鋼纖維摻量對(duì)RPC抗折疲勞壽命的影響

林茂+田艷鳳+余曉青+胡功笠

摘要：對(duì)4種不同鋼纖維摻量的RPC進(jìn)行抗折疲勞試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)獲得不同鋼纖維摻量的RPC同一應(yīng)力水平下的抗折疲勞加載次數(shù)，研究鋼纖維摻量對(duì)活性粉末混凝土（RPC）抗折疲勞壽命的影響。

關(guān)鍵詞：RPC；鋼纖維摻量；抗折疲勞試驗(yàn)；疲勞壽命

建筑物或構(gòu)筑物在循環(huán)荷載作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的逐漸擴(kuò)展使結(jié)構(gòu)性能退化，使材料在低于靜載強(qiáng)度的荷載下發(fā)生疲勞破壞。本文對(duì)4種鋼纖維摻量（體積摻量分別為0%、1%、2%和3%）的RPC進(jìn)行抗折疲勞試驗(yàn)，研究鋼纖維摻量對(duì)RPC抗折疲勞性能的影響。

一、試驗(yàn)概況

1、原材料及配合比。水泥采用P.O 42.5的普通硅酸鹽水泥，實(shí)測(cè)28d抗壓強(qiáng)度為49.7Mpa；硅灰的平均粒徑0.1μm，SiO2含量不低于90%；粉煤灰為一級(jí)粉煤灰；砂選用粒徑范圍為0～1.25mm的級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)砂；高效減水劑選用新型非萘系減水劑，固含量30%，減水率29%；鋼纖維選用直徑0.18-0.2mm，長(zhǎng)度為10-12mm的表面鍍銅平直型鋼纖維，抗拉強(qiáng)度2850Mpa。

為了研究鋼纖維摻量對(duì)RPC抗疲勞性能的影響，設(shè)置鋼纖維摻量分別為0%、1%、2%以及3%，分別編號(hào)S0、S1、S2、和S3，配合比水泥：硅灰：粉煤灰：砂：高效減水劑為1.0：0.2：0.15：1.62：3%。

2、試件制作與養(yǎng)護(hù)。按照試驗(yàn)配合比準(zhǔn)確稱量各組分。每組制作9個(gè)試件，其中3個(gè)試件用于測(cè)定抗折強(qiáng)度，6個(gè)試件用于抗折疲勞試驗(yàn)。

3、試驗(yàn)方法。試驗(yàn)采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)施加循環(huán)荷載，跨距120mm。荷載加載方式為正弦波，頻率為5Hz，3組試驗(yàn)最高應(yīng)力水平為0.85，最低應(yīng)力水平為0.15（應(yīng)力水平S為施加的應(yīng)力σ與試件抗折極限承載力fc的比值）。

二、試驗(yàn)結(jié)果與分析

1、抗折試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)對(duì)抗折試驗(yàn)，測(cè)得每組3個(gè)試件的抗折極限承載力和抗折強(qiáng)度，取平均值記錄如表1所示。

2、抗折疲勞試驗(yàn)結(jié)果及Weibull分布檢驗(yàn)。RPC的疲勞破壞過(guò)程與普通混凝土相似，均表現(xiàn)為三階段發(fā)展規(guī)律：第一階段為內(nèi)部缺陷聚集成核，損傷初步形成階段。RPC的內(nèi)部缺陷在荷載作用下逐漸聚集，產(chǎn)生宏觀損傷的過(guò)程；第二階段為裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展階段，在宏觀裂縫形成后，在循環(huán)荷載作用下，裂縫不斷開(kāi)合并逐漸擴(kuò)展；第三階段為失穩(wěn)破壞階段，隨著鋼纖維被不斷拔出，跨中應(yīng)變急劇增長(zhǎng)，裂縫貫通即發(fā)生疲勞破壞。

各組抗折疲勞試驗(yàn)的加載參數(shù)表2所示，循環(huán)荷載的加載次數(shù)用Weibull分布檢驗(yàn)，對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性回歸如圖1所示。

線性回歸結(jié)果表明，相關(guān)系數(shù)R均在0.95以上，可認(rèn)為RPC的抗折疲勞壽命服從Weibull分布。

以存活率為0.5和循環(huán)加載次數(shù)為5000次為例對(duì)不同鋼纖維摻量的RPC的抗疲勞性能進(jìn)行比較，如表4所示。

通過(guò)不同鋼纖維摻量RPC抗折疲勞性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，與素RPC相比，摻量1%的RPC抗折疲勞性能顯著提高，隨著鋼纖維摻量的增加，抗折疲勞壽命持續(xù)提高，摻加鋼纖維明顯改善了RPC的抗折疲勞性能。

三、結(jié)論

本文進(jìn)行了4種鋼纖維摻量的RPC抗折試驗(yàn)以及抗折疲勞試驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

1、素RPC的抗折試驗(yàn)表現(xiàn)出脆性破壞的特點(diǎn)，摻加鋼纖維的RPC的脆性得到明顯改善，提高了韌性，隨著鋼纖維摻量的增加，抗折強(qiáng)度也持續(xù)增加。

2、RPC的抗折疲勞損傷過(guò)程與普通混凝土相似，均表現(xiàn)為三階段發(fā)展規(guī)律，即內(nèi)部缺陷聚集成核，損傷初步形成階段、裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展階段、失穩(wěn)破壞階段。

3、通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行Weibull分布檢驗(yàn)和線性回歸得出相關(guān)系數(shù)均在0.95以上，可認(rèn)為RPC的抗折疲勞壽命服從Weibull分布。

4、與素RPC相比，摻量1%的RPC抗折疲勞性能顯著提高，隨著鋼纖維摻量的增加，抗折疲勞壽命也持續(xù)提高。

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