JournalofGuizhouUniversity(NaturalSciences)Vol.36 No.2
Apr.2019
DOI:10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2019.02.18
文章编号 1000-5269(2019)02-0090-06
钢-PP混杂纤维混凝土坍落度及基本力学强度试验研究
(1.莆田学院土木工程学院ꎬ莆田351100ꎻ2.中国水利水电第四工程局有限公司ꎬ西宁810007ꎻ
3.长沙理工大学土木工程学院ꎬ长沙410114)
朱海峰1∗ꎬ黄建平2ꎬ郑坤炎3
摘 要:利用正交试验法对钢-PP混杂纤维混凝土试块进行试验ꎬ研究钢纤维掺量、钢纤维长径比、PP纤维掺量并考虑各因素混杂效应对混杂纤维混凝土坍落度、立方体抗压强度、劈裂强度的影响ꎮ研究表明钢纤维掺量是影响坍落度、立方体抗压强度、劈裂强度的主要因素ꎮ钢纤维和PP纤维混杂效应是影响坍落度、立方体抗压强度和劈裂强度的次要因素ꎮPP纤维掺量对劈裂强度以及钢纤维长径比对坍落度的影响也不容忽视ꎮ对于钢-PP混杂纤维混凝土ꎬ钢纤维的体积掺量宜控制在1.5%~1.75%之间ꎻPP纤维体积掺量取0.1%较适宜ꎬ不宜超过0.12%ꎻ钢纤维长径比宜选择在30~35左右比较恰当ꎮ
关键词:混杂纤维ꎻ正交试验ꎻ混杂效应ꎻ坍落度ꎻ强度中图分类号:TU528.572 文献标识码:A 混凝土材料由于其来源广泛、价格低廉、可模性好等突出优点ꎬ在相当长一段时间内仍然是土木工程、水力工程、地下工程等应用最为广泛的一种工程材料ꎮ但是由于混凝土自身的一些较难以克服的缺点ꎬ比如混凝土抗拉强度相对较低、自重又较大、易脆性开裂、抗渗性差等ꎬ了混凝土在一些领域中的应用ꎮ因此为了增强混凝土的阻裂、抗渗能力ꎬ通常会在普通混凝土中掺入适量的各种纤维增强材料形成纤维混凝土ꎬ如掺入钢纤维、PP纤维(聚丙烯纤维)、植物纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维等ꎬ如果在混凝土中掺入两种或两种以上的纤维ꎬ形成既能发挥各自纤维优点、又能体现纤维之间协同工作效应的新型复合材料ꎬ即混杂纤维混凝土[1-4]ꎮ
目前国内外对单掺纤维的混凝土研究比较成
少[5-9]ꎬAFROUGHSABETSUGANRAJ等[10-11]对钢究ꎬ结果表明ꎬ掺入混杂纤维的混凝土的抗拉强度和抗弯强度均高于单独加入聚乙烯纤维的混凝土ꎮ杨成蛟、董振平等[12-13]也进行了钢-聚丙烯纤维混凝土抗压、劈拉、抗折强度等力学性能试验研究ꎬ研究表明ꎬ在混杂纤维掺量为0.5%、1%时ꎬ随钢纤维掺量增加ꎬ混杂纤维混凝土抗压强度呈增长趋势ꎮ孙小凯等[14]研究了混杂钢纤维对超性能混凝土力学性能影响规律ꎬ试验结果表明ꎬ端弯钢纤维和超细钢纤维混杂对超性能混凝土抗压强度、抗弯强度、延性等性能都有明显提高ꎮ华渊[15]通过试验研究了长径比对混杂纤维混凝土抗压和抗弯强度的影响ꎬ发现碳纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维和聚乙烯纤维的长径比对混凝土的抗压强度影响较小ꎬ而对抗弯强度影响较大ꎮ梅国栋[16]基于试验得出当0.1%时ꎬ能显著提高混凝土的弯曲韧性及抗裂性能ꎮ张恒对单掺钢纤维和聚丙烯纤维以及混杂纤钢纤维体积掺量为1%、聚丙烯纤维的体积掺量为-聚丙烯混杂纤维混凝土的力学性能进行试验研
熟ꎬ如掺加钢纤维、PP纤维都能提高混凝土的抗裂性、抗渗性和韧性ꎮ对不同纤维类型、特性以及掺量ꎬ特别是不同纤维的混杂效应对混杂纤维混凝土工作性能、力学性能影响的研究成果还比较
收稿日期:2018-10-16
基金项目:福建省自然科学基金面上项目资助(2016J01253)ꎻ福建省自然科学基金重点项目资助(2014Y0071)ꎻ福建省中青年教师教育科研
项目资助(JAT160446)
作者简介:朱海峰(1982-)ꎬ男ꎬ讲师ꎬ硕士ꎬ研究方向:复合纤维混凝土地ꎬ道桥工程ꎬEmail:709310706@qq.com.∗通讯作者:朱海峰ꎬEmail:709310706@qq.com.
