黄俊男1,颜燕祥2
半个世纪以来,纤维混凝土以其优越的物理力学性能被广泛应用于工程建设中。其中,聚丙烯纤维具有弹性模量低、拉伸率大、延性好、耐酸碱性强、不导电、造价低、来源广泛且有助于环境保护等优点,是应用最多的纤维之一[1]。已有研究结果[2-9]表明,混凝土中掺入聚丙烯纤维能显著提高其抗拉强度、抗弯强度、冲击和断裂韧性、疲劳和抗震性能、峰后延性以及耐久性等性能。随机分散在混凝土中的聚丙烯纤维可形成多向约束系统,减小混凝土在硬化过程中的自收缩,提高密实度[10]。当用于钢筋混凝土结构关键区域,如钢筋混凝土框架结构节点时,聚丙烯纤维可提高钢筋与基体混凝土间的黏结性能[11],进而提高整个结构的抗震性能[12]。聚丙烯纤维常和其他纤维进行混杂,共同提高混凝土的力学性能,如钢-聚丙烯混杂纤维混凝土[12-14]。然而,目前对聚丙烯纤维混凝土的研究仍停留在宏观尺度,且集中在其基本力学性能方面,对其力学行为的研究较少,聚丙烯纤维混凝土破坏、混凝土内部微裂纹扩展和损伤演化过程研究仍为唯象学范畴。
鉴于此,学者们尝试采用多种无损检测手段监测混凝土的破坏过程。其中,声发射是一种由材料内部响应作为激励且与材料本身性能密切相关的无损检测手段,已成功运用到混凝土的损伤监测、损伤识别和损伤评估等工程中[15]。研究表明[16-17],混凝土破坏过程与声发射信号密切相关,可基于声发射信号参数定量或定性描述混凝土的损伤过程。不同微裂纹产生的弹性波引起不同声发射信号,据此可根据声发射参数分析定性表征混凝土的破坏形态和损伤机理。到目前为止,声发射技术已成功运用到纤维混凝土的损伤监测中。文献[18-20]通过梁式弯曲试验同步采集混凝土梁破坏过程中的声发射信号,利用声发射参数(撞击数、事件数、计数等)表征混凝土的声发射行为,定性描述混凝土的破坏过程。文献[21]通过三点弯曲梁试验研究了不同钢纤维体积掺量对混凝土声发射特性的影响,结果显示,由于纤维的拔出和滑移,混凝土声发射事件数与钢纤维掺量呈正比增加。基于声发射参数(平均频率和RA值等)分析,钢纤维混凝土破坏主要由剪切裂缝控制,呈现出明显的延性破坏特征[22-23]。
综上可知,国内外学者对聚丙烯纤维混凝土应力-应变关系进行了一些研究,但仍存在不足:①聚丙烯纤维参数对混凝土应力-应变曲线影响的研究较少;②聚丙烯纤维混凝土破坏过程研究仍为唯象学范畴;③聚丙烯纤维混凝土的细观损伤机理研究基本空白。因此,有必要开展聚丙烯纤维混凝土在单轴受压荷载下损伤机理的研究。本文通过聚丙烯纤维混凝土单轴受压应力-应变曲线试验,采用声发射技术同步采集混凝土加载过程中的声发射信号,分析聚丙烯纤维对混凝土力学行为的影响,并基于声发射参数分析,研究混凝土破坏过程,揭示聚丙烯纤维混凝土的损伤机理。
聚丙烯纤维混凝土单轴受压损伤机理研究
黄俊男1,颜燕祥2
半个世纪以来,纤维混凝土以其优越的物理力学性能被广泛应用于工程建设中。其中,聚丙烯纤维具有弹性模量低、拉伸率大、延性好、耐酸碱性强、不导电、造价低、来源广泛且有助于环境保护等优点,是应用最多的纤维之一[1]。已有研究结果[2-9]表明,混凝土中掺入聚丙烯纤维能显著提高其抗拉强度、抗弯强度、冲击和断裂韧性、疲劳和抗震性能、峰后延性以及耐久性等性能。随机分散在混凝土中的聚丙烯纤维可形成多向约束系统,减小混凝土在硬化过程中的自收缩,提高密实度[10]。当用于钢筋混凝土结构关键区域,如钢筋混凝土框架结构节点时,聚丙烯纤维可提高钢筋与基体混凝土间的黏结性能[11],进而提高整个结构的抗震性能[12]。聚丙烯纤维常和其他纤维进行混杂,共同提高混凝土的力学性能,如钢-聚丙烯混杂纤维混凝土[12-14]。然而,目前对聚丙烯纤维混凝土的研究仍停留在宏观尺度,且集中在其基本力学性能方面,对其力学行为的研究较少,聚丙烯纤维混凝土破坏、混凝土内部微裂纹扩展和损伤演化过程研究仍为唯象学范畴。
鉴于此,学者们尝试采用多种无损检测手段监测混凝土的破坏过程。其中,声发射是一种由材料内部响应作为激励且与材料本身性能密切相关的无损检测手段,已成功运用到混凝土的损伤监测、损伤识别和损伤评估等工程中[15]。研究表明[16-17],混凝土破坏过程与声发射信号密切相关,可基于声发射信号参数定量或定性描述混凝土的损伤过程。不同微裂纹产生的弹性波引起不同声发射信号,据此可根据声发射参数分析定性表征混凝土的破坏形态和损伤机理。到目前为止,声发射技术已成功运用到纤维混凝土的损伤监测中。文献[18-20]通过梁式弯曲试验同步采集混凝土梁破坏过程中的声发射信号,利用声发射参数(撞击数、事件数、计数等)表征混凝土的声发射行为,定性描述混凝土的破坏过程。文献[21]通过三点弯曲梁试验研究了不同钢纤维体积掺量对混凝土声发射特性的影响,结果显示,由于纤维的拔出和滑移,混凝土声发射事件数与钢纤维掺量呈正比增加。基于声发射参数(平均频率和RA值等)分析,钢纤维混凝土破坏主要由剪切裂缝控制,呈现出明显的延性破坏特征[22-23]。
综上可知,国内外学者对聚丙烯纤维混凝土应力-应变关系进行了一些研究,但仍存在不足:①聚丙烯纤维参数对混凝土应力-应变曲线影响的研究较少;②聚丙烯纤维混凝土破坏过程研究仍为唯象学范畴;③聚丙烯纤维混凝土的细观损伤机理研究基本空白。因此,有必要开展聚丙烯纤维混凝土在单轴受压荷载下损伤机理的研究。本文通过聚丙烯纤维混凝土单轴受压应力-应变曲线试验,采用声发射技术同步采集混凝土加载过程中的声发射信号,分析聚丙烯纤维对混凝土力学行为的影响,并基于声发射参数分析,研究混凝土破坏过程,揭示聚丙烯纤维混凝土的损伤机理。
版权所有:中国混凝土与水泥制品网 苏ICP备10086386号 网站建设:中企动力 苏州