PVA纖維混凝土的單軸抗壓應力應變關系

熊　陽， 白應華， 顏　言

(湖北工業大學土木工程與建筑學院， 湖北 武漢 430068)

PVA纖維混凝土的單軸抗壓應力應變關系

熊陽， 白應華， 顏言

(湖北工業大學土木工程與建筑學院， 湖北 武漢 430068)

[摘要]利用SHT4106電液伺服電子萬能試驗機對五組不同纖維摻量和LHFRC(層布式混雜纖維混凝土)及LSFRC(層布式鋼纖維混凝土)立方體試塊進行了單軸抗壓試驗。通過對試驗結果的分析，表明PVA(聚乙烯醇)纖維能略微提高混凝土的抗壓強度，但由于纖維的摻入會將部分空氣帶入混凝土基體中，減小粘接力，因此纖維的摻量不宜過大，最佳摻量在1%以下。PVA纖維能有效的改善混凝土立方體抗壓變形能力，使混凝土由脆性破壞轉換為有一定塑性的破壞形態，而LHFRC與素混凝土的應力應變曲線相差不多。但是LSFRC則表現出高強混凝土的應力應變曲線特點，即上升階段基本上已經由曲線變成了直線，下降階段比較陡，甚至可以認為不再有下降階段。

[關鍵詞]纖維混凝土; 層布式 ; 單軸抗壓; 應力應變曲線

纖維混凝土以其良好的特性而在工程界得到了廣泛研究和應用，但是關于PVA纖維混凝土研究還比較少本文通過PVA摻量分別在0.2%、0.1%和0.08%以及LHFRC和LSFRC[1]的100 mm×100 mm×100 mm試塊的抗壓試驗研究了PVA纖維混凝土的力學性能，得出力與位移的曲線，通過計算轉換成應力應變曲線，分析得出不同PVA含量對立方體試塊抗壓性能的影響以及LHFRC和LSFRC的應力應變曲線的特點和區別。

1力學性能試驗

1.1試件制備

原材料：水泥：武漢華新水泥股份有限公司生產P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粗骨料：采用碎石，使用前用水洗法把表面泥沙洗凈，粒徑5～20 mm連續級配；細骨料：河砂，通過級配試驗測量為中砂，細度模數2.6，混凝土配合比為：水泥340 kg/m3；水136 kg/m3；砂633 kg/m3；石1298 kg/m3；減水劑2.04 kg/m3；水灰比0.4；砂率33%。PVA纖維：上海博寧工程纖維材料有限公司生產PVA纖維，其性能指標為：密度1.3 g/cm3;直徑15 μm；彈性模量33.4 GPa；長度12 mm；抗拉強度1704 MPa；斷裂伸長率12%；纖維形狀:束狀單絲；耐酸堿鹽極高(本文選用12 mm PVA纖維)。鋼纖維：上海貝卡爾特鋼纖維，長徑比60，質量摻量采用上層1.0%，下層1.0%。其性能為：抗拉強度1070 MPa；彈性模量200 GPa；極限拉伸0.5%～3.5%；比重7.8 g/cm3。減水劑：聚羧酸減水劑；水：清潔自來水。

1.2混凝土施工工藝。

素混凝土的施工工藝嚴格按照《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)要求進行，PVA纖維混凝土的施工工藝也是按照素混凝土的步驟，只是在拌制時把PVA均勻地分散到混凝土基體中去，LHFRC和LSFRC的施工工藝嚴格按照《纖維混凝土結構技術規程》(CECS38：2004)的步驟：1)在基層混凝土達到強度要求后，架立鋼模，直接在基層上篩撒底層鋼纖維。2)攤鋪中間層面混凝土進行振搗。3)在中間層面混凝土終凝前，篩撒底頂鋼纖維，再攤鋪表層混凝土，用平板振搗器振實振平，然后進行表面處理。

試件尺寸為100×100×100，PVA摻量分別在0.2%、0.1%和0.08%以及層布式鋼纖維和層布式混雜纖維，每組配合比試件做2個，一共12個試件，具體見表1。試件澆筑和養護均按規范要求進行，經標準養護一個月后開展力學試驗。

表1　纖維摻量%

2試驗結果分析

2.1立方體抗壓強度

纖維混凝土立方體抗壓強度試驗見圖1和圖2，結果見表2。

表2　立方體抗壓強度

由表2可知，當PVA纖維摻量為0.08%時，立方體軸心抗壓強度比素混凝土提高了約3.9%；當PVA纖維摻量在0.1%時，立方體軸心抗壓強度比素混凝土提高了約1.1%；當PVA纖維摻量在0.2%時，立方體軸心抗壓強度變化不大，比素混凝土略微降低；由此可知，在一定的PVA摻入下，纖維混凝土的抗壓強度會隨著PVA摻量的增加而降低，但總體影響不大，最佳摻量在0.1%以下。

