高温后玄武岩纤维混凝土断裂性能试验研究

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混凝土结构的高温后断裂性能是土木工程研究中的一个重要课题。火灾产生的高温会导致混凝土材料微观结构发生变化,承载力下降,断裂性能恶化。而玄武岩纤维具有良好的力学性能,其掺入到混凝土中,有明显的增强增韧作用,在改善混凝土的断裂性能方面有较好的前景。本文针对高温后玄武岩纤维混凝土的烧失量、抗压强度进行了试验研究,通过数字图像相关(DIC)技术测试高温后玄武岩纤维混凝土抗压试件抗压峰值应变,同时采用三点弯曲切口梁断裂试验、常规试验方法(应变片和激光引伸计)和DIC试验方法测试了混凝土试件的位移和应变,采用混凝土的双K断裂模型计算其断裂力学参数,分析其裂缝扩展特性。利用修正后的混凝土断裂能公式,分析断裂破坏过程中,混凝土单位面积开裂所需的能量。并通过等效弯曲韧度分析混凝土的弯曲韧性。主要研究结果如下:(1)试件烧失量随温度升高的变化趋势存在三个3个阶段:快速上升(20℃-400℃)→小幅上升(400℃-600℃)→快速上升(600℃-800℃)。三点弯曲切口梁烧失量曲线的上升幅度要略大于抗压试件,且烧失量最大值高于抗压试件。混凝土抗压峰值应变在400℃之前,缓慢增加。在400℃以后,峰值应变随温度升高的增加速率明显加快。(2)随环境温度的升高,混凝土的起裂断裂韧度Kini呈现单调下降的趋势。而混凝土的失稳断裂韧度Kun呈现先线性上升(20℃-400℃)后显著下降(400℃-800℃)的趋势。混凝土的起裂断裂韧度Kini随纤维体积掺量的增加变化趋势不明显,可认为玄武岩纤维对于混凝土的起裂断裂韧度Kini几乎无影响。混凝土的失稳断裂韧度Kun随纤维体积掺量的增加呈现先上升(0.0%-0.4%)后下降(0.4%-0.6%)的变化趋势。(3)混凝土的断裂能GF随温度的升高存在2个变化阶段,即:小幅上升(20℃-400℃)→大幅下降(400℃-800℃)。随纤维体积掺量的增加呈现先增大后减小的趋势。当纤维体积掺量为0.4%时,混凝土断裂能GF最大。(4)混凝土的弯曲韧性在温度小于400℃时,随温度的升高而增大,温度在400℃—600℃时,随温度的升高而降低,当温度大于600℃时,随温度升高的变化趋势不稳定,但变化幅度很小。随纤维掺量的增加,弯曲韧性呈现先增大后减小的趋势。玄武岩纤维对混凝土的增韧作用从大到小排列为:大变形阶段>中变形阶段>小变形阶段>微变形阶段。混凝土的变形越大,玄武岩纤维的增韧作用越显著。(5)采用DIC试验方法测得的起裂荷载Pini与粘贴应变片测得的结果总体相差不大,吻合程度较高。采用DIC试验方法测得的裂缝口张开位移CMOD相比激光引伸计所测得的结果误差更小,更加接近实际值。采用DIC试验方法测试试件的挠度时,与试验机显示的结果吻合程度较好,两种试验结果规律一致且数值很接近。可知,DIC方法可有效测定混凝土的断裂参数。
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