1、XXXX 大学本科毕业设计（论文）纤维混凝土板抗弯性能的试验研究Investigation on the Flexural Performance of Fiber Reinforced Concrete Plates学 院（系）： 土木水利学院 专 业： 土木工程 学 生 姓 名： XXXXXX 学 号： XXXXXXXX 指 导 教 师： XXXXXXXXXX 评 阅 教 师： 完 成 日 期： XXXXXXXXXX 某某大学Xxx university纤 维 混 凝 土 板 抗 弯 性 能 的 试 验 研 究- I -摘 要混凝土具有抗压强度高、原材料容易获得、成本相对低廉、易成型、施工
2、相对简便、经久耐用等优点，但普通混凝土抗拉强度低，且随着强度的增大，脆性也明显增大，在受荷时往往呈现出无明显征兆的脆性破坏，极大地影响了混凝土的实际工程应用，将纤维掺入到混凝土中能够明显提高混凝土的抗拉强度，通过阻碍混凝土内部微裂缝的产生和发展增强混凝土的韧性。韧性是衡量纤维混凝土开裂后承载性能的重要指标, 也是纤维混凝土较之素混凝土的优点体现之一。韧性可定义为材料或结构从开始出现裂缝到失效为止吸收能量的能力。纤维混凝土的韧性包括压缩韧性、弯曲韧性、剪切韧性等，目前广泛采用弯曲韧性作为衡量纤维混凝土韧性的主要指标，其破坏过程更能综合反映出纤维的增韧效果。目前对纤维混凝土（FRC）弯曲韧性的研究
3、主要以纤维混凝土梁（150 mm150 mm550mm）为研究对象，但是梁式模板的内部空间狭小，影响了纤维在混凝土基体中的方向及自由分布，从而导致纤维混凝土试验梁与实际工程中纤维方向和分布存在一定程度的差异。本试验参照梁式构件的 RILEM 弯曲韧性试验方法，通过不同纤维类型、不同纤维掺量的纤维混凝土板（600 mm600 mm100mm）的弯曲韧性试验，总结出了纤维对混凝土基体增强增韧作用的部分规律。关键词：纤维；纤维混凝土板；弯曲韧性纤 维 混 凝 土 板 抗 弯 性 能 的 试 验 研 究- II -Investigation on the Flexural Performance of
4、 Fiber Reinforced Concrete PlatesAbstract Concrete has many outstanding adva1ntages, such as high compressive strength, easy available raw materials, low energy consumption, relatively cheap and easy to shape, relatively simple for construction, high durability and so on. However, the tensile streng
5、th of concrete is really very low, and as the strength increased, the brittleness of concrete increased significantly. So when loaded, the concrete often shows brittle fracture with no obvious signs. That influenced the practical engineering application of concrete greatly. The fibers blended into c
6、oncrete can significantly improve the tensile strength of concrete. Through resisting the emergence and development of the internal micro-cracks in concrete, fibers can improve the crack resistance and the toughness of concrete.The toughness is an important indicator for the workability of fiber rei
