1、第3O卷第10期 2 0 1 5年1 0月 宿州学院学报 Journal of Suzhou University VO13O，NO1O oct2 O 1 5 doi：103969jissn16732006201510028 碳纤维增强混凝土弯曲韧性试验 刘发明，谷 坤，张旭辉 宿州学院资源与土木工程学院，安徽宿州，234000 摘要：采用改变碳纤维在混凝土中体积掺量的方法，对混凝土的弯曲韧性进行了试验，研究了不同碳纤维体积掺量 对混凝土弯曲韧性以及破坏特征的影响。结果表明，碳纤维对基体混凝土在弯曲破坏时有不同程度的改善和增强 作用，碳纤维体积掺量对基体混凝土弯曲韧性改善的最佳掺量在06 左右
2、，跨中挠度分男q为38、558、1558时的 弯曲韧性指教增加量达到了2O 。从碳纤维混凝土破坏形态来看，破坏也由脆性断裂变为一定程度的韧性断裂。 关键词：碳纤维；体积掺量；弯曲韧性 中图分类号：TU528582 文献标识码：A 文章编号：16732006(2015)1OO1O4一O3 为了克服混凝土脆性大、抗拉强度低和易开裂 的先天缺陷，在混泥士中掺入纤维可以约束其裂缝 的展开，减少塑性收缩，增强抗拉强度，提高耐久性。 碳纤维是一种具有抗拉强度高、耐腐蚀、耐高温、化 学稳定性较好、弹性模量大等性能优良的新型纤维， 将适量体积的碳纤维掺人混凝土中，可以延缓混凝 土内部裂纹的产生和扩展，明显改善
3、混凝土的韧性 和延性，避免混凝土内部产生应力集中现象。正是由 于碳纤维可以使混凝土增强增韧的优良性能，所以 它在复合材料领域中占有重要的地位，广泛应用于 高层建筑、桥梁、码头、大坝、防震、静电屏蔽、导电以 及吸波等方面，受到材料研究科技工作者的普遍关 注 。 1试验方案 11 原材料 试验选用海螺牌325 普通硅酸盐水泥，3 d、 28 d抗压强度分别为187 MPa、386 MPa；细度模 数为253的中砂；最大粒径为20 mm、连续级配的 碎石；日本东邦碳纤维公司生产的12K碳纤维，其 技术性能指标如表1所示。 表1碳纤维性能指标 12配合比设计 根据商怀帅等人 研究结果可知，在水灰比为
4、05时，混凝土的单轴和双轴抗压强度趋于平稳，不 表2碳纤维混凝土弯曲韧性试验配合比表 单位：kg 会出现骤降现象。故本实验选取水灰比为05，混凝 土设计强度等级为C30，砂率采用34，水泥：细 骨料：粗骨料：水一1：16：311：050。在弯曲 韧性试验配合比设计中，所用碳纤维的体积掺量有 02、06、1O 、2O 四种，试验配合比设计如 表2所示 I3试件设计 根据配合比和碳纤维的体积掺量，试件共5组， 每组3个，采用100 mm100 mm400 mm的小梁 试件。按照碎石一水泥一砂子的顺序进行一次投料 入搅拌机中，在干搅的过程中缓慢均匀地加入碳纤 维，最后将拌合水加入并搅拌2 rain后
5、，把混合料浇 筑到模具中成型5。 收稿日期：20150710 基金项目：宿州学院青年人才基金项目“冻融环境粉煤灰混凝土结构耐久性评估及使用寿命预测”(2013XQRL02)；安徽省大 学生创新创业训练计划入选项目“相同体积下不同质量比的碳纤维混凝土的力学性能的研究”(AH2O141O379O50)；安徽省教 育基本建设学会科研项目“基于可持续发展的高校绿色建筑开发管理研究”(1409一lO)。 作者简介：刘发明(1981一)，安徽六安人，硕士，助教，主要研究方向：新型建筑材料、混凝土结构。 】04 14试验方法 碳纤维混凝土弯曲韧性试验测试采用WAw一 1000型微机控制电液伺服万能试验机，利