第2期朱海峰等:钢-PP混杂纤维混凝土坍落度及基本力学强度试验研究
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维混凝土的弯拉强度及混杂效应进行了研究ꎬ结果表明ꎬ不同尺度的聚丙烯纤维和钢纤维混杂时ꎬ混凝土强度及抗裂性要比单掺纤维的高[17]ꎮ
上述研究中ꎬ钢纤维体积掺量水平大多集中在
验考虑3个因素(依次用A、B、C表示):A.钢纤维的体积掺量ꎻB.PP纤维的体积掺量ꎻC.钢纤维的长径比ꎮ3个因素分别考虑3个水平ꎬ见表1ꎮ由于各因素之间存在交互作用影响ꎬ故采用A×B、A×C和B×C来分别表示各因素之间的交互作用影响ꎬ本试验选用的正交表是L27(313)ꎮ此外本试验还设计了1组无纤维的普通混凝土试件ꎮ本试验评价指标为坍落度、立方体抗压强度和劈裂强度ꎮ
表1 试验因素和水平Tab.1 Testfactorsandlevels
因素水平1水平2水平3
钢纤维体积掺量/%1(0.75)2(1.25)3(1.75)A
PP纤维体积掺量/%1(0.06)2(0.12)3(0.18)B
钢纤维长径比1(35)2(50)3(70)C
0.5%、1%、1.5%ꎬPP纤维体积掺量水平005%、0.
1%、0.15%ꎬ钢纤维长径比水平取30、60、80ꎮ本文在之前研究的基础上ꎬ对钢纤维体积掺量、PP纤维体积掺量以及钢纤维长径比设计不同的水平ꎬ并考虑不同因素交互作用影响ꎬ研究混杂纤维混凝土的工作及基本力学性能ꎬ确定更为合适的纤维掺量ꎬ对之前的研究成果是一个探索和补充ꎮ
1 试验简况
1.1 正交试验设计
考虑到纤维的不同掺量对试验结果有影响ꎬ因此采用“正交试验法”只进行少量的试验就能够取得比较有代表性的结果ꎬ从而节约成本[18]ꎮ本试
表2 正交试验设计
Tab.2 Orthogonaltestdesign
试验编号
123456781011121314151617181920212223242526279
A111111111222222222333333333
B111222333111222333111222333
(A×B)1(A×B)2
111222333222333111333111222
111222333333111222222333111
C123123123123123123123123123
(A×C)1(A×C)2(B×C)1
123123123231231231312312312
123123123312312312231231231
123231312123231312123231312
空列123231312231312123312123231
空列(B×C)2空列123231312312123231231312123
123312231123312231123312231
123312231231123312312231123
空列123312231312231123231123312
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贵州大学学报(自然科学版)第36卷
1.2 试验材料
本试验采用混凝土的基体强度为C60ꎮ水泥采用江西万年青水泥有限公司生产的P.O52.5普通硅酸盐水泥ꎮ粗骨料为粒径10~20mm的碎石ꎬ含水掺量不超过0.2%ꎮ细骨料为细度模数2.7的河砂ꎬ含水掺量不超过0.5%ꎬ含泥量控制在1%以下ꎮ减水剂采用工程上比较常用的萘系高效减水剂ꎮ钢纤维采用河北衡水某建材公司生产的波浪形微钢丝纤维ꎮPP纤维采用河北石家庄某纤维公筒内ꎬ每层均匀插捣25次ꎬ沿筒口抹平后垂直平稳地提起坍落度筒ꎻ当试样不再继续坍落或坍落时间达30s时ꎬ测坍落度大小ꎬ过程应连续进行ꎬ并应在150s内完成ꎮ测量精度5mmꎮ
试验完成后测得各组试件的坍落度、28天立方体抗压强度和劈拉强度ꎬ详细试验结果见表6ꎮ
表6 试验结果Tab.6 Testresults
2 试验结果及分析
司生产的高强PP纤维ꎮ钢纤维和PP纤维的性能参数分别见表3和表4ꎮ
表3 钢纤维的特征参数
Tab.3 Characteristicparametersofsteelfiber纤维类型纤维外形长径比抗拉强度/MPa
G1G2G3
波浪形
355070
400
表4 PP纤维的特征参数
Tab.4 CharacteristicparametersofPPfiber纤维长度/弹性
抗拉类型mm比重模量/极限/直径/μm束状单丝
