早期钢纤维混凝土与钢筋混凝土平板实验比较中英文对照

早期钢纤维混凝土与钢筋混凝土平板实验研究比较作者丁一宁,WolfgangKusterle奥地利Innsbruck大学建材与材料测量学会1999年5月2日1999年7月30日发表摘要最近在一些地下建筑物中，钢纤维混凝土取代钢筋混凝土已经越来越普遍，因此对钢纤维混凝土和传统混凝土进行比较是非常重要的。假使钢纤维混凝土在隧道中使用，获得一个牢固稳定的效果非常重要,为了避免爆破或钻探对纤维混凝土的破坏，在早期获得强度指标是非常重要的。与实际强度相比，隧道孔避在喷射完混凝土后就已经提前满载，因此大多数事故发生在早期，为了评估板的抗剪和弯曲延性的发展,符合EFNARC标准混凝土实验已经进行，测量是在样品的早期进行，大约在10小时到48小时。所有版权归ElsebierScience公司所有。重要词汇：纤维混凝土；钢纤维；钢网；早期；平板实验1.介绍众所周知纤维对混凝土的影响是在后期，但是在目前，纤维混凝土与其他纤维混凝土和钢筋混凝土的比较研究却很少,尤其是龄期从2小时到两天。喷射混凝土获得早期强度是非常重要的。在Innsbruck大学建材与材料测试实验室里,带有纤维混凝土的喷射混凝土与传统混凝土的早期强度的初步实验已经完成，考虑喷射混凝土的回弹，反映原始喷射混凝土的级配曲线被使用。实验混凝土的表现与EFNARC相符。在平板实验中钢筋网的位置与配筋率是很重要的。对这些实验，金属被放置在中间，被理想的放置在受拉面。在地下支护中，网孔或栅栏被直接固定在挖空面上是平常被采用的，钢筋的最小配筋率是被用到的。2.测试钢纤维混凝土平板的混合设计如下：隧道水泥（普通的波特兰水泥）450kg/m3,合计（沙子0-8mm）1770kg/m3,可塑性1%，水泥含水率0.45，钢纤维含量是20，40,和60kg/m3,并且纤维的长度是30mm，直径0.5mm,末端带钩的纵横比是60。根据奥地利的标准，钢筋面积的网孔比率（CQS,直径6mm,距离100mm，μ=0.19%）应满足加强平板的最小配筋率。平板钢筋的质量是0.714kg,就象钢纤维混凝土平板的纤维含量是20kg/m3.为了研究钢纤维混凝土的延展性和能量吸收性，非常有名的实验已经完成。相同的梁的弯曲实验已经被研究，由于如下的原因，板的实验被认为能够比梁能更好的检测材料的性能。梁是一个静态的系统并且只遭受纵向的弯曲。板是一个不确定的系统并且遭受两个方向的弯曲，静态不确定系统当达到第一个最大荷载时，允许压力从新分配到另一个方向，板被认为在描绘隧洞和采矿的壳体结构是的两个方向弯曲比梁更实际一块600*600*100mm的实验板的四个边被钢性金属结构支撑并且在板的中间加载，加载面是100*100（如图1），中间点的变形速度是1.5mm每分钟图1.板的实验加载的变形曲线（如图2）板的中间规定挠度是25mm,从加载的开始曲线就是挠度，给予能量是产生挠度的原因。2.结果平板实验材料的韧性评估标准是能量吸收等级韧性等级能量吸收量（到225mm)a500b700c1000表12.110h时的性能挠度(mm)图2图2显示的是不同纤维的纤维混凝土与在中间设置钢网的钢筋混凝土的在10小时的性能比较曲线。正如先前所提到的，钢网的重量与容量是20kg/m3的纤维混凝土中的纤维重量相同，但是钢筋混凝土的延展性和能量吸收性低于容量是20kg/m3的钢纤维混凝土，在图2中插入的平板曲线是典型的平板实验，它于梁的实验完全不同，因为与板相比梁只受限与一个方向,作用于两个方向的板在发生第一次裂纹后表现出更大的承载能力。这个实验说明如下：1．在第一次达到最大荷载是，由于在第二个方向上的压力重分配，钢纤维混凝土比同种纤维的梁表现的更稳定。2.钢纤维混凝土板比配有同等质量的钢筋混凝土板能够吸收更多的能量。3.SFRC40的韧性和能量吸收性与SFRC60相等或更好。图3，4，5，6展示的是不同钢纤维的钢纤维混凝土与钢筋混凝土在龄期为18，30和48小时的性能比较。