来评估结构体系的响应，包括层间位移、转动和结构关键部位的变形。模拟结果显示，采用HPFRC取代普通混凝土可以带来好的整体抗震响应，主要表现为墙体塑性铰区域塑性铰链性能的增强和连系梁、墙体裂缝的有效控制。

高性能纤维增强混凝土受弯构件承载力

对高性能纤维增强混凝土的主要力学性能进行了分析研究,通过体现应变硬化和多裂缝特性的简易模型,建立了相应的应力应变关系,推导了高性能纤维增强混凝土受弯构件承载力公式.研究结果表明,应变硬化阶段和多裂缝性能对其构件的弯拉强度有很大的提高,其提高幅度随极限应变与初始开裂应变的比值增大而增加,同时在一定范围内压应变与初始开裂应变的比值也影响弯拉强度.