7、nforced concrete, and it is one of advantages of fiber reinforced concrete over plain concrete. Toughness can be defined as the capacity of energy absorption of material or structure from loading to failure. The toughness of fiber reinforced concrete includes compression toughness, flexural toughnes
8、s and shear toughness, etc. Currently flexural toughness is widely used as a measure of toughness of fiber reinforced concrete. Because flexural failure is happened under three kinds of loadings including bending, tension and compression, it is much better to measure the integrated effect of toughne
9、ss.Nowadays the traditional method to evaluate the toughness is based on the bending beams（ 150 mm150 mm550mm）. However, the formwork of the beam may show some influence on the fiber orientation and does not correspond to the fiber orientation in the practice such as industrial floor very well. In o
10、rder to reduce the influence of the formwork on the fiber orientation and to simulate the loading behavior of industrial panel, according to RILEM: Test and design methods for steel fiber reinforced concreteBending test, a series simply supported panel（600 mm600 mm100mm） test with different fiber ty
11、pes and fiber contents has been carried out. Key Words：Fiber；Fiber Reinforced Panel；Flexural Toughness纤 维 混 凝 土 板 抗 弯 性 能 的 试 验 研 究- III -目 录摘 要 .IAbstract .II1 混凝土 .11.1 混凝土的主要性质 .11.1.1 强度 .11.1.2 工作性 .11.1.3 耐久性 .41.2 混凝土的发展 .71.2.1 钢筋混凝土（Steel Reinforced Concrete） .71.2.2 预应力混凝土（Pre-stressed Con
12、crete） .71.2.3 高强混凝土（High Strength Concrete） .71.2.4 高性能混凝土（High Performance Concrete ） .81.2.5 纤维混凝土（Fiber Reinforced Concrete） .81.2.6 自密实混凝土（Self-compacting concrete） .92 纤维混凝土 .102.1 纤维对混凝土基体增强增韧作用的影响因素 .102.2 纤维混凝土国内外发展历史 .112.3 钢纤维混凝土（Steel Fiber Reinforced Concrete） .122.3.1 钢纤维混凝土的优点24 .122.
13、3.2 钢纤维混凝土的发展方向 .132.4 合成纤维混凝土 .142.4.1 聚丙烯短纤维（Micro PP-fiber） .142.4.2 聚丙烯长纤维（Macro PP-fiber） .152.4.3 合成纤维与钢纤维对混凝土基体阻裂效应的区别 .152.5 混杂纤维混凝土（Hybrid Fiber Reinforced Concrete） .152.5.1 常见的纤维混杂模式 .162.5.2 混杂纤维混凝土的力学性能 .172.6 纤维混凝土的实际工程应用 .172.6.1 道路和桥梁工程 .17纤 维 混 凝 土 板 抗 弯 性 能 的 试 验 研 究- IV -2.6.2 隧道和
