纤维混凝土在弯曲下的微观力学上的耐久性研究
摘要
基于细观力学耐久性模型来预测薄层水泥基复合材料的弯曲性能增强的成品和未精制的纤维素纤维的复合材料进行了测试，在干，湿，和加速老化（碳化）。该模型是基于断裂力学的直接链接的材料结构的变化导致的环境恶化工艺复合材料弯曲力学性能。该模型被用来作为一种工具来定量评价纤维素纤维基体界面的微观参数，很难测量的实验。合理的协议被发现在复合材料弯曲力学性能和纤维失效模式模型的预测与实验确定的趋势（拔出或断裂）作为一个功能的环境。这支持了所提出的细观力学模型参数的有效性。?1999 Elsevier科学有限公司保留权利。
关键词：微观力学；耐久性；复合材料；弯曲强度；建模
石棉纤维的纤维水泥广泛应用
业为薄水泥复合加固直到
研究表明，暴露于石棉引起的肺癌，石棉，和人类间皮瘤[ 1 ]。使用石棉
停止，引发了广泛的替代研究
光纤系统。对替代纤维的要求
高性能，高加工性，和
在富碱胶凝材料的环境耐久性。纤维素纤维实现了第一个要求。
纤维素纤维本质上是强大的，和细化（或
机械打浆）的纤维素纤维，大大提高了
其加工的必要，如果复合材料是使用Hatschek生产方法研制成功
[ 2，4 ]–。然而，当纤维素纤维增强水泥
复合材料暴露于户外环境中，复合材料的性能和力学性能变化，这意味着耐久性差[ 5 ]。微观结构研究的复合材料用扫描电子显微镜观察发现，
在纤维素纤维结构和纤维母体接触面积
通过改变环境[ 6 ]影响–8。
本文重点研究确定在物质的变化
干精制和未精制的纤维素纤维复合材料暴露于水后加速年龄结构（碳
信息）环境和连接这些变化对复合材料
机械性能通过细观力学耐久性模型。复合材料结构的划分
为三个方面：纤维，基体和纤维基体界面，
过渡区。细观力学参数是用来描述材料的结构强度的光纤参数，
刚度，长度和直径，刚度，韧性矩阵参数，和初始裂纹尺寸和fibermatrix界面摩擦和相互作用参数
化学键与吸收系数。一条弯曲的细观力学模型，使用这些输入参数来预测复合材料的力学性能[ 9 ]。量化
基于细观力学参数变化的环境效应将使该模型可用于预测复合材料的耐久性。这种预测是可能的如果
细观力学参数可以测量实验。然而，纤维素纤维基体界面参数不能被直接测量，因为纤维太小。单纤维拔出技术不能用。
因此，该模型将作为一个工具来估计债券
的纤维素纤维水泥基体的影响
这种债券的环境。
基于断裂力学的细观力学模型
用于预测复合材料的力学性能将描述。特别强调的是理论上的迪威乐邮件：PJAK”工程。密歇根大学。教育。*通讯作者。
荷兰国际集团（SB-D）公认的纤维复合材料的关系
本构关系[9-11]。然后，微机械建模参数将被定义和环境对纤维相关的参数和上纤维- 基质相互作用参数的影响将被确定。核查
用于纤维素纤维复合材料的微机械性能
建模得到：
1.如果仿照弯曲的机械性能有
同样的幅度，并按照相同的趋势，在
实验获得的干，湿，并老化环境弯曲的机械性能，并
2.如果模型正确地预测纤维素的模式
纤维含量不合格，折叠，或破裂。
1.弯曲造型：纤维素水泥耐久性
纤维素纤维增强薄板水泥基复合材料
通过当弯曲开裂加载失败。复合失败的一个现实的描述由断裂力学提供
利用力的平衡和变形协调分析[9]。在负载下，边缘开裂的张力侧形式
薄片的（图1）。纤维桥接横跨的影响
裂缝飞机将使用光纤桥接描述
应力与裂纹开口（SB-D）的关系。纤维素复合材料的耐久性是通过识别在理论上评估
影响变化的环境（干，湿，或老化的）对纤维，基质和界面性质，或者作为一个整体，SB-D 关系。这些变化影响了复合材料的抗弯
机械性能和它们的负荷- 弯曲特性。
1.1。细观力学模型的理论概念
强加初始裂纹（预先存在的裂纹状缺陷）
从板的下均匀拉伸侧传播
弯矩到板（图1）的压侧。
这个单一裂缝分析由耦合方程的理事说明。（1）和（2）。裂纹扩展时产生的应力时，
在裂纹尖端，Ktip，强度因子等于水泥基质，公里的断裂韧性：
（1）
其中K
技巧是外加力矩M功能，
裂纹长度a，板形状，并且在纤维桥接应力
与裂纹张开关系。它是嘉，由于施加载荷应力强度因子，和KB，负应力强度因子的总和，由于纤维桥接应力（附录A）。
式。（2）是基于涉及平衡负荷（SM由于挠曲负荷）卡氏定理的裂缝开口
曲线D（X）。（2）其中G（）是一个权重函数，它表示一个单元的力贡献裂纹尖端应力强度因子（附录A），
