钢纤维混凝土抗压性能的尺寸效应试验研究

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混凝土作为一种典型的准脆性材料,其抗压性能具有明显的尺寸效应现象。尺寸效应是指混凝土的抗压强度不仅与配合比、强度等级有关,还和试件的几何尺寸密切相关。目前,我国混凝土结构物的设计还是参考小尺寸试件的研究成果而建立的设计理念、设计方法和计算公式。随着钢纤维混凝土应用和研究的不断深入,对钢纤维混凝土抗压性能的尺寸效应进行进一步的研究显得尤为必要。为了能够准确的描述不同尺寸钢纤维混凝土试件抗压性能上的差异,本文重点从钢纤维混凝土立方体抗压性能、棱柱体轴心抗压性能和弹性模量三个方面开展了试验研究。论文主要工作有以下几个方面:  1.钢纤维混凝土立方体抗压强度  为了获得钢纤维混凝土立方体抗压强度的尺寸效应,设计三种不同尺寸的立方体试件,试件边长分别为100 mm,150 mm和200 mm。每一类型的试件包含C30和C60两个强度等级;每个强度等级下包含0,0.75%,1.5%三个不同的钢纤维体积率;养护28 d。每种规格试件制作2组,每一组3个试件,立方体试件总计108个。  通过对以上不同尺寸不同强度等级立方体试件的试验研究,结果表明,钢纤维混凝土立方体抗压强度具有尺寸效应,对相同的钢纤维体积率,大尺寸试件的抗压强度小于小尺寸试件的抗压强度,随着强度等级的提高,立方体抗压性能的尺寸效应现象也更加的明显。基于Bazant提出的尺寸效应理论建立了不同钢纤维体积率、不同尺寸的立方体试件抗压强度的计算公式和非标试件的尺寸换算系数。  2.钢纤维混凝土棱柱体轴心抗压强度  为研究钢纤维混凝土棱柱体轴心抗压强度的尺寸效应,设计制作的钢纤维混凝土棱柱体试件的高宽比分别为3和2,试件的尺寸参数分别为100 mm×100 mm×300 mm,150 mm×150 mm×300 mm。每一类型的试件包含C30和C60两个强度等级,每个强度等级下包含0,075%,1.5%三个不同的钢纤维体积率,养护28 d。每种规格试件制作2组每组3个试件,共72个。  通过对上述不同类型试件的轴心抗压强度试验研究,分析了钢纤维混凝土棱柱体试件与立方体试件的抗压强度之间的关系。研究了钢纤维体积率对抗压强度的影响规律并进行了参数统计,结果表明随着钢纤维体积率的增大,钢纤维混凝土棱柱体轴心抗压强度均随之增大,并提出了非标准试件轴心抗压强度的换算系数。尺寸效应方面,试验研究表明不同强度棱柱体的轴心抗压强度均存在尺寸效应现象,即大尺寸试件的轴心抗压强度明显小于小尺寸试件,最后通过对试验结果的统计分析给出了具体的量化参数。  3.混凝土棱柱体的弹性模量试验  弹性模量试验中采用的试件形式为棱柱体试件,考察了底面边长为100 mm、150 mm两种不同的试件尺寸,C30和C60两种强度,共12组,每组6个试件,共72个试件,以钢纤维混凝土棱柱体轴心抗压强度到达0.5 MPa时为起点,以1/3轴心抗压强度为终点,测量了钢纤维混凝土棱柱体的弹性模量。  试验结果表明,同一尺寸不同钢纤维体积率时,钢纤维混凝土棱柱体试件的弹性模量随钢纤维体积掺量的变化而产生的变化量很小,仅有小幅度的上涨。由此可认为,钢纤维掺量对弹性模量的影响很微弱,在分析及计算中可以忽略不计。而对比同样的钢纤维体积掺量,不同试件尺寸的情况下,弹性模量几乎没有改变,由此可见,钢纤维混凝土弹性模量的尺寸效应很微弱,在分析及计算中可以忽略不计。
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