6、用纤维 混凝土应用技术规程(JGJT 2212010)标准、三 分点弯曲梁试验方法，测量初裂强度和荷载一挠度 曲线。 2弯曲韧性试验结果与分析 21 弯曲韧性评定方法和数据记录 通过试验得到碳纤维混凝土小梁的荷载(KN) 与挠度(mm)的关系曲线，并找出每一条衄线上由 线性变为非线性的分界点，记录该点对应的挠度值， 即为初裂挠度。以初裂挠度的3倍、55倍和155 倍荷载一挠度曲线下面积与初裂挠度曲线下面积之 比来计算弯曲韧性指数，用公式(1)表示。以3个试 件的弯曲韧性指数算术平均值作为该组试件的弯曲 韧性指数值，具体结果如表3所示。 I5= J3，I1o= ，I3o= (1) 式中，5、 。
7、、 。表示跨中挠度分别为33、55 、15 5 时的弯曲韧性指数， 、 、 。、5。表示初裂挠度 、3 、5 、155 对应荷载一挠度曲线下面积。 表3 碳纤维混凝土弯曲韧性试验结果 22碳纤维掺量对混凝土弯曲韧性的影响 根据表3中求得的碳纤维混凝土弯曲韧性指数 值，可以绘制出碳纤维体积掺量与弯曲韧性指数之 间的关系曲线，如图1所示。 3O 25 巅2O 蓑15 ：宣 静l0 5 O 02 O6 1 碳纤维体积掺量 图1碳纤维体积掺量与弯曲韧性指数关系图 从图1可以看出，碳纤维的掺入对于混凝土的 弯曲韧性均有增强作用。当碳纤维体积掺量为02 时，跨中挠度为36、556和155艿时弯曲韧性指数
8、分别提高了397、863和1011；当碳纤维体 积掺量为06 时，跨中挠度为3 、5 和155 时 的弯曲韧性指数分别提高了2153、1951 和 19o0 ；当碳纤维体积掺量在10时，跨中挠度 分别为3 、5 和155 时的弯曲韧性指数分别提高 了227 、45O和496。当碳纤维体积掺量在 06 以下时，混凝土的弯曲韧性增加较多，尤其是 体积掺量在06 时，弯曲韧性增加量达到了20 ， 但是随着碳纤维体积掺量的增大弯曲韧性指数呈减 少趋势。如碳纤维体积掺量在20 时，跨中挠度分 别为3 、5 和155 时的弯曲韧性指数比碳纤维体 积掺量在06时分别降低了了l678、1362 和l238 ，
9、这主要是因为碳纤维出现了“负效应”。 23试验现象与破坏分析 在碳纤维混凝土加载过程中，为了观察碳纤维 混凝土试件从开始出现裂缝到断裂破坏的全过程， 即时调整加载速度，并记录裂缝的展开情况。碳纤维 混凝土试件在出现裂缝后，随着荷载的增加，裂缝逐 渐增多增宽，偶有表层浆体碎渣片掉落，破坏也没有 素混凝土那么突然。碳纤维体积掺量越大，碳纤维混 凝土试件在破坏时表面裂缝宽度就越窄，试件表面 浆体片剥落就越少。试验结果表明，随着碳纤维体积 掺量的增加，混凝土在弯曲时抗破坏特征就越明显。 这是因为数以万计的三维乱向分布的碳纤维在混凝 土中起着微筋拉结作用，这些贯穿裂缝的碳纤维细 微筋限制了骨料间裂缝沿受
10、力方向的扩展与贯通， 延缓了混凝土基体由于裂缝扩展过快而造成的突然 失稳，从而使得混凝土构件的塑性变形能力得到有 效的提高 _8。 3 结论 通过不同碳纤维体积掺量增强混凝土弯曲韧性 能试验，可以得到以下结论： (1)将一定体积掺量的碳纤维掺入混凝土中，对 于基体混凝土在受到弯曲破坏时有不同程度的改善 和增强作用。 (2)碳纤维体积掺量对基体混凝土弯曲韧性改 善的最佳掺量在06左右，跨中挠度分别为38、58 和155 时的弯曲韧性指数分别提高了2153 、 1951和1900 。 (3)碳纤维体积掺量在06以上时，跨中挠度 分别为3占、5艿和155占时的弯曲韧性指数呈下降趋 势，但是整体上碳纤
11、维混凝土弯曲韧性比素混凝土 要高，破坏形态由突然断裂的脆性破坏变为一定程 】05 第3O卷第10期 2 0 1 5年1 0月 宿州学院学报 Journal of Suzhou University VO13O，No10 Oct2 0 1 5 doi：103969jissn16732006201510029 不同土地利用类型对土壤有机质和氮素含量的影响 王红新，何小青 池州学院资源环境与旅游系，安徽池州，247000 摘要：以池州市城郊不同土地利用类型的土壤为研究对象，选取草地、菜地、农田、林地4种土地利用类型分析O 15 cm和15“-30 cm土层中的有机质、全氮、铵态氮和硝态氮含量。结果衰