從圖1、圖2來看，PVA混凝土在結構破壞后仍保持一定的整體性，表明PVA的加入，使混凝土的破壞形式由脆性破壞[2]轉為有一定塑性的破壞形態。

由表5中LHFR和LSFRC試驗數據可知，在0.08%的PVA纖維的摻量下，LHFRC的立方體抗壓強度比素混凝土立方體抗壓強度降低了10.4%；LSFRC的立方體抗壓強度比素混凝土提高了12.6%，而LSFRC的立方體抗壓強度比LHFRC的立方體抗壓強度提高了。由于PVA和鋼纖維兩種纖維的混合摻入，使總體纖維摻量變大，纖維不僅不容易分散，而且會把部分空氣帶入混凝土中，減小基體粘結力的同時，也降低了混凝土的強度[3]。

圖 1　P　　　VA纖維混凝土　　　圖 2　素混凝土破壞形態　　　破壞形態

2.2立方體應力應變曲線

把力與位移曲線轉變成應力與應變曲線，得出試塊分別在PVA摻量0.2%、0.1%和0.08%以及層布式鋼纖維和層布式混雜纖維下的應力應變曲線如圖3-圖8所示。

圖 3　素混凝土

圖4 PVA摻量0.2%

圖 5　PVA摻量0.1%

圖6 PVA摻量0.08%

從圖3-圖6可以看出，PVA纖維混凝土的應力應變曲線和素混凝土的應力應變曲線基本上保持一致[4]，PVA含量從0.2%降到0.08%，其峰值應變均在 0.014左右并略有增加，曲線上升階段和相對應的峰值應變變化不大，但是下降階段的形狀差異比較明顯，隨著PVA纖維混凝土本身強度的提高，曲線下降的坡度越陡，表明應力變化相同的幅度時，變形相對而言較小，因此延性略差。

從圖7可以看出，LHFRC的應力應變曲線和素混凝土的應力應變曲線相比，不管是峰值應變，還是下降趨勢都相差不大。

從圖8的LSFRC的應力應變曲線來看，可以把LSFRC假設為高強混凝土[5]，高強混凝土的應力應變曲線的典型特點是，其上升段曲線趨于直線，而且強度越高，其線性越明顯，下降段越陡，甚至可以認為下降段不存在[6]。

圖 7　層布式混雜纖維混凝土

圖 8　層布是鋼纖維混凝土

3結論

通過PVA纖維混凝土及LHFRC和LSFRC的立方體軸心抗壓試驗，分析得出如下結論：

1)在一定的PVA摻量下，混凝土的抗壓強度會隨著PVA摻量的增加而略微減小，但是影響不大。

2)PVA混凝土的應力應變曲線跟素混凝土的應力應變曲線基本上保持一致，只是在下降階段下降的趨勢稍微變陡,由于PVA的作用，纖維混凝土表現出一定的延性，開裂后裂縫有一個開展過程。

3)LSFRC在提高抗壓強度的同時，應力應變曲線以上升階段為主，下降部分很少，表現出類似高強混凝土的應力應變曲線。

[參考文獻]

[1]陳應波,梅華東,盧哲安.層布式鋼纖維、混雜纖維混凝土的疲勞性能[J].工業建筑，2006(9)：61,68-70.

[2]過鎮海, 時旭東. 鋼筋混凝土原理和分析[M]. 北京: 清華大學出版社, 2003.

[3]中華人民共和國國家標準.GB50010-2010混凝土結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2010.

[4]中華人民共和國行業標準.JGJ/T281-2012高等混凝土應用技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社,2012.

[5]王勇威,蒲心誠,王志軍 . 單軸壓力下56.3～164.9 MPa混凝土的應力應變關系[J].建筑結構學報，2005(1)：97-102.

[6]王志軍, 蒲心誠. 超高強混凝土單軸受壓性能及應力應變曲線的試驗研究[J].重慶建筑大學學報，2000(S1):28-33.

[責任編校： 張巖芳]

The Stress-strain Relationship of PVA Fiber Concrete under Uniaxial Compression

XIONG Yang, BAI Yinghua, YAN Yan

(SchoolofCivilEngin.andArchitecture,HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

Abstract：Using SHT4106 electro-hydraulic servo universal testing machine, the paper conducted uniaxial compression tests on five groups of different fiber content LHFRC (layer hybrid fiber reinforced concrete) and LSFRC (Layered just fiber reinforced concrete) test cubes. The analysis of test results indicates that PVA fibers can slightly increase the compressive strength of concrete，However, Because of the incorporation of the fibers into the air will be part of the concrete matrix, this can reduce the force of the substrate. Therefore, the blending amount should not be too large, and the best content is below 1%. PVA fiber can effectively improve the concrete cube compressive deformation, making the concrete convert from brittle failure to a certain plasticity of failure modes. But LSFRC showed a stress-strain curve characteristic of high strength concrete. The rising phase has basically become a straight line and the declining phase is relatively steep, which can be even considered as non-declining.

Keywords：fiber reinforced concrete; layered ;uniaxial compressive: stress-strain curve

[收稿日期]2015-05-29

[作者簡介]熊陽(1989-)， 男，湖北應城人，湖北工業大學碩士研究生，研究方向為建筑與土木工程

[文章編號]1003-4684(2016)02-0097-03

[中圖分類號]TU37

[文獻標識碼]：A