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发布时间:2020-01-06 00:00:00
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聚丙烯纤维混凝土单轴受压损伤机理研究
2018年第2期
聚丙烯纤维混凝土;单轴受压;应力-应变全曲线;声发射;损伤机理
Polypropylene Fiber Reinforced Concrete; Uniaxial Compression; Stress-strain Curve; Acoustic Emission (AE); Damage Mechanism
2018年第2期
1000-4637(2018)02-55-06
1000-4637(2018)02-55-06
黄俊男1,颜燕祥2
1.湖北工程学院国际教育学院,孝感 432000;2. 湖北工程学院土木工程学院,孝感 432000

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。

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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。
英文名 :
刊期 : 2018年第2期
关键词 : 聚丙烯纤维混凝土;单轴受压;应力-应变全曲线;声发射;损伤机理
Key words : Polypropylene Fiber Reinforced Concrete; Uniaxial Compression; Stress-strain Curve; Acoustic Emission (AE); Damage Mechanism
刊期 : 2018年第2期
DOI : 1000-4637(2018)02-55-06
文章编号 : 1000-4637(2018)02-55-06
基金项目 :
作者 : 黄俊男1,颜燕祥2
单位 : 1.湖北工程学院国际教育学院,孝感 432000;2. 湖北工程学院土木工程学院,孝感 432000