12、明：池州市城郊地区O15 cm和1530 cm土层中的有机质扣全氮含量规律相同，均表现为菜地林地草地农田；且在O15 am土层中，菜地的有机 质和全氮含量均明显高于其他3种土地利用类型。铵态氮在015 cm和1530 cm土层中均以菜地含量最高，其 次为农田。与有机质、全氮和铵态氮相比，硝态氮含量在不同土层中的规律并不明显。 关键词：土地利用类型；有机质；全氮；池州市 中国分类号：$1531 文献标识码：A 文章编号：16732006(2015)1OO1O603 有机质和氮素是土壤的主要组分，其含量变化 对土壤的生产力有明显影响。土壤有机质含量的多 寡与诸多方面有关，如土壤的湿度与通气状态、温
13、 度、酸碱度等。在土壤中，氮素最主要的来源是植物 残体和凋谢物的偿还以及微生物固氮，其形态主要 有有机态氮和无机态氮等。其中，有机态氮的含量占 全氮的95 以上。有机态氮不能被植物直接吸收利 用，必须先转化为元机态氮，如铵态氮、硝态氮 等】 。本文对安徽池州市城郊不同土地利用类型土 壤中有机质含量和氮素含量进行定量分析，以期为 研究区域内不同土地利用类型土壤肥力的改良和土 地的科学利用规划提供一定依据。 1材料和方法 11研究区域概况 池州市地处安徽省西南部，经度介于东经116。 38 至108。05 之间，纬度介于北纬29。33 至3O。51 之 间；东接铜陵，南邻黄山，北与安庆隔江相望，西
14、望庐 山，与江西九江、景德镇、上饶市毗临，是长江南岸的 主要港口城市之一，地理位置得天独厚3。池州市处 于亚热带季风气候带内，气候温暖湿润，降水量丰 沛，四季较分明；地形为东南部高、西北部低，自南向 北呈阶梯状分布，较复杂4。该区域内土地资源种类 繁多，土壤类型既有地带性土壤，如红壤、黄棕壤，也 收稿日期：20150705 基金项目：池州学院校级自然科学研究重点项目“池州市土壤中碳、氮、硫分布特征与规律的研究”(XK0821)；安徽省教育厅自 然科学项目“皖江湿地土壤呼吸二氧化碳排放通量研究”(KJ2013B17O)。 作者简介：王红新(1979一)，女，河北衡水人，博士，副教授，主要研究方向
15、：污染土壤生态修复。 度的韧性破坏 总之，适量体积的碳纤维掺入，可以明显改善混 凝土在抗裂、抗拉、抗弯等方面的力学性能，有效地 抑制和延迟了混凝土开裂的产生和开展，这对于混 凝土结构工程保持整体稳定性具有一定的实用 价值。 参考文献： 1Chung D D LCement reinforced with short carbon fibers：a muhifunctional material-JComposites Part B： Engineering，2000，31(6-7)：51 1526 2柯开展。周瑞忠短切碳纤维活性粉末混凝土最佳配合比 试验研究J福州大学学报：自然科学版，2006
16、，34(4)： 106 560565 3任彦华，程赫明，何天淳，等碳纤维混凝土的力学性能试 验研究J云南农业大学学报：自然科学版，2010，25 (5)：697702 4商怀帅，宋玉普不同水灰比混凝土冻融循环后双轴压试 验研究J大连理工大学学报，2007，47(6)：862866 5周建方，吴国松，周美英碳纤维增强水泥混凝士材料力 学牲能的研究J混凝土与水泥制品，2003(2)：3536 6张朝晖塑钢纤维混凝土耐久性试验研究FD西安：西 北农林科技大学水利与建筑工程学院，2011：75-80 7王学志，贺晶晶，邹浩飞，等玄武岩一聚丙烯混杂纤维弯 曲韧性能试验研究J。混凝土，2014，29(4)：8286 8林王健，杜向琴碳纤维混凝土力学性能的试验研究J 丽水学院学报，2011，33(2)：4547(责任编辑：汪材印)
