隨著高鐵、重載道面、大跨度橋面、重載機(jī)場跑道與工業(yè)地坪、地下管廊、蓄能水電站等重大土木工程建設(shè)的快速發(fā)展,以及地鐵盾構(gòu)管片、裝配式構(gòu)件等大型構(gòu)件的發(fā)展,對于混凝土的抗裂能力、長期耐久性、裂縫控制能力、抗沖擊、抗疲勞等性能等均提出了更高的要求。目前普遍采用低彈性模量、低強(qiáng)度的合成纖維,或者采用易生銹的鋼纖維、鋼筋網(wǎng)作為混凝土的增強(qiáng)材料,這些增強(qiáng)材料仍然未很好地解決混凝土易裂和變形能力不足等技術(shù)難題。耐堿玻璃纖維混凝土以其優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗裂等力學(xué)性能得到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的高度重視。但是,目前國內(nèi)外對于耐堿玻璃纖維混凝土的研究主要集中在耐堿玻璃纖維布加強(qiáng)筋及噴射混凝土等方面,對其基本力學(xué)性能及增強(qiáng)增韌機(jī)理等的研究還很少。開展耐堿玻璃纖維混凝土增強(qiáng)與增韌特性研究對于其工程應(yīng)用具有重要意義。本文分別對體積摻率為0.25%、0.45%和0.75%的耐堿集束型玻璃纖維混凝土和摻率為0.45%的鋼纖維及摻率為0.75%的粗聚丙烯纖維混凝土進(jìn)行了立方體抗壓、立方體劈裂抗拉、軸心抗拉、四點(diǎn)彎曲韌性和三點(diǎn)切口梁斷裂試驗(yàn),分析了纖維摻率對耐堿玻璃纖維混凝土力學(xué)性能的影響規(guī)律,并和同體積摻率的鋼纖維和粗聚丙烯纖維混凝土進(jìn)行了比較;同時(shí),采用纖維單絲直接拔出試驗(yàn)研究了耐堿集束型玻璃纖維與砂漿基體間的界面黏結(jié)性能,分析了玻璃纖維單絲埋深、水灰比和基體齡期等對界面黏結(jié)性能的影響規(guī)律,確定了纖維臨界埋入長度;最后分析了玻璃纖維混凝土的增強(qiáng)與增韌機(jī)理。本文獲得的主要研究成果如下:(1)玻璃纖維混凝土立方體抗壓強(qiáng)度隨纖維體積摻率的增加而增大,玻璃纖維的摻入,使混凝土破壞時(shí)脆性明顯降低,混凝土的整體性較好;玻璃纖維摻率為0.25%、0.45%和0.75%時(shí),立方體抗壓強(qiáng)度比素混凝土分別提高了1.74%、3.65%和6.82%;玻璃纖維摻率較低時(shí)對混凝土立方體劈裂抗拉強(qiáng)度影響不明顯;玻璃纖維摻率為0.75%時(shí)立方體劈裂抗拉強(qiáng)度比素混凝土提高了19.10%,比同體積摻率的粗聚丙烯纖維混凝土提高了4.2%。(2)玻璃纖維混凝土軸拉性能優(yōu)于同體積摻率的粗聚丙烯纖維混凝土,軸拉強(qiáng)度和極限拉應(yīng)變均略高于同體積摻率的鋼纖維混凝土;玻璃纖維體積摻率為0.75%時(shí),彎曲韌性值T_(150)和峰值強(qiáng)度f_P比素混凝土分別提高了191.73%和11.47%,斷裂韌度K_(1c)和斷裂能G_f比素混凝土分別提高了28.16%和268.69%,該摻率下耐堿集束型玻璃纖維混凝土彎曲韌性指標(biāo)和斷裂力學(xué)指標(biāo)增幅較大。(3)隨玻璃纖維單絲埋入長度的增加,界面黏結(jié)強(qiáng)度先減小后逐漸增大;水灰比在0.30~0.40之間逐漸增大時(shí),界面黏結(jié)強(qiáng)度隨之增大;界面黏結(jié)強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期增大而增加;水灰比為0.35時(shí),玻璃纖維單絲的臨界埋入長度為27.5~30 mm。(4)玻璃纖維能改善混凝土的性能,減少混凝土中原始微裂紋的產(chǎn)生;玻璃纖維能通過界面粘結(jié)橫貫裂縫傳遞應(yīng)力,使玻璃纖維混凝土能承受更大的荷載,表現(xiàn)出更好的韌性。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