19
0.91
3500MPa
15%
48
1.3 基准混凝土配合比
本试验共设计了1组无纤维普通混凝土试块和27组钢-PP混杂纤维混凝土试块ꎮ根据有关规程对混凝土配合比的规定ꎬ水灰比是0.31ꎬ砂掺量是0.42ꎬ基准混凝土的配合比见表5ꎮ
表5 基准混凝土配合比Tab.5 Referenceconcretemixratio
kg/m3水泥碎石砂
水
粉煤灰减水剂470
1065
77015590
5.6
1.4 试验方法
根据«纤维混凝土试验方法标准»(CECS13:
2009)150中试验要求ꎬ立方体抗压强度试块为100mm用200mmKN×的立方体试件400试验机进行加载mm试件ꎬꎬ劈裂强度试块为标准条件下养护100边ꎬ速率为0.0528MPa天mm长ꎬ×/采
sꎮ坍落度测试时ꎬ将拌合物分三层均匀地装入坍落度
试验坍落度立方体抗压强度劈拉强度编号大小/mm均值/MPa均值/MPa126062.335565.24.6644564.64.8355563.45.0465067.14.8274068.55.258554559.64.9863.84.89109
3567.35.24115559.45.17125069.34.88134067.95.10144567.44.76154568.94.95163574.65.18174569.45.2918
4068.75.56193570.25.27204068.85.21213571.65.63223069.15.41233571.35.52243065.24.97252567.05.19263569.75.45273068.65.32282070
71.25.7960.5
5.664.48
注:试验28为未掺纤维的普通混凝土ꎮ
第2期朱海峰等:钢-PP混杂纤维混凝土坍落度及基本力学强度试验研究
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对试验数据的处理主要有两种方法ꎬ即直观分析法和方差分析法ꎮ本试验采用直观分析法来分析各因素对混凝土坍落度、28天立方体抗压强度、劈拉强度的影响ꎬ其核心是求解各因素试验结果的极差ꎬ并根据极差R的大小来判定各因素对试验结果的影响程度[19]ꎮ坍落度、立方体抗压强度、劈拉强度的直观分析结果见图1-3ꎮ2.1 坍落度影响分析
大也会使混凝土不易振捣密实ꎬ混凝土内部有空隙ꎬ抗压强度反而会降低一些ꎮ钢纤维和PP纤维混杂效应对混凝土抗压强度影响也比较突出ꎬ且随着纤维体积掺量的增大下降趋势显著ꎮ对于立方体抗压强度ꎬ综合考虑最佳纤维组合是A3B3C2ꎮ
从表6、图1可知钢纤维体积掺量、长径比是影响混杂纤维混凝土坍落度的主要因素ꎬ钢纤维体积掺量和钢纤维长径比混杂效应是次要因素ꎮ随着钢纤维的掺量增加ꎬ坍落度下降显著ꎮ相比钢纤维ꎬPP纤维掺量增大时ꎬ混凝土的坍落度下降较平缓ꎮ当钢纤维体积掺量由0.75%增大到1.25%时ꎬ36%ꎮ坍落度下降当PP12%ꎬ纤维从增大0.06%到1.增大到75%时0.12%ꎬ坍落时度ꎬ坍落下降
度下降约12%ꎬ增大到0.18%时ꎬ坍落度下降17%ꎮ
钢纤维长径比从35增大到50时ꎬ坍落度下降约11%ꎬ直接影响混杂纤维混凝土的工作性能增大到70时ꎬ坍落度下降28%ꎮꎬ坍落度降低综合考虑最佳纤维组合是A1B1C1ꎮ
图1 坍落度直观分析结果图
Fig.1 Theresultsofthevisualanalysisoftheslump
2.2 立方体抗压强度影响分析
从表6和图2可知钢纤维体积掺量和钢纤维与PP纤维的混杂效应是影响混杂纤维混凝土立方体抗压强度的主要因素ꎬ钢纤维长径比、PP纤维体积掺量影响程度相对较低ꎮ当钢纤维体积掺量从0.75%增大到1.75%时ꎬ抗压强度提高约13.5%ꎮ而掺入PP同样也会提高混凝土的抗压强度ꎬ但是当PP纤维体积掺量超过0.12%后ꎬ抗压强度非但没有继续增长ꎬ反而还有所下降ꎮ钢纤维长径比过
图2 28天立方体抗压强度直观分析结果图Fig.2 Theresultsofthevisualanalysisof28-day
cubecompressivestrength
2.3 劈裂强度影响分析
从表6和图3可知钢纤维体积掺量、PP纤维体积掺量以及钢纤维和PP纤维的混杂效应是影响混杂纤维混凝土劈裂强度的主要因素ꎬ随着纤维掺量增加ꎬ混凝土劈裂强度提高幅度比较明显ꎮ当钢纤维体积掺量增大到1.75%时ꎬ劈裂强度提高约
