2.7　玄武巖纖維水工混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度

2.7.1　混凝土軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

2.7.1.1　原材料與配合比

與上述玄武巖纖維混凝土抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)的混凝土原材料與配合比相同,即0.50和0.60兩種水灰比,玄武巖纖維摻量為其水泥體積比分別為0%、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%和0.9%等六種體積摻量,長度為10mm和20mm的兩種短切成品玄武巖纖維[86]。

2.7.1.2　試模選擇

《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL/T 352—2006)中所述混凝土軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)的四種試模,如圖2.14所示。

圖2.14中的試模(a)和(c),由于試件的中間部位截面均變小,呈變截面的三維形狀,因此對模具要求很高,并且混凝土澆筑成型的難度也很大。圖2.14(a)的拉環(huán)和圖2.14(b)的預(yù)埋拉桿在試驗(yàn)時,對中要求非常精確,在經(jīng)過澆筑和振搗后,很難保證完全在同一軸線上的要求。圖2.14(d)類試件制作相對方便,對中環(huán)節(jié)也可以在粘貼拉板時調(diào)整,可行性較好;但是通過試做的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),此類試件在破壞時,很容易發(fā)生在混凝土與拉板處的受力影響區(qū),對結(jié)果影響較大。試做的試驗(yàn)及試件破壞如圖2.15所示。

文獻(xiàn)[90]在已有的軸向拉伸試驗(yàn)裝置[91]基礎(chǔ)上,對混凝土軸向拉伸試驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn):將裝置兩端各150mm長度設(shè)計(jì)成截面漸變區(qū)(由端部寬度的170mm值漸變?yōu)?00mm),并在此區(qū)域中配置了不同長度的8根細(xì)螺桿,以防止試件在受拉時,在漸變區(qū)(受力影響區(qū))內(nèi)斷裂。由此設(shè)計(jì)出的裝置和試模既方便又合理(見圖2.16),經(jīng)試驗(yàn)證明,效果比較好,因此本節(jié)的混凝土軸向拉伸試驗(yàn)采用該裝置進(jìn)行。

2.7.1.3　試驗(yàn)方法與試驗(yàn)結(jié)果的處理

試驗(yàn)參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL/T 352—2006)的方法,試件尺寸170mm×100mm×600mm,最小截面處(中間段)的面積為100mm×100mm,變截面長度150mm。按《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL/T 352—2006)要求,一次成型4個試件,養(yǎng)護(hù)與普通混凝土條件一致。

以萬能試驗(yàn)機(jī)測試軸心抗拉強(qiáng)度,拉伸時的荷載速度應(yīng)控制在0.4MPa/min。試驗(yàn)結(jié)束時,記錄破壞荷載與斷裂位置。根據(jù)試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù),按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL/T 352—2006)計(jì)算公式計(jì)算軸向抗拉強(qiáng)度值。

2.7.2　混凝土軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.7.2.1　軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

拉伸試驗(yàn)結(jié)束后,以計(jì)算所得混凝土4個試件的軸心抗拉強(qiáng)度值的算術(shù)平均數(shù)作為該組的結(jié)果,列于表2.31中(其中A0,B0為對比組)。

上述試驗(yàn)混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度與玄武巖纖維的體積摻量之間關(guān)系見圖2.17。

由圖2.17可知,摻入玄武巖纖維使混凝土的軸心抗拉性能有較顯著的提高,與相應(yīng)的對比組混凝土相比,玄武巖纖維混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度值提高的最大幅度為65.7%。

2.7.2.2　纖維摻量對混凝土軸心抗拉性能的影響

試驗(yàn)混凝土軸心抗拉強(qiáng)度值與玄武巖纖維體積摻量變化如圖2.18和圖2.19所示。

在圖2.18和圖2.19中,玄武巖纖維體積摻量從0～0.9%,0.50水灰比混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度值在對比組混凝土的基礎(chǔ)上,分別增加了28.9%、25.0%、39.2%、45.1%和43.6%,以及16.6%、33.3%、47.1%、65.7%和62.3%;0.60水灰比的玄武巖纖維混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度也有類似規(guī)律。因此,在1%體積摻量以內(nèi),玄武巖纖維混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度隨著纖維摻量的增加逐步增大。

玄武巖纖維體積摻量與單絲長徑比對玄武巖纖維混凝土抗壓、劈拉、抗折強(qiáng)度以及抗斷裂性能的影響研究結(jié)果也表明,在混凝土中摻加均勻的短切玄武巖纖維,混凝土的強(qiáng)度和抗斷裂性能等都得到了明顯改善[54],上述試驗(yàn)結(jié)果與已有結(jié)論是一致的。

2.7.2.3　纖維長度對混凝土軸心抗拉性能的影響

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果,水灰比0.50混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度與纖維長度之間的關(guān)系見圖2.20;水灰比0.50混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度與纖維長度之間的關(guān)系見圖2.21。

在圖2.20中,纖維長度20mm混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度的增強(qiáng)趨勢比長度為10mm的要大些,但在圖2.21中,則是摻加10mm長度的增強(qiáng)效果更好些。因此,混凝土中摻入不同長度的玄武巖纖維,都能提高其抗拉能力,但是纖維長度的變化對混凝土的抗拉性能的規(guī)律并不明顯,原因可能是纖維在混凝土中的相對不均勻性,導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果有一定的離散性。

2.7.2.4　水灰比對纖維混凝土軸心抗拉強(qiáng)度的影響

根據(jù)上述試驗(yàn),分別計(jì)算各組玄武巖纖維混凝土與對比組混凝土的抗拉強(qiáng)度增加效果(與對比組的軸心抗拉強(qiáng)度值相比),結(jié)果見表2.32。

上述結(jié)果說明,當(dāng)混凝土中纖維長度及摻量不變時,混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度隨水灰比增大而減小。水灰比0.50的混凝土軸心抗拉強(qiáng)度均比水灰比0.60的大,混凝土軸心抗拉強(qiáng)度的增加效果也隨著混凝土水灰比的減小而增大。另外,水灰比對玄武巖纖維混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度影響較大。水灰比從0.60降低為0.50時,其與對比組混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度值相比,增加的最大值從1.42倍提高到了1.66倍。因此,較低水灰比混凝土中摻加玄武巖纖維,可以更加有效地提高其軸心抗拉強(qiáng)度。

2.7.2.5　混凝土軸心抗拉強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

為分析比較玄武巖纖維混凝土的軸心抗拉與軸心抗壓性能之間的關(guān)系,在軸心抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)時,每組試驗(yàn)混凝土均同時增加了3塊150mm×150mm×150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試塊,用于測定混凝土的28d軸心抗壓強(qiáng)度值。

每組試驗(yàn)混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度和28d軸心抗壓強(qiáng)度見表2.33。

表2.33的結(jié)果說明,混凝土的軸心抗壓、抗拉強(qiáng)度總體上都隨著纖維的體積摻量增加而增大,部分抗壓強(qiáng)度值存在離散性;混凝土軸心抗壓強(qiáng)度值越大,其相應(yīng)的抗拉強(qiáng)度也增加。試驗(yàn)玄武巖纖維混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度是其抗壓強(qiáng)度的5.02%～7.13%(即混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/14～1/20),這與已有的研究結(jié)論一致(混凝土的軸抗拉強(qiáng)度是軸抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20[92-93])。