D（x）是裂缝开口轮廓，SM（X9）是弯曲应力引起的外部负载M和SB（四（X9））的桥接应力与裂纹张开与来自光束的拉伸侧测量X的关系。E和w为复合材料的弹性模量和梁深度分别。
该耦合方程。（1）和（2）必须数值求解
[10]。对于每个施加的增量裂纹长度a，该平衡负载M被计算，得到复合材料的力学
属性。比例（LOP），或复合材料的限制第一
打击力量，是进行当复合弯曲应力
初始缺陷传播。断裂模量（MOR）是指复合材料的最大弯曲应力。用于复合随机分布的不连续体积分数V纤维男，李等人。[12]表明，该在复合式SB-D的关系。（3）可以通过平均只有那些个别纤维的贡献来预测穿过裂缝面：（3）其中L
女，DF，和f是纤维长度，纤维直径，以及不压井系数，分别与P（z）和P（u）的重心是和角的概率密度函数。P（D）是
单纤荷载位移关系的排列的纤维。
为均匀的二维纤维分布，P（u）的5
2 / P和P（Z）5 2 / LF。环境恶化的影响
进程通过SB-D的关系，P（D）EFU，用纤维，基质和纤维基质相互作用的微机械参数来计算的机械部分进入。该纤维
桥接应力与裂纹开口（SB-D）的关系是输入
到方程。（1）和（2）。另一个（但一致的）模型被用来从一个三点弯曲载荷- 挠度模拟预测复合挠曲韧性。复合材料弯曲韧性（IMOR）是下的载荷- 挠度曲线高达MOR区域。IMOR预测是必要的耐久性的建模，因为劣化处理可以显著影响复合韧性
[4,13]。当桥接纤维通过一个等效桥接应力分布在每个平衡状态改为
该板或薄片，该复合材料可被视为线性弹性体。唯一的载荷弯曲载荷和
纤维诱发施加牵引力于裂纹的表面上。该
支持充当位移约束。叠加原理适用，所以负荷点挠度D可如等式来获得。（4）（图2）：其中，DNO裂纹未开裂板挠度和Dcrack是
裂纹板挠度（附录B）。负载，裂纹长度，
和纤维桥接应力可以在每个平衡来获得
从微机械模型步骤。的载荷- 挠度
然后可以生成曲线。
1.2。细观力学模型参数
使用微观力学为基础的模式，复合弯曲性能由纤维基质系统[9]的11微机械性质进行说明。这些纤维，基质，
和光纤矩阵互动性治理纤维如何弥合裂痕。因此，它们起到了关键的作用
控制所述板的弯曲响应。试样的几何形状（厚度，间距和宽度）也输入参数。微机械建模参数被定义
如下：
光纤参数：
L楼纤维长度（mm）
e女，纤维直径（mm）
?楼纤维刚度（GPA）
s福，纤维强度（MPa）
V女，纤维体积含有率（％）。
矩阵参数：
?米，基体硬度（GPA）千米
，矩阵断裂韧性（兆帕√m）
C，初始缺陷尺寸（mm）。
纤维基质相互作用参数：
吨O，界面摩擦债券（兆帕）
摹D，界面化学脱粘能量（焦耳/平方米）
楼光纤冷落系数。
试件的几何参数：
S，弯曲样本范围（毫米）
B，挠曲试样厚度（mm）
瓦特，挠曲试样宽度（毫米）。
纤维素水泥2.实验测试
纤维素纤维增强薄板水泥基复合材料
（VF 5 10％）通过使用压滤机技术（200 3 78 36立方毫米生产）在实验室。水与水泥之比为0.25。纤维素纤维的二维然
该复合内DOM取向。两个精致（150no裂缝+Δcrack
CSF）和未精制的（700 CSF）的牛皮纸制浆辐射松
纤维素纤维被使用。复合材料（28天空气治愈）
在三点弯曲以146毫米的跨度进行测试
为20mm /干湿条件下分。潮湿的条件
被定义为在复合体浸没在水中24至36小时
之前的测试。此外，加快老年标本
测试风干检查的30碳化衰老的作用
周期。碳化循环已示出以模拟长期自然风化的准确对纤维素复合材料的影响[5]。一24小时的碳化周期如下：
在208C淹没在水中8小时
在烘箱中在808C1小时
在208C中的饱和CO在炉5小时
2
环境
在烘箱中在808C 9 H
1小时冷却下来，从808C至208C [5]。
实验挠曲载荷- 挠度曲线的复合材料被示于图3A和4A的精致和粗纤维复合材料，分别为。模型预测（图3B和4B）将在后面的部分中进行讨论。
在复合材料的力学性能的环保趋势可以
总结：LOP
年龄。LOPdry。LOPwet，MORaged $
MOR
干燥。的Morwet和IMORaged，IMORdry，IMORwet。
同样，纤维素纤维失效模式与变化的环境条件：占主导地位的破裂对老年人，组合
拉拔/破裂的干燥，湿撤军。干，
湿复合材料不合格多个开裂，而年龄
复合材料的失败，一个裂纹。这些趋势，无论持有
是否纤维素纤维进行了细化或粗。
3.确定微型机械的
模型的参数
纤维素纤维和基质微参数提取