圖 1-1 耐堿玻璃纖維混凝土建筑物外墻裝飾層Fig.1-1 Alkali-resistant glass fiber reinforced concrete building exterior decorative layer1.2 纖維混凝土研究現(xiàn)狀1.2.1 常用纖維混凝土1.2.1.1 鋼纖維混凝土鋼纖維混凝土是最早發(fā)展和目前應(yīng)用最廣泛的纖維混凝土[15]，通常在混凝土中摻入短的、不連續(xù)的、隨機(jī)分布并且長細(xì)比在 20-100 之間的短鋼纖維所形成的一種多相復(fù)合材料[16]。隨機(jī)分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部裂縫的形成和發(fā)展，使混凝土的抗拉、抗彎、抗疲勞和韌性等諸多性能有顯著地提高，同時(shí)還能改變混凝土的破壞形態(tài)，使其由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)檠有云茐摹Ｋ凿摾w維混凝土特別通合用于多承受沖擊、疲勞等荷載，對抗拉彎、耐磨等性能要求較高的工程和部位。常規(guī)上鋼纖維使用碳鋼（或低碳鋼，有時(shí)也使用合金）或消除應(yīng)力

（a）耐堿玻璃纖維 （b）鋼纖維 （c）粗聚丙烯纖維圖 2-1 纖維形態(tài)Fig.2-1 Shape of the fibers的水泥為鉆牌 P·O42.5R 普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)檢測酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》的技術(shù)要求。的石子由北京班諾混凝土有限公司提供，粒徑 5-25表觀密度 2870kg/m3，滿足規(guī)范 GB/T14685-2011《分篩試驗(yàn)結(jié)果列于表 2-2。

3.2.1.2 破壞形態(tài)分析纖維混凝土試件受壓破壞過程與素混凝土基本相同，首先在試件高度中央、邊側(cè)出現(xiàn)豎向裂縫，然后向兩側(cè)延伸，最終形成貫穿全截面的貫通裂縫，導(dǎo)致試件破壞[71]，其破壞形態(tài)見圖 3-1。與素混凝土相比，玻璃纖維混凝土試件受壓破壞時(shí)更能較好的保持試件的完整性。試驗(yàn)中素混凝土試件破壞時(shí)表現(xiàn)為裂縫條數(shù)較少，裂縫產(chǎn)生后迅速發(fā)展成為貫穿裂縫而發(fā)生破壞，有的試件內(nèi)部被W'酥，松散不成整體，表現(xiàn)出明顯的脆性破壞。摻入玻璃纖維后混凝土脆性降低，試件表現(xiàn)出多縫開裂，裂縫寬度較小，破壞后整體性較好，且隨著玻璃纖維摻量的增加混凝土的裂縫條數(shù)增多、裂縫寬度越細(xì)、破壞時(shí)整體性越好。與玻璃纖維混凝土相比，鋼纖維和粗聚丙烯纖維混凝土表面破壞較嚴(yán)重，這說明根數(shù)眾多的玻璃纖維在混凝土內(nèi)部發(fā)揮了明顯的橋接作用，緩解了混凝土內(nèi)部應(yīng)力集中，防止局部壓力過大而造成混凝土鼓出[68]。可見玻璃纖維的摻入在一定程度上改善了混凝土的破壞形態(tài)。

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