鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載影響因素研究

劉偉生, 張　恒

(山東科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 山東青島 266590)

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鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載影響因素研究

劉偉生, 張恒

(山東科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 山東青島 266590)

采取梁截面b×h為120 mm×200 mm、長(zhǎng)為2 100 mm的試件，進(jìn)行加載試驗(yàn)，探究鋼纖維體積率、鋼纖維鋪設(shè)層厚及腐蝕時(shí)間對(duì)鋼纖維鋼筋混凝土開裂荷載的影響。結(jié)果表明，鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載受鋼纖維體積率、鋼纖維混凝土層厚及試件梁腐蝕時(shí)間而影響程度不同。鋼纖維層厚對(duì)鋼纖維混凝土梁的開裂荷載的影響作用最為突出，鋼纖維體積率的影響作用較為突出。

混凝土梁；鋼纖維；開裂荷載；體積率；腐蝕時(shí)間；鋼纖維厚度

隨機(jī)分布的鋼纖維加入普通混凝土中所產(chǎn)生的一種高性能建筑材料，即為鋼纖維混凝土[1]。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土有較強(qiáng)的抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗腐蝕性、阻礙裂縫發(fā)展等優(yōu)良性能。由于鋼纖維在高層建筑中的大規(guī)模使用，研究鋼纖維鋼筋混凝土裂縫開裂荷載影響因素具有重大意義。同其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)研究制造鋼纖維時(shí)間較短，技術(shù)還不太成熟。本文通過試驗(yàn)來探究鋼纖維體積率、鋼纖維鋪設(shè)層厚和腐蝕時(shí)間對(duì)鋼筋混凝土梁開裂荷載的影響程度。

1　試驗(yàn)概況

1.1試驗(yàn)材料

鋼纖維長(zhǎng)35 mm、等效直徑0.4 mm,可以得出長(zhǎng)徑比為87.5，其截面形狀為圓形。水泥采用中聯(lián)水泥公司生產(chǎn)的P.O 42.5級(jí)水泥。普通中砂細(xì)骨料，普通碎石粗骨料，生活用水和直徑12 mm的熱軋帶肋鋼筋。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)梁為總長(zhǎng)度2 100 mm、截面尺寸為120 mm×200 mm的構(gòu)件，運(yùn)用兩端對(duì)稱加載，即加載段長(zhǎng)1 800 mm，支座外均為150 mm的加載方式進(jìn)行試驗(yàn)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)梁進(jìn)行研究，具體設(shè)計(jì)見表1，試驗(yàn)加載見圖1。

表1　試驗(yàn)梁設(shè)計(jì)方案

圖1　試驗(yàn)加載裝置

1.3試驗(yàn)結(jié)果分析

為了使結(jié)果更為顯明，運(yùn)用直觀分析的方法，對(duì)試驗(yàn)各因素及各因素對(duì)混凝土梁開裂荷載影響進(jìn)行分析研究，具體結(jié)果如下。

1.3.1鋼纖維體積率

從圖2可以看出，鋼纖維混凝土梁受彎承載力受鋼纖維體積率的影響巨大，即當(dāng)鋼纖維體積率越來越大，開裂荷載也隨之增加。根據(jù)試驗(yàn)得出當(dāng)鋼纖維體積率為0.6%時(shí)，鋼纖維混凝土梁開裂荷載提高了約26.9%；當(dāng)鋼纖維體積率為1.3%時(shí)，鋼纖維混凝土梁開裂荷載的提高幅度約為38.4%；當(dāng)鋼纖維體積率為2.0%時(shí)，鋼纖維混凝土梁開裂荷載的提高幅度約接近1倍。可以得到鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載受鋼纖維體積率的影響程度突出。

圖2　開裂承載力與鋼纖維體積率關(guān)系

1.3.2鋼纖維混凝土厚度

從圖3可以看出鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載與鋼纖維層厚的關(guān)系，也就是隨著鋼纖維層厚的不同，鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載也有不同幅度的增減。當(dāng)鋼纖維層厚50 mm，即為2倍混凝土梁保護(hù)層厚度時(shí)，鋼纖維鋼筋混凝土梁開裂荷載比普通混凝土梁提高了近1/3；當(dāng)鋼纖維層厚為100 mm(梁高度的一半)時(shí)，開裂荷載提高幅度又明顯的降低，但相比普通混凝土梁還略有提高。總之，這些數(shù)據(jù)可以看出，鋼纖維層厚對(duì)試驗(yàn)梁開裂荷載的影響程度明顯。

圖3　開裂承載力與鋼纖維層厚關(guān)系

1.3.3梁腐蝕時(shí)間

圖4清晰地呈現(xiàn)了鋼纖維鋼筋混凝土梁在腐蝕50d后開裂荷載明顯的降低，然而混凝土梁開裂荷載隨著腐蝕時(shí)間的增加又增大，其增長(zhǎng)到的最大值仍小于無(wú)腐蝕時(shí)的開裂荷載。當(dāng)腐蝕后，由于鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力受水的影響而降低，使開裂荷載明顯降低，然而當(dāng)腐蝕發(fā)展到一定的程度時(shí)，腐蝕產(chǎn)物反而提高了鋼筋與混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度使得開裂荷載小程度的提升。

2　試驗(yàn)結(jié)論

(1)鋼纖維層厚對(duì)鋼纖維混凝土梁的開裂荷載的影響作用最為突出，鋼纖維體積率的影響作用較為突出,即鋼纖維層厚度為2倍的混凝土保護(hù)層厚時(shí)開裂荷載提高最強(qiáng)，鋼纖維體積率為2.0%時(shí)開裂荷載提高幅度最大。

(2)通過實(shí)驗(yàn)可以得出，在混凝土厚度為50 mm，鋼纖維體積率為0.2%時(shí)，鋼纖維混凝土梁開裂荷載最大。

圖4　開裂承載力—梁腐蝕時(shí)間關(guān)系

(3)通過試驗(yàn)得出腐蝕環(huán)境對(duì)鋼纖維鋼筋混凝土梁和普通鋼筋混凝土梁的開裂荷載有負(fù)作用，即開裂荷載都不同程度地降低，與普通混凝土梁相比，鋼纖維混凝土梁開裂荷載受腐蝕時(shí)間影響較小，因?yàn)殇摾w維的存在可以在一定程度上減少腐蝕液體對(duì)于受力鋼筋的腐蝕。

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劉偉生(1991～)，男，研究生，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)工程 。

TU529.572； TU502+.6

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[定稿日期]2016-05-11