从文献中，但纤维素纤维基质interfacia
rameters不可用。他们没有被实验确定，由于长辐射松的不可用性
纤维素纤维的单纤拔出测试。因此，该
模型可以作为其估计的有用工具。所估计的界面建模参数（于，钆，和f）是有影响力的预测环境依赖性复合弯曲机械性能（LOP，MOR和IMOR）。
同样，他们确定的纤维素纤维故障模式，
破裂或拔出。
3.1。纤维素纤维参数
纤维素是一种中空的天然有机亲水木质纤维周围的纤维复合管同心分层组成。当在张力加载，所述纤维素纤维的
截面积降低[14]。纤维特性，结构，
和机械加强能力是高度可变的，这取决于木材纤维源和制浆[15]的方法。
细观力学模型的参数被选为代表的干精制牛皮纸的平均属性值制浆
辐射松的纤维素纤维（表1）。它们是基于
测量值（LF和DF）和文献综述（SFU和EF）
[4,16]。高度精制的纤维素纤维（150 CSF）有
长度为0.1至7mm，平均为2.5毫米变化。
同样地，纤维直径，平均显著变化
30毫米的价值。纤维素纤维在湿拉伸试验
环境显示纤维刚度的损失，而纤维
相比，干强度不发生变化，但在纤维确实遇到更大的扩展[16]。老化后，纤维素纤维石化和失败的脆性方式;纤维刚度
和强度已推测增加[6]。对于造型简单，纤维强度保持不变，无论
的环境。未精制的纤维素纤维（700 CSF）有
改进的机械性能（表1）。精致
会使纤维长度减小，纤维强度降低，因为外部原纤化，和纤维刚度降低由于内部原纤化，使纤维更适形的[2]。
3.2。纤维素纤维基质相互作用参数
纤维素纤维- 基质界面粘结，反映在
的纤维素纤维失败在复合材料中的改变的模式图。4.（A）实验测试，未精制的纤维素复合材料。（B）为蓝本不登大雅之堂纤维素复合材料。表1精致不登大雅之堂纤维素微机械模型参数干，湿，并老化环境
断裂面，随环境（干，湿，并岁）。纤维素纤维与水泥基材的粘结被摩擦和化学性质，通过摩擦量化键（至）和化学脱胶能源（GD）[3,9]。干精制纤维素纤维的摩擦的近似值
债券（5 0.8兆帕）采用理论模型复合是由麦[17]。适度值（GD 5 3焦耳/平方米）假设。化学脱粘能量被定义为所需的关键界面剥离能源推进单位面积的剥离区。干纤维素纤维锁定成由大量的氢的刚性水泥基质通过羟基桥接站点键[3]。为了比较，水泥糊剂的典型韧性变化从2至10焦耳/平方米。该压井系数，它代表一个纤维的效果以一个角度通过摩擦轮拉动时，还没有被确定为纤维素纤维。人们发现，从0.7变化到0.9对聚丙烯和尼龙纤维，分别[18]。该varible f而假定为0.8干精制纤维素纤维。即使聚丙烯和纤维素纤维是不是化学相似，假定的，机械的他们冷落系数将是有可比性的，并数量级的顺序相同。纤维素纤维的摩擦债券假设保持不变，无论干燥或潮湿环境中。依据这个假设是实验性的。单纤维拉拔试验采用聚丙烯和PVA纤维显示数据获得可忽略的变化，其值对于干和湿条件[19]。环境对界面结合的作用聚丙烯和PVA纤维的性质被用作纤维素之间相似粘结性能的变化的指导纤维和水泥基体。在潮湿条件下，可以推测水分子的插入纤维素之间纤维和基体破坏其fibermatrix氢键[3]。化学键的损失将支持观测纤维素在干燥的条件下，结合撤军和破裂比较潮湿条件下的纤维拉出。1焦耳/平方米的钆被选中。湿纤维素纤维不压井系数
降至0.5，因为纤维的刚性下降时，潮湿。
加速老化之后，纤维素纤维石化和有一个实心的横截面。的PVA，具有不同的固体纤维从该纤维素纤维，债券的化学组成摩擦和化学用水泥。的PVA水泥碳化老化[19]后摩擦键显著增加（Z300％），所以为3.0MPa被认为适于纤维素纤维。老化的原因的界面基质致密，并增加与该增强纤维[8]接触。在PVA化学键小幅上升后加速老化。这反映在老年人纤维素的选择纤维的化学键，3.5焦耳/平方米。0.8干冷落系数保留年龄条件。对于未精制的纤维素纤维，界面摩擦键而相比于成品冷落系数的降低以考虑以下的纤维素纤维原纤化[20];以减少到0.6兆帕和f下降到0.7。化学键保持不变。人们认为变化的环境中会导致相同的百分比变化的界面
属性为粗大豆作为精制纤维素纤维。Thevalues选择在建模来，钆浮动参数，和f不调谐到精确匹配的纤维素纤维综合实验数据。相反，这些值被用来预测在弯曲机械propertiesof纤