14、铁路工程 .182.6.3 建筑结构及预制构件 .182.6.4 大坝、水库等水利工程 .192.6.5 港口、海岸及近海工程 .192.6.6 修补加固工程 .192.6.7 军事工程 .192.7 纤维混凝土的增强理论 .202.7.1 复合材料理论 .202.7.2 纤维间距理论 .222.8 纤维混凝土的开裂机理 .233 纤维混凝土的基本力学性能 .253.1 纤维混凝土的抗压性能 .253.2 纤维混凝土的抗拉性能 .263.3 纤维混凝土的抗弯性能 .263.4 纤维混凝土弯曲韧性评价标准 .273.4.1 美国材料试验学会标准（ASTM C1018) .273.4.2 中国工程
15、建设标准协会标准(CECS 13: 89) .293.4.3 日本土木学会标准（Japan JSCE G552） .313.4.4 德国纤维混凝土 DBV 标准 .323.4.5 国际材料和结构协会 RILEM 标准 .343.5 纤维混凝土的抗剪性能 .414 本文主要研究内容 .425 试验 .435.1 试验概况 .435.1.1 试验材料 .435.1.2 试验方案 .445.1.3 新拌混凝土的工作度 .485.1.4 新拌混凝土的含气量 .495.1.5 立方体 28 天抗压强度 .505.2 试验结果与分析 .51纤 维 混 凝 土 板 抗 弯 性 能 的 试 验 研 究- V
16、-5.2.1 荷载-位移曲线 .515.2.2 荷载-CMOD 曲线 .575.2.3 位移-CMOD 曲线 .625.2.4 能量-位移曲线 .675.2.5 能量-CMOD 曲线 .725.2.6 抗弯强度 .775.2.7 韧性分析 .78结 论 .82参 考 文 献 .83致 谢 .85纤 维 混 凝 土 板 抗 弯 性 能 的 试 验 研 究- 1 -1 混凝土混凝土（Concrete）是由无机胶凝材料（如石灰、石膏、水泥等）和水，或有机胶凝材料（如沥青、树脂等）的胶状物，与集料按照一定比例配合搅拌，并在一定温度湿度条件下养护硬化而成的一种复合材料（Composite materia
17、l ） 。混凝土一般由水泥、水、粗细集料组成，其中水泥与水构成水泥浆在水泥硬化前起到润滑作用，在水泥硬化后起到胶结作用，骨料起到骨架填充作用，水泥与水反应后形成坚固的水泥石，将集料牢固地粘结成整体。1.1 混凝土的主要性质1.1.1 强度这里所说的强度通常是指抗压强度，包括用来划分混凝土强度等级的立方体抗压强度和结构设计中实际使用的轴心抗压强度。立方体抗压强度 具体规定方法如下：用边长为 150mm 的立方体标准试件，在cuf标准条件下（温度为 ，温度在 以上的标准养护室中）养护 28 天，并用C032%90标准试验方法（加载速度 C30 以下控制在 范围，C30 以上控制在smN/5.32范
18、围，两端不涂润滑剂）测得的具有 保证率的立方体抗压强度，smN/8.05 9用符号 C 表示，如 C30 表示 = 。kcuf, 2/轴心抗压强度 采用 或 的棱柱体cfm30150m45015作为标准试件，比较接近实际构件中的混凝土受压情况，试件制作、养护和加载方法同立方体试件。1.1.2 工作性工作性亦称和易性，是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇筑、捣实）并能获得质量均匀和成型密实的性能。工作性是一项综合的技术指标，包括流动性、粘聚性和保水性三方面。流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其各
19、组分之间保持一定的粘聚力，不致产生分层离析现象。保水性是指混凝土拌合物在施工过程具有一定的保水能力，不产生严重的泌水现象。纤 维 混 凝 土 板 抗 弯 性 能 的 试 验 研 究- 2 -国际标准化组织（ISO）把混凝土拌合物的工作性统称为稠度，通常采用坍落度试验或维勃稠度试验测试混凝土的稠度。坍落度试验的具体测试方法是将混凝土拌合物按规定方法装入标准圆锥筒（无底）内，装满后刮平，然后垂直向上将筒提起，此时混凝土拌合物由于自重将产生坍落现象，量出向下坍落尺寸（mm）叫做该混凝土拌合物的坍落度，作为流动性指标，坍落度越大表示流动性越大。图 1.1 坍落度试验针对流动性较大的混凝土，常采用坍落流