21.4%ꎮ裂强度提高约当PP19.2%ꎮ纤维体积掺量增大到钢纤维体积掺量和0.18%PP时纤维ꎬ劈的体积掺量混杂效应对混凝土劈裂强度影响也比较显著ꎮ对于劈裂强度ꎬ综合考虑最优纤维组合是A3B3C2ꎮ
图3 劈拉强度直观分析结果图Fig.3 Theresultsofthevisualanalysis
ofthetensilestrength
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贵州大学学报(自然科学版)第36卷
3 结语
通过试验研究ꎬ可以得出如下结论:
(1)钢纤维体积掺量和长径比是影响混杂纤
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维混凝土坍落度的主要因素ꎮ钢纤维和长径比有一定的混杂效应ꎮ纤维的掺加降低了混凝土的坍落度ꎬ直接影响到混凝土的工作性能ꎬ因此在满足增强混杂纤维混凝土抗裂性等目标的前提下ꎬ应优化纤维的体积掺量ꎬ保证混杂纤维混凝土的工作性能ꎮ
度ꎬ钢纤维体积掺量是影响其主要因素(2)对于混杂纤维混凝土28d立方体抗压强
ꎬ钢纤维体积掺量和PP纤维的体积掺量混杂效应也比较突出ꎬ这种混杂效应影响随着纤维体积掺量的增大下降趋势显著ꎮ
要是钢纤维体积掺量和(3)影响混杂纤维混凝土劈裂强度的因素主
PP纤维体积掺量ꎬ随着纤维掺量增加ꎬ混凝土劈裂强度提高幅度比较明显ꎬ当钢纤维体积掺量增大到1.75%时ꎬ劈裂强度提高约21.4%ꎮ当PP纤维体积掺量增大到0.18%时ꎬ劈裂强度提高约19.2%ꎮ
裂水平(4)ꎬ同时又具有良好的工作性能的目标来看从改善混凝土受拉性能差、提高抗渗、抗
ꎬ结合经济、施工条件等方面ꎬ对于钢-PP混杂纤维混凝土ꎬ钢纤维的体积掺量宜控制在1.5%~1.75%之间ꎻPP纤维体积掺量不超过0.1%左右ꎬ不超过
0.12%ꎻ出ꎬ但是对坍落度影响很大由于钢纤维长径比对力学强度影响并不突ꎬ因此ꎬ钢纤维长径比尽量采用较小的长径比ꎬ宜控制在30~35左右比较恰当ꎮ参考文献:
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(责任编辑:于慧梅)
第2期朱海峰等:钢-PP混杂纤维混凝土坍落度及基本力学强度试验研究
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ExperimentalStudyonSlumpandBasicMechanicalStrength
ofSteel-PPHybridFiberReinforcedConcrete
(1.TheCivilEngineeringInstituteofPutianUniversityꎬPutian351100ꎬChinaꎻ2.SinohydroEngineeringBureau4Co.ꎬLTDꎬ
ZHUHaifeng1∗ꎬHUANGJianping2ꎬZHENGKunyan3
Xining810007ꎬChinaꎻ3.SchoolofCivilEngineeringꎬChangshaUniversityofScience&TechnologyꎬChangsha400114ꎬChina)
Abstract:Thesteel ̄PPhybridfiberconcretetestblockwastestedbyorthogonaltestmethodꎬandthesteelfibercontentꎬsteelfiberaspectratioꎬPPfibercontentandthemixedeffectofvariousfactorswereconsideredforthecontentisthemainfactoraffectingslumpꎬcubiccompressivestrengthandsplittingstrength.TheconfoundingeffectofsteelfiberandPPfiberisasecondaryfactoraffectingslumpꎬcubiccompressivestrengthandsplittingstrength.TheinfluenceoftheamountofPPfiberonthesplittingstrengthandtheaspectratioofsteelfibertotheslumpcannotbeignored.Forsteel ̄PPhybridfiberconcreteꎬthevolumeofsteelfibershouldbecontrolledbe ̄fibershouldbechosenat30~35orsoismoreappropriate.