维素水泥趋势不断变化的环境中。这些参数为精制和粗cellulosefibers的actualvalues可能不同于水泥基质的这些估计values.Fracture韧性具有类似水与水泥的比率作为该的实验测试复合材料被使用; 5公里，0.2兆帕√m[21]。初始未桥连的缺陷尺寸，C，被选择为基于薄片复合材料的扫描型电子显微镜检查60毫米。公里和c均假定不变，不受
变化的环境。这些简化矩阵的假设来作出的援助在确定改变的影响
环境对纤维素纤维和仅纤维素纤维基体的界面的特性。纤维体积分数（VF），试样尺寸（S3瓦特3 b）和综合刚度（EM）建模用于被选择来匹配实验值。
使用这些微机械模型参数，THES
BD关系的细化和粗纤维素纤维
干，湿，并老化条件下的复合材料可以产生（图5A和5B）。高桥接应力在非常小的
破解干燥和老化的条件开放（0.002 MM）
dicates高LOP与低架桥压力比较
该湿的复合材料（如在图3和图4所示）。在弥合应力在大年龄复合材料的急剧下降
裂缝宽度（0.03 MM）意味着极端的纤维断裂。该
这一转变（从小到大裂缝开口）的斜率
从年龄降低到干到湿。类似的趋势被发现
为粗纤维素纤维复合材料（图5B）。
更高桥接应力为粗纤维素纤维可以归因于提高纤维的性能（见表1）。
4.模型验证
实验和模拟弯曲stressdeflection曲线精致和粗纤维素纤维的比较
复合材料是在图提供的。图3A，3B，4A和4B。该
模型正确地预测趋势的复合性
（LOP和MOR）不断变化的环境中，但有一个
差异在预测复合材料的韧性（IMOR）
对于干和湿条件下（图6）。这归因于
1裂纹到模型的故障假设。如果仿照
韧性乘以多个裂纹数
干燥和潮湿的条件下，模型预测下形成
会更准确。然而，一个裂纹失效
模型确实显示增加复合材料的韧性趋势
从中年过渡到干到湿。粗纤维素的改进的纤维特性有助于提高
复合材料的韧性。这些合理的韧性好
协议进一步灌输信心模型预测。
为了证明光纤故障对复合材料的断裂
通过对精致的造型不登大雅之堂表面
纤维素纤维，无限高的纤维强度是假设（图7A和7B）。这是通过的情况相比其中，纤维断裂，当一个独特的，确定性的纤维
强度被达到。如果纤维强度是无限高，
纤维也不会破裂，但会撤军。用于干精制纤维素复合体，这些比较表明
有撤军和破裂的结合，同时也
湿纤维素纤维只拔出（图7A）。下
年龄条件，这种比较极端的指示纤维
破裂（图7B）。这些趋势是根据实验观察。
5.结论
下列结论可从当前绘制
研究：
1.细观力学为基础的模型能够预测精致不登大雅之堂纤维素广泛趋势
水泥的抗弯强度和韧性（LOP，MOR，
和IMOR）作为的函数的干，湿，并加速了
（碳化）老化的环境条件。
2.建模的目的，改变纤维素纤维
与环境属性和纤维素纤维基质相互作用参数估计如下
为完善和未精制的纤维素水泥的抗弯复合性能预测：
纤维刚度：电子
?F岁。EF干燥。EF湿
纤维强度：SFU岁?SFU干?SFU湿
界面摩擦保证金：吨
?岁。干Z到湿
界面化学键：摹
e岁。GD干燥。GD湿
不压井作业系数：faged?FDRY。fwet。
3.损失纤维素水泥韧性与衰老归因于纤维素纤维在水泥基体，这将导致增加纤维的增加的界面结合破裂。
4.由于界面的实验测量纤维素纤维在水泥基体作为属性环境功能不可用，他们必须要回计算使用耐久性模型实验复合弯曲机械数据。不预期此反演过程，以产生唯一的一组接口的参数值。然而，耐久性模型能够预测的性能的纤维素复合材料作为环境的函数，并且识别所述纤维素纤维基体界面为复合材料的材料结构组件最
受变化的环境。致谢这项研究是由赠款大学支持密歇根州，密歇根州安阿伯，从Redco比利时和埃特尼特瑞士。支持P.J.K.由提供
海军研究办公室和美国国家科学基金会的研究生奖学金。附录A裂纹尖端的应力强度因子是由于应用压力和光纤桥接压力。它被描述为Ktip 5?1 KB，其中嘉5应力强度因子，由于应用装载和KB 5应力强度因子由于光纤桥接压力。此外，如在等式给出。（5）：
（5）其中，有5裂纹长度，W 5板深度，
s5施加的外部应力的拉伸面，并且x是从光束[23]的张力面测量的。所以涉及
通过外部弯矩其中M 5应用的外部弯矩和b 5波束宽度。G是加权函数，表示一个单元的力贡献于裂纹尖端的应力强度因子，如下：且h1给出[23]。同样
其中S
B（D）5光纤桥接应力与裂缝宽度的关系和d（x）的5裂打开配置文件。由于裂缝
开口轮廓是不知道先验，这要求溶液
的积分方程。（2）。
附录B
DNO裂缝可以通过经典梁理论被发现