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。

摘要
参数
结论
参考文献
引用本文
摘   要:考虑聚丙烯纤维体积掺量和长径比两因素,设计制作了7组混凝土试件,通过单轴受压应力-应变全曲线试验,研究了聚丙烯纤维对混凝土力学行为的影响。采用声发射信号采集系统同步监测混凝土内部损伤演化过程,分析了聚丙烯纤维混凝土单轴受压损伤机理。结果表明,聚丙烯纤维显著改善了混凝土的峰后延性和抗压韧性。混凝土试件贯通裂缝形成时,声发射撞击数突增,应力迅速下降,损伤发展较快。随着纤维体积掺量增加,试件声发射累计撞击数逐渐增大;纤维长径比为280时,声发射累计撞击数最大。聚丙烯纤维混凝土破坏时剪切裂纹所占裂纹总数比重较大,试件呈现剪切破坏形态。
Abstract: A total of 7 group of concrete specimens for different fiber volume fractions and aspect ratios was fabricated and tested. Based on the stress-strain curve under uniaxial loading, the effects of PF(polypropylene fiber) on the stress-strain behavior of concrete were studied. The damage evolution process was monitored by acoustic emission (AE) signal acquisition system, and the compressive damage mechanism was analyzed based on AE parameters. The results indicate that the post-peak ductility and compressive toughness are improved by addition of PF. Results from AE showe that the AE hits hare a concentrated release when the main cracks of specimen are formed with a sharp drop in axial stress. Moreover, the cumulative AE hits increase with the increasing fiber volume fraction, and can reache the biggest for the fiber aspect ratio of 280. Furthermore, the mass ratio of shear cracks to the total increases by the incorporation of polypropylene fibers and the specimen showe an obvious shearing failure mode.
关键词:
聚丙烯纤维混凝土;单轴受压;应力-应变全曲线;声发射;损伤机理
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  (1)聚丙烯纤维混凝土破坏呈现明显的延性特征。聚丙烯纤维混凝土单轴受压全过程可分为五个阶段:弹性受力阶段、细观裂缝扩展阶段、宏观裂纹扩展段、裂缝失稳扩展段和破坏段。
  (2)聚丙烯纤维的掺入可以显著改善混凝土的受压力学性能,提高其极限应变,增强其抗压韧性和峰后延性。
  (3)混凝土损伤过程与声发射信号特征密切相关。在贯通裂缝形成时,试件声发射撞击数突增,混凝土强度迅速下降,损伤发展较快。聚丙烯纤维混凝土贯通裂缝形成时间晚于普通混凝土。与普通混凝土相比,由于纤维的滑移和拔出,聚丙烯纤维混凝土累计声发射撞击数较高,且随纤维体积掺量增加而增加,长径比为280时,声发射累计撞击数达到最大值。
  (4)随着聚丙烯纤维的掺入,混凝土中剪切裂缝所占比重增大,混凝土破坏由受拉裂缝控制向剪切裂纹控制转变。
[1] S. Kakooei, H.M. Akil, M. Jamshidi, et al. The effects of polypropylene fibers on the properties of reinforced concrete structures[J].Construction & Building Materials,2012(1):73-77.
[2] P.S. Song, S. Hwang, B.C. Sheu. Strength properties of nylon-and polypropylene fiber-reinforced concretes[J].Cement & Concrete Research,2005,35(8):1546-1550.
[3] H.Mazaheripour,S.Ghanbarpour,S.H.Mirmoradi,et al.The effect of polypropylene fibers on the properties of fresh and hardened lightweight self-compacting concrete[J].Construction & Building Materials,2011,25(1):351-358.
[4] H. Cifuentes, F. Garcfa. Influence of the properties of polypropylene fibres on the fracture behaviour of low-,normal- and high-strength FRC[J]. Construction & Building Materials,2013,45(2):130-137.
[5] J.H.Lee,B.Cho,E.Choi,et al.Experimental study of the reinfor cement effect of macro-type high strength polypropylene on the flexural capacity of concrete[J].Construction & Building Matrials,2016,126:967-975.
[6] S.Mindess,G. Vondran. Properties of concrete reinforced with fibrillated polypropylene fibres under impact loading[J].Cement & Concrete Research,1988,18(1):109-115.
[7] G.Martínez-Barrera,F.U.Nunez,O Gencel, et al. Mechanical properties of polypropylene-fiber reinforced concrete after gamma irradiation[J].Composite Part A,2011,42(5):567-572.
[8] S.Yin,R.Tuladhar,T.Collister,et al.Post-cracking performance of recycled polypropylene fibre in concrete[J]. Construction & Building Materials,2015,101:1069-1077.
[9] P. Zhang, Q.F. Li. Effect of polypropylene fiber on durability of concrete composite containing fly ash and silica fume[J]. Composites Part B Engineering,2013,45(1):1587-1597.
[10] D.Saje,B. Bandelj,et al.Shrinkage of polypropylene fiber-reinforced high-performance concrete[J]. Journal of Materials in Civil Engineering,2011,23(7):941-952.
[11] S.H.Hasheml,I.Mirzaeimoghadam. Influence of nano-silica and polypropylene fibers on the bond strength of reinforcement and structural lightweight concrete[J]. International Journal of Engineering Transactions B Applications,2013,27:269-276.
[12] R.S. Chidambaram, P. Agarwal. Seismic behavior of hybrid reinforced cementitious composite beam-column joints[J]. Materials & Design,2015,86:771-781.
[13] P.S. Song, J.C. Wu, S. Hwang, et al. Statistical analysis of impact strength and strength reliability of steel-polypropylene hybrid fiber-reinforced concrete[J]. Construction and Building Materials,2005,19:1-9.
[14] 王艳,赵凯月,宋战平,等.钢-聚丙烯混杂纤维混凝土研究进展[J].硅酸盐通报,2015,34(7):1885-1890.
[15] 李孟源,尚振东,蔡海潮,等.声发射检测及信号处理[M]. 北京:科学出版社,2010.
[16] Q.Dai,K.Ng,J. Zhou,et al.Damage investigation of single-edge notched beam tests with normal strength concrete and ultra high performance concrete specimens using acoustic emission techniques[J].Construction & Building Materials, 2012(6):231-242.
[17] T.Watanabe,S.Nishibata,C.Hashimoto,et al.Compressive failure in concrete of recycled aggregate by acoustic emission[J]. Construction & Building Materials,2007,21(3):470-476.
[18] B. Kim, W.J. Weiss. Using acoustic emission to quantify damage in restrain fiber-reinforced cement mortars[J].Cement & Concrete Research,2003,33(2):207-214.
[19] D.G.Aggelis,D.V.Soulioti,E.A.Gatselou, et al. Monitoring of the mechanical behavior of concrete with chemically treated steel fibers by acoustic emission[J]. Construction & Building Ma terials,2013,48(48):1255-1260.
[20] D.G. Aggelis, D.V. Soulioti, N.M. Barkoula, et al. Influence of fiber chemical coating on the acoustic emission behavior of steel fiber reinforced concrete[J].Cement & Concrete Composite,2012,34(1):62-67.
[21] D. Soulioti, N.M. Barkoula, A Paipetis, et al. Acoustic emission behavior of steel fibre reinforced concrete under bending[J].Construction & Building Materials,2009,23(12):3532-3536.
[22] D.G. Aggelis, D.V. Soulioti,  N. Sapouridis, et al. Acoustic emission characterization of the fracture process in fibre reinforced concrete[J].Construction & Building Materials,2011(11):4126-4131.
[23] S.C. Paul, S. Pirskawetz,  GPAGV Zijl, et al. Acoustic emission for characterising the crack propagation in strain-hardening cement-based composites (SHCC)[J].Cement Concrete Research,2015,69:19-24.
[24] A.T.Noaman,B.H.Bakar,H.M.Akil.Experimental investigation on compressive toughness of rubberized steel fiber concrete[J]. Construction & Building Materials,2016,115:163-167.

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