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1、聚合物钢纤维方管混凝土的性能研究第l8卷第4期2001年l2月特种结构V01.18No.4Dec.2o01聚合物钢纤维方管混凝土的性能研究沈之容(同济大学上海200092)(TongjiUniversi~,)摘要本文通过引入聚合物改性混凝土,增加钢纤维与混凝土的粘结强度,充分发挥钢纤维的受拉特长,提高钢纤维方管混凝土的力学性能.关键词聚合物钢纤堆粘结强度方管混凝土ABs1限AcrInth/spaper,p咖M,;co.rtz.t'ete/susedto删thecoheshestrengthbe-tto~etzsteel-fib,eand∞w.willtakeofmeritsofsteet-fi
2、b,'eandimprovethemechanicalpropeniesofsteel,∞m,grmwithsteel-fibre一~eicfo,ced,rcottcreteKEYWORDSPolymerSteeI-fiber-reir(orcedCohesivestret,c,thSteelⅫledwithcortcrete概述近年来,钢管混凝土这类组台结构能够广泛地应用于房屋建筑之中,主要是由于其利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对混凝土具有约束作用,使混凝土处于复杂应力状态,从而使混凝土的强度得到提高,而同时混凝土又可防止或延迟钢管发生局部失稳因此钢管混凝土能够弥补钢
3、和混凝土这两种材料各自的缺点,同时能够发挥二者之优点,加上其耐火性能好,节点构造简洁,建筑处理灵活,施工周期较短等特点,使得该组台结构得到越来越广泛的应用.目前钢管混凝土一般是在钢管中浇灌素混凝土:混凝土是脆性材料宜于受压不宜受拉,因而在受弯构件,压弯构件中受拉区的混凝土往往起不到应有的作用.除此之外也可以在钢管中掺人钢纤维混凝土,提高受拉区混凝土的极限承载力,然而在钢纤维钢管混凝土中,由于钢纤维与混凝土之间缺乏一定的粘结强度,造成钢纤维钢管混凝土破坏往往是大量的钢纤维被拔出而不是被拉断或钢纤维达到屈服,纤维的增强效果并未完全发挥,从而产生浪费,因而界面粘结与界面效应是发挥钢纤维对混凝土增强能
4、力的关键.最大限度地发挥钢纤维的作用,增强界面牯结.提高界面效应是非常重要的.为进一步提高钢管混凝土的经济效益,提高总体的力学性能,本文考虑引人聚合物改性混凝土,采用合理的投料顺序,使混凝土的性能(特别是受拉,受弯强度,牯结强度)得到明显地改善,因此能充分发挥钢纤维12钢管混凝土内混凝土受压性能以及钢管或钢纤维的受拉特长.一,材料及拌台方法聚台物钢纤维钢管混凝土中混凝土通常采用普通硅酸盐水泥,聚合物乳液采用丙苯胶乳或丁苯胶乳,它可部分地取代拌合水.钢纤维可采用熔抽型钢纤维,其长径比可取6o～lO0,体积率为0.5%～2%.在拌合过程中采用下列工艺的投料顺序:先把钢纤维放人搅拌锅,加人聚台物乳液
5、,使钢纤维在聚台物乳液中充分浸渍,搅拌均匀后加人黄砂,然后加人水泥进行搅拌,最后加水,粗骨料及各种改性剂.二,聚合物钢纤维钢管混凝土性能分析正如前面所述,由于钢纤维在构件破坏时往往是被拔出,而不是屈服,所以其破坏主要因素仍是粘结强度,然而钢纤维在混凝土中排列不规则,可能形成一维,二维,三维定向或乱向等多种分布形式,因而钢纤维与聚台物混凝土之问的粘结强度较为复杂.乳液改性混凝土与普通混凝土相比,对钢纤维的牯结强度会有所提高,但粘结强度受聚灰比(WC)和施工工艺的影响.一般来说,聚合物改性水泥砂浆(混凝土)与钢或钢纤维的粘结强度随聚合物含量的增加而增加,添加少量聚合物就可使粘结强度提高30%.聚台
6、物钢纤维钢管混凝土的受力性能同钢纤维的长度,钢纤维在聚台物混凝土中的取向分布以及钢纤维同聚合物混凝土的界面粘结强度SPECIALS琢U(RES№.42∞IN0.42001沈之容聚合物钢纤维方管混凝土的性能研究有关.在分析聚合物钢纤维钢管混凝土的受力性能时取用乱向不连续纤维,因此考虑钢纤维的取向,长度及其聚合物混凝土的界面牯结强度.这三者有内在联系,通常用乱向不连续有效系数珊表示::rhrhr]~(1)式中,为乱向不连续纤维方向有效系数,在实际构件中,纤维在聚合物混凝土中的取向受诸多因素的影响.如钢纤维聚合物混凝土的组成比例,搅拌工艺,钢纤维的长径比,体积率,几何形状等等根据钢纤维的统计分布一般
7、是介于二维乱向和三维乱向之间.本文取仉=0.5.仇为界面粘结系数.是顺向纤维的最大拉应力:2-ds/d,与纤维极限抗拉强度,,u=2%c/之比.即:=考从公式(2)中可见,若长径比ld,,纤维极限抗拉强度一定,则随着粘结强度r增加,界面粘结系数就增加.为非连续纤维长度有效系数,可由下式表达:,..:1—0.5=1一(3)一,Z-,同样从公式(3)中可见,若长径比卉,纤维极限抗拉强度一定,则,随着粘