其中，E 5的复合弹性模量和Dcrack获得人
集成式的。（6）：
（6）
其中w 5板宽度，5裂长度，SM（X）5应用
加载压力，SB（x）的5光纤桥接压力，x被测量
从板和f（x）5重量函数对应加载点由一对产生位移的拉伸侧
单位集中力量，在任意位置x沿
裂纹线。函数f（x）可以衍生自式。（7）[22,23]：
（7）
参考
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-- 1
哪里
参考文献
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（7）
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混凝土的耐久性研究 摘要：随着城市化建设力度加快，混凝土以价格低廉、性能优越在基础设施中成为了首选的施工材料，具有用量大、用途广等特点。对于混凝土结构，它的耐久性是施工质量以及安全的重要保障[1]。碳化、钢筋腐蚀、冻融及碱-骨料反应等构成混凝土耐久性的主要内容, 而耐久性与强度作为混凝土的两个重要指标，在施工与设计中，受各种因素影响，对混凝土耐久性的重视力度明显缺乏。针对这种情况，为了促进混凝土施工持续发展，必须在环境保护与基础设施上，提高混凝土施工的耐久性。本文从混凝土的抗冻性、混凝土的碳化、碱集料反应、耐磨性、钢筋锈蚀等5个方面对混凝土耐久性影响因素改善措施等方面进行了深度研究和探索,通过从结构形式、原材料、细节构造、工艺措施等方面进行综合对比，从施工、设计与维修上提升施工质量。 关键词：混凝土耐久性；抗冻性；碳化；钢筋锈蚀；碱骨料反应； Abstract:LiFePO4is an important cathode material for lithium-ion batteries. Regardless of the biphasic reaction between the insulating end members, Li x FePO4, optimization of the nanostructured architecture has substantially improved the power density of positive LiFePO4 electrode. The charge transport that occurs in the interphase region across the biphasic boundary is the primary stage of solid-state electrochemical reactions in which the Li concen-trations and the valence state of Fe deviate significantly from the equilibrium end members. Complex interactions among Li ions and charges at the Fe sites have made understanding stability and transport properties of the intermediate domains difficult. Long-range ordering at metastable intermediate eutectic composition of Li2/3FePO4has now been discovered and its superstructure determined, which reflected predomi-nant polaron crystallization at the Fe sites followed by Li+redistribution to optimize the Li Fe interactions. Keywords: cathode material; LiFePO4; lithium ion battery; metastable mesophase; Li2 / 3FePO4; solid material