图32.2期为18小时的性能与图2相比，钢筋混凝土比SFRC48和SFRC60有更好的抗裂纹性能，知道挠度达到7mm时，它才能看到裂纹。1.到达极限荷载时，钢筋混凝土继续承载的能力比SFRC40和SFRC60下降的更快，显示一个非常不稳定的区域。2.在这个不稳定的区域，SFRC40和SFRC60显示比钢筋混凝土更好的继续承载能力。3.SFRC60的延性和能量吸收能力比SFRC40好。4.在10h的时候，配有相同质量钢筋的混凝土板由于有更坚硬的混凝土块，能比SFRC20和SFRC40吸收更多的能量。图42.3龄期为30小时的性能图4可以看出如下：SFRC40的性能与SFRC60的性能几乎相同。SFRC40和SFRC60的延展性和能量吸收能力比SRC好。与在18小时的性能相似，配有同种质量钢筋的混凝土板比SFRC20的板能够吸收更多的能量.混凝土在30小时时比10小时时更加坚硬，钢筋网和混凝土之间的拈合物和摩擦力变的更强，因此在整个挠度区域,混凝土板表现的比SFRC20更好。图52.448小时时的性能如图5，6所示如下：图6与图4相比，在延展性和能量吸收方面，SFRC40和SFRC60有明显的不同。SRC的能量吸收能力比SFRC40高。在整个挠曲区域，只有SFRC60的延展性和能量吸收性好于SRC。平均值的计算结果在表2，表2和表1的比较如下：在龄期30小时，SFRC20在挠度为15mm获得一个等级a,在挠度在20-25超过等级b.SFRC40,SFRC60和SFC在30小时超过等级c,挠度为25mm。在不同时期的混凝土作比较表明，从10小时到48小时只有延展性和能量吸收性SFRC60超过SRC。E(10mm)E(15mm)E(20mm)E(25mm)PLF2010135181.5214235.5PLF2018212299355393.33PLF2030446.67615.67740.67831.67PLF2048415.67594.67725.67827.67PLF4010159218.33255279.33PLF4018276385451.33493PLF4030711.331034.671269.331444PLF4048530.33783.67953.331067PLF6010145.67201.67236258.33PLF6018401545.67632.33686PLF603073210421238.51368PLF6048712103912621416.67PLM10108133.33154.67171.67PLM18421562652731PLM30534.33824.671001.671115.33PLM481080.671080.671080.671080.67表2一般来说，在表1中需求的能量吸收值不是太高，它不可能被20kg/m3低纤维含量达到或超过。与平板实验研究相比，实验梁的挠曲强度和能量吸收能力和抗压强度，抗压强度和挠曲强度的结果已经已经总结在表3，表4。增加钢纤维帮助混凝土有脆性变成延性，提高抗压强度的未凝结混凝土，然而在早期明显的提高混凝土抗压性能的趋向没有发现。根据德国规范，梁的相同挠曲强度和能量吸收的结果写在表4.压强8h10h18h30h48h72h无纤维混凝土1.864.0313.8925.8732.5636.06SFRC202.355.1118.6326.3332.6537.52SFRC402.55.0815.523.532.4437.13SFRC601.83.8152533.337表3纤维混凝土龄期βbzDfbz2Equβbz2Dfbz3Equβbz3Dbz(kg/m3)(h)(N/mm2)kN*mm(N/mm2)kN*mm(N/mm2)(kN*mm)SFRC20100.390.450.162.330.142.71SFRC20182.132.540.916.140.9518.77SFRC20303.925.541.9729.321.7433.54SFRC20484.366.742.439.832.3644.93SFRC