Keywords:hybridfiberꎻorthogonalexperimentꎻhybrideffectꎻslumpꎻstrength
tween1.5%and1.75%ꎻthevolumeofPPfibershouldbe0.1%ꎬnotmorethan0.12%ꎻtheaspectratioofsteelhybridfiberconcreteslumpandcubiccompressionꎬstrengthandsplittingstrength.Researchshowsthatsteelfiber
(上接第84页)
SpatializationofPopulationDataforFujianProvince
BasedonMulti ̄sourceData
(1.SpatialInformationResearchCenterꎬFuzhouUniversityꎬFuzhou350116ꎬChinaꎻ2.KeyLabforSpatialDataMining
andInformationSharingofMinistryofEducationꎬFuzhouUniversityꎬFuzhou350116ꎬChina)
YANGXiaorong1ꎬCHENNan2∗
Abstract:Aimingattheproblemthattraditionalcensusdatacan′treflecttherealspatialdistributionofpopula ̄
2015.A500mspatialpopulationdistributiondataforFujianProvincein2015wasestablishedbasedonmulti ̄sourcedatabyspatialregressionatcountyscale.ThespatializationresultaccuracyofthepopulationdistributiondatawasverifiedattownshipscaleandcomparedwiththeWorldPopandChinapopulationgriddistributiondata ̄populationandcouldbeusedtosimulatethepopulationspatialdistribution.Thespatialerrormodelwasmoreef ̄ofpopulationdataproducedwasquiteaccurateꎬanditcouldshowthefinepopulationdistributionforFujianprov ̄incein2015fromspace.Highpopulationareasweremainlyconcentratedinthecountyseat.Thepopulationpres ̄surroundingareawaslow.
Keywords:populationꎻinfluencingfactorsꎻspatialregressionꎻspatialization
sets.TheresultsshowthatNPP/VIIRSnighttimelightꎬroadꎬDEMandlandusehadhighcorrelationwiththefectivethanthespatiallagmodelinfittingthepopulationforFujianProvincein2015.Theresultofspatializationentedaspatialdistributionpatternthatthepopulationinthemainurbanareawashighandthepopulationinthe
tionvisuallyꎬthispapertookFujianProvinceasacasestudytoconductspatializationofpopulationdataforitin
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