l—2 钢纤维混凝土的配合比设计 钢纤维混凝土虽已在各种工程领域得到较广泛的应用，但对钢纤维混凝土拌合料的配合比设计，尚未建立起合理而成热的设计方法。国外有关学者，曾介绍过关于钢纤维混凝土配合比方面的资料，提出一些参考用表和经验配合比。国内有关单位”，曾提出要以抗折强度为指标进行钢纤维混凝土配合比设计，并通过试验，建立抗折强度与各主要影响因素之间量的关系，有利于配合比的设计。但多数仍按普通水泥混凝土的配合比设计方法，以混凝土的抗压强度确定拌合料的配合比，只是适当调整砂率、用水量和水泥用量。按此确定配合比时，为了获得较高的抗折强度，势必使抗压强度也相应提高，这是不必要的。钢纤维混凝土配合比的设计，应根据对钢纤维混凝土的使用要求和钢纤维混凝土配合比的特点进行合理的设计。 1-2-11-2-1钢纤维混凝土配合比设计的要求和特点 一、钢纤维混凝土配合比设计的要求 钢纤维混凝土配合比设计的目的是将其组成的材料，即钢纤维、水泥、水、粗细骨料及外掺剂等合理的配合，使所配制的钢纤维混凝土应满足下列要求: 1. 满足工程所需要的强度和耐久性。对建筑工程一般应满足抗压强度和抗拉强度的要求对路(道)面工程一般应满足抗压强度和抗折强度的要求。 2.配制成的钢纤维混凝土拌合料的和易性应满足施工要求。 3．经济合理。在满足工程要求的条件下，充分发挥钢纤维的增强作用，合理确定钢纤 维和水泥用量，降低钢纤维混凝土的成本。 二、钢纤维混凝土配合比设计的特点 钢纤维混凝土的配合比设计与普通水泥混凝土相比，其主要特点是： 1.在水泥混凝土的配合拌合料中掺入钢纤维，主要是为了提高混凝土的抗弯、抗拉、抗疲劳的能力和韧性，因此配合比设计的强度控制，当有抗压强度要求时，除按抗压强度控制外，还应根据工程性质和要求，分别按抗折强度或抗拉强度控制，确定拌合料的配合比，以充分发挥钢纤维混凝土的增强作用，而普通水泥混凝土一般以抗压强度控制(道路混凝土以抗折强度控制)来确定拌合料的配合比。 2．配合比设计时，应考虑掺人拌合料中的钢纤维能分散均匀，并使钢纤维的表面包满砂浆，以保证钢纤维混凝土的质量。 3．在拌合料中加入钢纤维后，其和易性有所降低。为了获得适宜的和易性，有必要适当增加单位用水量和单位水泥用量。 1-2-2钢纤维混凝土配合比设计原理与方法。 钢纤维混凝土配合比设计的基本方法是建立在钢纤维混疑土拌合料的特性及其硬化后的强度基础上的。其主要目的是根据使用要求，合理确定拌合料的水灰比，钢纤维体积率、单位用水量和砂率等四个基本参数，由此，即可计算出各组成材料的用量。 在确定基本参数时，既要满足抗压强度要求，又要符合抗折强度或抗拉强度要求，以及和易性、经济性要求。 试验表明，钢纤维混凝土的抗压强度、抗折强度和抗拉强度与水泥标号；水灰比、钢纤维体积率和长径比、砂率、用水量等因素有关，其中水灰比和水泥标号对抗压强度影响最大，其他因素影响较小。即钢纤维体积率和长径比、水泥标号却对抗折强度和抗拉强度影响最大，砂率和用水量对和易性影响较大。因此，采用以抗压强度与水灰比，水泥标号的关系来确定水灰比，然后用抗折强度或抗拉强度确定
混凝土结构耐久性 1.1 混凝土结构耐久性问题的重要性 钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，且一直被认为是一种非常耐久性的结构形式，其应用范围非常广泛。 然而，从混凝土应用于建筑工程至今的150年间，大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限。这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化造成的，但更多的是由于结构的耐久性不足导致的。特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的腐蚀，尤其是钢筋的锈蚀而造成结构的早期损坏，丧失了结构的耐久性能，已成为实际工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。耐久性失效是导致混凝土结构在正常使用状态下失效的最主要原因。 国内外统计资料表明，由于混凝土结构耐久性病害而导致的损失是巨大的，并且耐久性问题越来越严重。结构耐久性造成的损失大大超过了人们的估计。国外学者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元，那么就意味着：发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修费5美元；混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元；严重破坏时采取措施将追加维修费125美元。 