40100.651.110.47.80.468.47SFRC40183.357.352.5246.52.7650.29SFRC40303.528.042.8645.692.7149.69SFRC40486.314.755.2582.434.8889.91SFRC60100.772.120.7510.730.6411.53SFRC60182.756.972.4839.812.4342.88SFRC60303.969.033.2150.142.9754.77SFRC60484.1212.064.2968.594.0873.59SRC100.542.50.8914.230.8414.79SRC181.796.452.2932.381.9234.28SRC303.6810.893.8785.715.0889.97SRC484.2611.494.0886.285.1191.38表43.讨论地上工程和地下工程有明显的区别，在地上的建筑物由于有明显的设计标准，评估28天的性能就以足够安全。然而，作为地下建筑物，仅评估混凝土的龄期就不能充分估计安全因素，因为荷载变形条件和混凝土的性能在早期可能变化非常快，所以调查SFRC和SRC过一段时间的性能变化是有必要的，这个发展在初期可能有统计学的意义。图7图7展示的是失败的钢筋混凝土平板模型10小时后的情况，混凝土平板是冲剪破坏，正如早期所提及的，由于在进行隧道开挖的情况下，钢筋应满足最小配筋率，没有抗剪强度，而且钢筋和未成型的混凝土之间的摩擦力和粘接物是特别底的，所以他不能提高抗剪作用。随着混凝土的凝结，由于混凝土变硬和钢筋和混凝土之间摩擦力和拈结力增强，他能承受比10小时时承受更大的剪压力。因此，混凝土板破坏的主要形式是剪切破坏，在10，30，48h出现一些弯曲破坏的证据。图8图8展示的是在30h是低含量的纤维混凝土的破坏形式和裂纹形式。与SRC的破坏形式相比，SFRC板的破坏形式是伴有剪切破坏的弯曲破坏，随着荷载的增加在板的下边从中心加载出现一连窜的裂纹。破坏的原因主要由于纵向裂纹，板在加载曲线出现裂纹的地方稳定。板的破坏形式从剪切破坏到弯曲破坏这表明：在板中两向或三向分布的纤维，在一定程度上抗剪，因此钢纤维可以极大的提高抗剪能力由于额外的纤维，也可以极大的提高延展性4.讨论很多板的实验用来调查不同的钢纤维和钢筋对混凝土和喷射混凝土的影响（1）纤维长度30mm,直径0.5mm,纵横比60（2）满足最小配筋率的钢筋放在中间。实验性的和统计学的研究结果得到如下结论：钢纤维提高了抗剪性能。当钢纤维密度超过20kg/m3时有传统的钢筋混凝土剪切破坏变为钢纤维混凝土的弯曲破坏。SFRC40被以为比SFRC20更高的韧性和能量吸收性，钢纤维能显著提高韧性。可是在30小时时，SFRC40的能量吸收比SFRC60高，这就意味着从40到60kg/m3剂量区域，40kg/m3可能是一个经济点。在10小时的时候SFRC20比SRC有更高的能量吸收性，可是18小时后却比SRC低。这是一个重要的现象，钢纤维对混凝土初期有更多的影响。只有纤维是60kg/m3的纤维混凝土可以取代配有最小配筋率的钢筋混土。既然这样，每块SFRC60配的钢筋的重量是SRC的3倍。5.符号μ:配筋率E(10mm):挠度10mm的能量吸收量E(15mm):挠度15mm的能量吸收量E(20mm):挠度20mm的能量吸收量E(25mm):挠度25mm的能量吸收量Dbe:钢纤维混凝土梁能量吸收量(第一个裂纹出现之前和之后)Dfbe2:钢纤维混凝土梁能量吸收量δ2=δ1+0.65(mm)[7]Dfbe3:钢纤维混凝土梁能量吸收量δ3=δ1+3.15(mm)[7]βbz：梁的弯曲抗拉强度Equβbz2：相等的梁弯曲抗拉强度由δ2算出Equβbz３：相等的梁弯曲抗拉强度由δ3算出SFRCX：钢纤维混凝土中的纤维含量。例如SFRC60钢纤维混凝土中的纤维含量是６０kg/m3PLFXY：Ｘ是钢纤维混凝土板的纤维含量，Ｙ是混凝土的龄期。例如PLF2010在龄期１