傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長期使用之后或在高寒地區(qū)、海洋、島礁等極端環(huán)境下,由于混凝土的開裂,極易發(fā)生鋼筋銹蝕等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用性和耐久性。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋(FRP筋)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕以及彈性自恢復(fù)等諸多優(yōu)點(diǎn),能夠有效解決筋材腐蝕問題,提升結(jié)構(gòu)耐久性及實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)長壽命。FRP筋在土木工程領(lǐng)域已經(jīng)得到了越來越多的應(yīng)用。為解決FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)承受荷載時(shí)裂縫過寬、撓度過大等問題,改善水泥基材料的性能是手段之一。水泥基材料是世界上使用最廣泛的材料之一,利用纖維進(jìn)行復(fù)合化設(shè)計(jì)是增強(qiáng)水泥基材料性能的核心思想。將纖維增強(qiáng)水泥基材料和FRP筋相結(jié)合,可以形成具有良好抗裂性能的復(fù)合梁。為系統(tǒng)探究與玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋(BFRP筋)同源的材料——短切玄武巖纖維對水泥基材料力學(xué)性能及其復(fù)合梁的影響,本文開展了玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料力學(xué)性能試驗(yàn)、粘結(jié)滑移試驗(yàn)和復(fù)合梁抗彎試驗(yàn)等,并對復(fù)合梁的抗彎計(jì)算理論進(jìn)行了系統(tǒng)性歸納。主要研究如下:(1)通過不同纖維摻量、纖維長度和水灰比等參數(shù)下玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料抗壓、抗折、抗拉性能試驗(yàn)研究,對玄武巖纖維的增強(qiáng)效果進(jìn)行了綜合評價(jià)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),纖維的摻入會(huì)減小材料的抗壓強(qiáng)度,但能較大幅度提高抗折強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度。摻入纖維后的材料最大拉應(yīng)變?yōu)?.03%左右,提高效果不明顯,不同長度的纖維會(huì)影響材料的拉伸彈性模量。(2)對玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料-BFRP筋粘結(jié)性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料-BFRP筋的粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)20MPa左右,和混凝土相當(dāng)。達(dá)到峰值粘結(jié)應(yīng)力時(shí)筋材在玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料中的滑移量較混凝土更大。在滑移過程中,筋材表面被玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料磨損的程度更小,粘結(jié)滑移曲線中達(dá)到峰值粘結(jié)應(yīng)力后的殘余段波峰、波谷循環(huán)衰減的趨勢更慢,筋材力學(xué)性能的保留顯著。(3)以玄武巖纖維增強(qiáng)水泥基材料替換BFRP筋梁受拉區(qū)部分混凝土,發(fā)現(xiàn)復(fù)合梁沿梁高方向滿足平截面假定,界面協(xié)調(diào)變形性良好。復(fù)合梁的荷載位移曲線較對比組相差不大,裂縫開展條數(shù)增多,裂縫寬度略有減小。以試驗(yàn)為基礎(chǔ)建立了BFRP筋復(fù)合梁的應(yīng)力計(jì)算理論,通過試算發(fā)現(xiàn),若以具有延性的材料替代受拉區(qū)部分混凝土,可增大梁的剛度和抗彎極限承載力。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

幾種纖維為例進(jìn)行介紹。以不同摻量、亂向分布的鋼纖維加入高強(qiáng)混凝土中得到的鋼纖維混凝土，大量實(shí)驗(yàn)表明混凝土的抗壓強(qiáng)度及延性能夠得到有效改善[8]，但由于短切纖維長細(xì)比等因素的影響，目前鋼纖維增強(qiáng) ECC 的拉應(yīng)變最大僅能達(dá)到 0.5%[9]。鋼纖維混凝土發(fā)展迅速，目前由于力學(xué)性能優(yōu)良、技術(shù)成熟，已經(jīng)在土木工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。美國、日本和我國都已編制了鋼纖維混凝土相關(guān)技術(shù)規(guī)范，但鋼纖維過硬，會(huì)影響拌合物稠度，帶來攪拌困難的問題，而且鋼纖維密度大，在水泥基體中可能下沉，影響拌合物質(zhì)量。(a) 石棉纖維 (b) 玻璃纖維 (c) 碳纖維

維強(qiáng)度保留率達(dá)到 90%，玄武巖纖維在堿性環(huán)境中性能退化較明顯，但相比玻璃纖維和碳纖維，耐高溫性能優(yōu)異。廉杰[25]、潘慧敏[26]等人制作了大批玄武巖纖維混凝土試塊，通過與未摻入纖維的對照組對比，發(fā)現(xiàn)短切玄武巖纖維被摻入基體后，確實(shí)能有效提高混凝土的強(qiáng)度，且對基體的增強(qiáng)效果與短切纖維體積摻量、長細(xì)比的范圍等諸多因素有較大關(guān)系。在主要影響因素中，發(fā)現(xiàn)纖維體積摻量對試塊強(qiáng)度影響的重要性程度要高于長細(xì)比。此外還發(fā)現(xiàn)，玄武巖纖維混凝土14d 強(qiáng)度可達(dá) 28d 強(qiáng)度的 80 %甚至 90 %以上，說明短切纖維增強(qiáng)對提高混凝土早期強(qiáng)度具有較為顯著的意義。P.Iyer 等人[27]研究了多種短切長度（12mm，36mm，50mm）在不同摻量下混凝土試塊的力學(xué)性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)摻量為 8kg/m3下 36mm 長度試塊具有綜合最優(yōu)的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。吳釗賢等人[28]提出了將玄武巖纖維用水泥凈漿包裹，再與混凝土攪拌制作纖維混凝土的工藝，SEM 照片顯示，經(jīng)過凈漿包裹工藝處理后，纖維與水泥石界面的聯(lián)結(jié)效果比較好，基體內(nèi)孔洞明顯減少，混凝土的孔隙率降低。

短切玄武巖纖維

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