因此，钢筋混凝土结构耐久性问题是一个十分重要也是迫切需要加以解决的问题，通过开展对钢筋混凝土结构耐久性的研究，一方面能对已有的建筑结构物进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测，以选择对其正确的处理方法；另一方面可对新建项目进行耐久性设计，揭示影响结构寿命的内部与外部因素，从而提高工程的设计水平和施工质量。因此，它既有服务于服役结构的现实意义，又有指导待建结构进行耐久性设计的理论意义，同时，对于丰富和发展钢筋混凝土结构可靠度理论也具有一定的理论价值。 正因为混凝土结构耐久性的问题如此重要，近年来世界各国均越来越重视混凝土结构的耐久性问题，众多的研究者对混凝土结构耐久性展开了研究，取得了系列研究成果，而材料层面的成果尤为显著。迄今为止，已经形成了混凝土结构耐久性研究框架，如图1-1所示。本章将着重介绍混凝土结构耐久性研究中成熟的相关研究成果。 图1-1 混凝土结构耐久性研究框架 ?????????????????????????????????????????????????耐久性评估耐久性设计结构层次构件承载力的变化粘结性能衰退模型混凝土锈胀开裂模型构件层次钢筋锈蚀碱－集料反应冻融破坏氯盐腐蚀混凝土碳化材料层次工业环境土壤环境海洋环境大气环境环境层次混凝土结构耐久性
混凝土耐久性的主要因素与其提高的措施 混凝土耐久性是指混凝土构件在长期使用条件下抵抗各种破坏因素作用而保持其原有性能的性质。近年来，随着混凝土技术的发展，高性能混凝土的研究与应用普遍得到人们的重视，混凝土耐久性的研究则是其核心的研究内容。 标签：混凝土耐久性；主要因素；提高措施 1.影响混凝土耐久性的主要因素 1.1混凝土的抗渗性 混凝土的抗渗性是指混凝土在压力水的作用下抵抗渗透的能力。如果混凝土的抗渗性不好、溶液性的物质能浸透混凝土、与混凝土的胶结材料发生化学反应而使混凝土的性能劣化。在钢筋混凝土中、由于水分与空气的渗透、会引起钢筋的锈蚀。钢筋的锈蚀导致其体积增大、造成钢筋周围的混凝土保护层的开裂与剥落、使钢筋混凝土结构失去其耐久性。渗透性对混凝土的抗冻性也有重要的影响。因为渗透性决定了混凝土可能为水饱和的程度。渗透性高的混凝土、其内部孔隙为水分充满、在水的冰冻压力作用下、混凝土内部结构更易于产生损伤与破坏。因此可以说、混凝土的抗渗性是其耐久性的第一道防线。混凝土与其微观结构的劣化和侵蚀性介质的传输有关、混凝土的渗透性取决于其自身的微结构和饱和水程度、是决定混凝土性能劣化的关键因素。因此可能通过检测混凝土的渗透性来评估其耐久性。 1.2混凝土的抗冻性 混凝土的抗冻性决定于水泥石的抗冻性和骨料的抗冻性。从冰冻对水泥石和骨料的作用可以看出诸多因素影响混凝土的抗冻性。这些因素包括：水分迁移路径的距离、混凝土的孔结构、混凝土的饱和度、混凝土的抗拉强度以及冷却速度等。提高混凝土的抗冻性可以采用以下措施； （1）引气：这是因为在水泥石受到冻融作用时、水分迁移所引起的压力、可以由引入的微细气泡得到释放。一般说来、混凝土的抗冻性随着阴气量的增加而增加。而当含气量一定时、气泡尺寸、气泡数量和气泡的间距都会影响混凝土的抗冻性能。 （2）控制水灰比：水泥石内的大孔隙量与水灰比和水化程度有关。一般说来、水灰比小、水化程度高则水泥石中的孔隙越少。由于表面张力的原因、大孔隙内的水比小孔隙内的水更易于結冰、因此、在同等条件下、水灰比大的水泥石内可结冰的水更多、发生冻融破坏的几率更大。 （3）降低饱和度：混凝土的饱和度对冻融破坏有很大的影响、干燥的或部分干燥的混凝土不容易受到冻融破坏。一般存在一个临界饱和度、当混凝土的含
钢纤维混凝土力学性能报告 作者：波尔派丝吴
前言 现如今在建筑行业中使用最为广泛的材料就是混凝土，它是由骨料、水泥和水组成的，在实际应用当中能够表现出具有良好的抗压效果。在构件受力时利用自身的抗压性能抵抗荷载消除形变。根据混凝土的抗压强度可划分混凝土的等级，混凝土强度是结构设计和施工的重要依据。 但由于普通混凝土力学性能上的缺陷，抗弯拉强度小、弯曲韧度低、易开裂，导致其在工程作业中的应用受到很大限制。我们通常的解决办法是配筋，随着施工技术的革新，钢纤维问世，现今钢纤维改变混凝土性能已成为混凝土改性的重要途经之一。 钢纤维混凝土是指将规定尺寸、不连续的金属短纤维（即钢纤维）均匀、乱向地分散于混凝土中，形成一种可浇筑、可喷射的新型复合材料。因其在实际应用中表现出的抗拉、抗弯、抗剪、耐冲击性能优异，所以在建筑、公路、水工等领域中得到广泛应用。同时钢纤维混凝土相比于配筋混凝土具有更好等效弯曲强度与施工流水节拍。
