地下室侧墙纤维混凝土抗裂性能研究

纤维混凝土上的抗裂性能研究

第25卷第1期2008年3月　华　中　科　技　大　学　学　报(城市科学版)

J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Vol.25No.1Mar.2008

地下室侧墙纤维混凝土抗裂性能研究

周　露

1a,1b

,　王伟健,　

2

雨林

1a,1b

,　彭　畅

1a,1b

,　李作华

1a,1b

,　吴晓帆

1a,1b

(1.华中科技大学　a.土木工程与力学学院;b.控制结构湖北省重点实验室,湖北　武汉　430074;

2.江西省建筑设计研究总院,江西　南昌　330046)

摘　要:目前,控制地下室侧墙裂缝主要借鉴大体积混凝土经验,不能有效地预防墙体裂缝。本文应用有限元ANSYS软件,分析掺有聚丙烯纤维的混凝土地下室侧墙浇筑后14d内的温度、混凝土收缩应力,得出温度和应力分布、变化的一般规律,侧墙应力最大部位为侧墙中部、侧墙与底板相交处。采用经验公式计算素混凝土与相同配合比的聚丙烯纤维混凝土各龄期的抗拉强度,并与同龄期侧墙最大拉应力比较,证明混凝土中掺入合成纤维,提高了混凝土的抗裂性能,确保地下室侧墙混凝土在施工期不出现裂缝。关键词:纤维混凝土;　地下室侧墙;　温度收缩应力;　ANSYS;　抗裂性能

中图分类号:TU528.572;　　文献标识码:A　　文章编号:1672-7037(2008)01-0092-05

　　混凝土结构失效概率的较高阶段集中在混凝土施工期和老化期,混凝土施工期产生的裂缝或缺陷,将导致混凝土提前出现劣化,造成结构的可靠性降低。将合成纤维掺入混凝土,可以提高混凝土的抗裂性能,纤维在混凝土中的作用相当于杂乱分布的微细钢筋,纤维与混凝土之间的粘结机理与钢筋和混凝土之间的粘结类似。

纤维混凝土中,合成纤维的主要作用有:减少混凝土的原始缺陷,降低各种缺陷的尺度;使混凝土中粗集料分布更加均匀,提高混凝土内在品质,改善混凝土抗渗透性;降低混凝土表面水分的蒸发速率;降低混凝土内外部温、湿度差;提高混凝土的早期抗裂性能;提高混凝土的变形能力,增加混凝土的韧性和抗冲击、抗疲劳性能。

1.1　纤维间距理论

当纤维混凝土块体中的裂缝长度等于纤维的平均中心间距时,纤维混凝土的抗拉强度可按下

式计算:

Rfc=

cr

Kc

-

,(1)

BS

式中,Kc为纤维混凝土的断裂韧性;B为常数。当-S小于7.6mm时,纤维混凝土的抗拉强度可显著提高。

1.2　复合材料理论

该理论将纤维混凝土视为复合材料,纤维混凝土为多相系统,其性能是各相性能的加和值,纤维混凝土抗拉强度按下式计算:

Rfc=Rm[1+(G0n-1)Vf],

cr

u

(2)

1　纤维阻裂机理

纤维阻裂机理有两种理论,一是美国

纤维间距理论”,根据断裂力学Romualdi提出的“

解释纤维对混凝土裂缝的阻裂作用,认为要提高混凝土强度,必须减少混凝土中的原始缺陷、裂缝

数量和尺度;当纤维间距小于某一值后,混凝土抗拉强度提高。二是英国Swamy提出的“复合材料理论”,从复合材料构成原理出发,把纤维看做混凝土的强化体系,应用混合原理推定纤维混凝土的抗拉强度,提出了纤维混凝土抗拉强度与纤维掺入量、方向、长径比及粘结力之间的关系。

收稿日期:2007-06-12

[1]

u

式中,Rcrfc为纤维混凝土抗拉强度;Rm为水泥基材

的抗拉极限强度;Vf为纤维的体积率;n=Ef/Em,

0Em和Ef分别为水泥基材与纤维的弹性模量;G

为纤维在混凝土中的取向系数,一维、二维及三维的取向系数分别为1.00,0.803和0.637。

纤维混凝土中存在一临界纤维体积率,当纤维体积率大于临界值时,纤维混凝土的抗拉强度较未掺纤维的普通混凝土明显提高。临界纤维体积率按下式计算:

Rum

Vc=。

Rf+Rm-EfEm

(3)

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