20、动度试验，这一方法主要测量混凝土在自重作用（无插捣）下自由流动扩展的最大范围以及扩展半径达到 500mm 时所用时间，不仅可以检验新拌混凝土的流动性，还可观察混凝土拌合物是否出现泌水及离析现象。具体试验方法是将坍落度筒置于坍落流动度台的中心位置，向筒中浇新拌混凝土，刮去多余的混凝土，并抹平混凝土表面。静置时间不超过 30s，然后平稳、垂直地提起坍落度筒，记录混凝土流动到 500mm 刻度圈时所需的时间 。待混凝土流动稳定后，50T测量坍落流动度台上的混凝土的水平流动最大直径 及其垂直方向的直径 ，并取mDrD其平均值 为坍落流动度值。2/)(rmD纤 维 混 凝 土 板 抗 弯 性 能 的 试
21、 验 研 究- 3 -图 1.2 坍落流动度测定工作性是混凝土拌合物最重要的性能，其影响因素很多，主要有单位用水量、砂率、集灰比、集料、水泥品种和细度以及外加剂、时间和温度等。（1）单位用水量：混凝土拌合物中的水泥浆，赋予其一定的流动性，在水泥用量不变的情况下，用水量越大，水灰比 越大，混凝土聚合物流动性越大，反之流动CW/性越小。流动性过小，会导致施工困难，不能保证混凝土的密实性；用水量过大会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，导致流浆和离析现象，并影响混凝土的强度。（2）砂率：砂率是指混凝土中砂的重量占砂石总重量的百分率。水泥砂浆在混凝土拌合物中起到润滑的作用。砂率过大时，集料的总表面积
22、及空隙率都会增大，在水泥浆含量不变的情况下，相对地水泥浆显得少了，减弱了水泥浆的润滑作用，使拌合物的流动性减小；砂率过小时，不能保证粗集料之间有足够的砂浆层，进而降低拌合物的流动性，且影响其粘聚性和保水性，易产生离析和流浆现象。（3）集料与集灰比：集料颗粒形状和表面粗糙度直接影响混凝土拌合物的流动性，形状圆整、表面光滑，流动性就大，反之由于使拌合物内摩擦力增加，使其流动性降低；级配良好的集料空隙率小，在水泥浆相同时，使包裹在集料表面的润滑层增加，改善其工作性；当给定水灰比 和集料时，集灰比（集料与水泥用量的比值）的减CW/少意味着水泥量的相对增加，从而改善拌合物的工作性。（4）水泥品种和细度：
23、水泥品种对混凝土拌合物工作性的影响，主要体现在不同纤 维 混 凝 土 板 抗 弯 性 能 的 试 验 研 究- 4 -品种水泥的需水量不同。但由于水泥用量在混凝土体积中所占体积相对较小，因此对拌合物工作性的影响并不显著。常用普通硅酸盐水泥配置的混凝土拌合物，其流动性和保水性较好。水泥颗粒越细，用水量越大。在用水量相同时，拌合物流动性减小,而粘聚性和保水性相应改善。（5）外加剂与掺合料 外加剂能够使混凝土拌合物在不增加水泥用量的情况下获得良好的工作性，增大流动性、改善粘聚性、降低泌水性，进而提高混凝土的耐久性。掺入粉煤灰能够改善混凝土拌合物的流动性。（6）时间与温度 混凝土拌合物搅拌后，随着时间
24、增长而逐渐变得干稠，流动性减小，出现坍落度损失现象。因为水泥水化消耗一部分水，另一部分水被集料吸收，还有部分水被蒸发。而温度的升高会加速水泥水化，降低混凝土拌合物的流动性。1.1.3 耐久性混凝土的耐久性，是指混凝土在设计使用年限中，在自然和人为环境的化学物理作用下，不出现无法接受的强度减小，使用功能降低和不能接受的外观破损的能力。影响混凝土耐久性的主要因素有如下几点：（1）冻融破坏：混凝土水化结硬后，内部有很多毛细孔，在浇筑混凝土时，为得到必要的活易性，往往加入的水比水泥水化所需的水多一些，多余的水分滞留在混凝土毛细孔中。低温时水分因结冰产生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏，反复冻融多次，就
25、会使混凝土内部的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。防止混凝土冻融破坏的主要措施是降低水灰比 ，减少混凝土中的多余水分，在冬季施工时，应加CW/强防护，防止早期受冻，并掺入防冻剂等。（2）混凝土的碳化：水泥水化产生大量碱性的 ，在钢筋表面形成能够2)(OHCa有效地保护钢筋的氧化膜 ，而空气中的 气体渗透到混凝体基体内，与其碱性32OFe2物质发生化学反应，使混凝土的 值降低，混凝土失去对钢筋的保护作用，进而造成pH混凝土的锈蚀的过程，成为混凝土的碳化。 CaCa232)(（3）侵蚀性介质的腐蚀：在石化、化学、轻工、冶金及港湾工程中，化学介质对混凝土的侵蚀很普遍，常见的侵蚀性介质腐蚀有: 硫酸盐腐蚀：硫酸盐溶液与水泥石中的氢氧化钙及水化铝酸盐发生化学反应，生成石膏和硫铝酸盐，产生体积膨胀，造成混凝土破坏；酸腐蚀：混凝土是一种碱性材料，遇到酸性物质会产生化学反应；
