土木工程

纤维增强混凝土的应用及性能

纤维增强混凝土(FRC)是一种日益受到重视的新型结构材料。离散形式纤维增强的加入改善了混凝土的许多工程性能。目前,在王国内部使用这种新材料进行的研究工作很少。纤维的使用消除了素混凝土梁突然破坏的特点。它增加了刚度、抗扭强度、延性、转动能力和裂缝宽度较小的裂缝数量。在传统的钢筋混凝土梁,纤维添加增加刚度,并减少挠度。

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纤维由不同的材料制成,形状和大小各不相同。以下是典型的纤维材料和纤维类型。

钢纤维

它可能是直的,卷曲的,扭曲的,钩状的,环形的,和桨状的末端。直径范围0.25 ~ 0.76mm

玻璃纤维

直,直径范围为0.005 ~ 0.015mm(可粘合在一起形成直径为0.13 ~ 1.3mm的元件)。

天然有机和矿物纤维

木材,石棉,棉花,竹子和岩棉。它们有各种各样的尺寸

聚丙烯纤维

普通的,扭曲的,颤动的,末端有扣子。

其他合成纤维

凯夫拉,尼龙和涤纶。直径范围0.02 ~ 0.38mm。描述光纤的一个方便的参数是其长径比(LID),定义为光纤长度除以等效光纤直径。典型的长宽比范围约为30至150,长度为6至75mm。

混合物组成及放置

FRC的混合有多种方法。混合液中纤维应均匀分散,以防止混合过程中纤维分离或成球。大多数起球发生在纤维添加过程中。增大粗骨料的纵横比、纤维体积率、粗骨料的大小和数量会加剧球化倾向,降低和易性。经验表明,要在大表面积的纤维上涂覆浆料,水灰比应在0.4 ~ 0.6之间,水泥用量最小为400kg /m[3]。与常规混凝土相比,纤维增强混凝土混合料具有水泥系数高、细骨料含量高、粗骨料粒径小等特点。纤维混合物通常需要更多的振动来巩固混合物。外部振动有利于防止纤维偏析。金属铲,管浮子,旋转的动力浮子可以用来完成表面。

FRC的结构行为

纤维与钢筋结合在结构构件中具有广泛的应用前景。下面是一些结构行为。

在钢筋混凝土抗弯构件中使用纤维增加延性、抗拉强度、矩容量和刚度。该纤维改善了裂纹控制,保持了构件开裂后的结构完整性。

扭转

纤维的使用消除了素混凝土梁突然破坏的特点。它增加了刚度、抗扭强度、延性、转动能力和裂缝宽度较小的裂缝数量


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剪切

纤维的加入使钢筋混凝土梁的抗剪能力提高了100%。随机分布的纤维增加了剪切摩擦强度、第一裂纹强度和极限强度

随着纤维含量的增加,轴向加载试件的延性略有提高。纤维的使用有助于减少柱的爆炸型失效

高强混凝土

纤维增加了高强混凝土的延展性。高强度混凝土和钢的使用产生细长的构件。添加纤维有助于控制裂缝和变形。

FRC的力学性能

纤维对混凝土力学性能的影响主要取决于纤维的种类和比例。

抗压强度

纤维的存在可能会改变钢瓶的失效模式,但纤维对抗压强度值的提高影响很小(0 ~ 15%)。

弹性模量

纤维纤维纤维的弹性模量随纤维含量的增加而略有增加。研究发现,纤维体积含量每增加1%,弹性模量就会增加3%

据报道,使用4%纤维可使弯曲强度提高2.5倍。FRC的韧性约为普通混凝土的10 ~ 40倍。

拉伸强度

据报道,按体积计算,3%纤维的存在使砂浆的劈裂抗拉强度增加了约2.5倍

结论

由荷载-挠度曲线下面积测量的纤维吸收的总能量,纤维增强混凝土比素混凝土至少高10至40倍。在常规加固梁中添加纤维可提高疲劳寿命,减小疲劳裂纹宽度。在较高的温度下,它在拉伸和压缩方面都有更大的强度。成本比传统混凝土系统节省10-30%。


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纤维增强混凝土的应用和性能:
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