I.钢纤维混凝土的基本组成 钢纤维混凝土是由粗骨料（石子）、细骨料（砂）、水泥、水、钢纤维以及适用工程状况的外加剂（无特定情况可不加）组成的一种非均质集合体复合材料。按设计配合比配制，经过立模、浇筑、振捣、整平、养护、拆模，形成具有设计强度的钢纤维混凝土构件。 II.钢纤维混凝土的基本力学性能 为了对钢纤维混凝土的力学性能分析，我们选用C30混凝土、SF80/50BP钢纤维（长径比80、长度50mm的冷拉端钩钢纤维）分别制作了6组样块，每组分别做6个样块，为了保证钢纤维的分散率采用成排钢纤维（在不使用外界设备干扰时成排钢纤维分散效果会优于散纤维），掺量分别为0kg/m3、5kg/m3、10kg/m3、15kg/m3、20kg/m3、25kg/m3，在恒温箱养护 28d后拆模进行试验。 A.抗压强度 龄期28d钢纤维混凝土试块与同等养护条件下龄期28d的普通混凝土试块相比较，在弹性形变阶段弹性模量与泊松比可视为基本相同； 实验数据表明，钢纤维对基体的抗压强度增强效果并不明显。在基体中加入钢纤维后，当钢纤维体积率的增加时基体的抗压强度略有提升，但增量很小，提升在0%~10%（前期工作者的大量实验也印证了此观点）。同时为了保障钢纤维在混凝土基体中的方向效能系数与粘接强度，钢纤维的长度需满足混凝土最大粒径的1.5~2.0倍，否则容易造成钢纤维的局部结团，相当于构成了薄弱截面，此时加入钢纤维反而会产生不利影响，造成钢纤维与混凝土界面粘结性状变差，其抗压强度甚至会比同配比的普通混凝土有所下降。
钢纤维增强钢筋网混凝土（SFRC） 在桥面铺装改造工程中的应用 李永鳞 （江苏扬子大桥股份有限公司江苏靖江 214500） 摘要：桥面铺装层常被设计和施工所忽视，往往造成桥面铺装开裂等病害，引起桥梁使用质量下降，成为桥梁结构安全隐患，降低使用寿命。钢纤维混凝土作为桥面铺装材料及铺装层的修复材料是目前国内外纤维混凝土较为成功的领域，江阴大桥南接线引桥采用剪切异型钢纤维混凝土修复桥面铺装，成功解决了桥面铺装开裂、渗水等问题。本文介绍了剪切异型钢纤维混凝土的优点、施工要求和使用效果。 关键词：钢纤维桥面铺装改造应用 1 钢筋混凝土桥梁桥面铺装存在的问题 桥面铺装层不是桥梁的主体结构，因而常被设计和施工所忽视，所以桥面铺装经常出现混凝土强度不足，发生裂缝、表面蜂窝、麻面等病害；同时，道路超载现象屡禁不止，桥面铺装层在重车荷载作用下容易开裂、破碎，引起混凝土渗水，腐蚀主梁混凝土，锈蚀钢筋，从而使桥梁的使用质量下降，使用寿命降低，严重的甚至造成桥梁的破坏。桥面铺装层一旦损坏，修复非常麻烦，所以重视铺装结构，采用高质量的桥面铺装材料，保证桥面铺装的良好使用状态非常重要。 2 钢纤维增强钢筋网混凝土的优点、作用 钢纤维混凝土作为桥面铺装材料以及铺装层的修复材料也是目前国内外纤维混凝土较为成功的领域。钢纤维增强钢筋网混凝土是由钢筋、钢纤混凝土复合而成的高性能混凝土材料，简称为SFRC，研究表明，钢纤维混凝土具有比钢筋混凝土更为优良的抗拉性能、抗裂度，其耐磨性能，其韧性和疲劳性能为同等级普通混凝土的数倍，在公路、机场、桥梁、建筑等工程领域得到广泛的应用。大量工程实践证明，钢纤维增强钢筋混凝土大大提高了桥面铺装的抗裂度、耐磨耐久性，延长桥梁的使用寿命。采用钢纤维增强钢筋混凝土作为桥面铺装对于减少桥面铺装病害效果明显，有着良好的经济效益。 2.1钢纤维混凝土的力学强度 2.1.1抗压强度 钢纤维混凝土虽受压强度较普通混凝土增加不明显，但受压韧性却大幅度提高了。这是由于钢纤维的存在，增大了试件的压缩变形，提高了受压破坏时的韧性。从宏观上呈现，钢纤维混凝土受压破坏时，没有明显的碎块或崩落，仍保持这整体性。 2.1.2抗剪强度 钢纤维混凝土具有优异的抗剪性能，对提高钢筋混凝土结构抗剪能力有重要意义。通常在钢筋混凝土的构件中，其抗剪承载力主要靠箍筋和弯起钢筋承担，这些筋多了，不仅要提高工程投资，而且施工很不方便，尤其对薄壁、抗震结构和复杂形状的特种结构，问题则尤为突出。因此采用钢纤维混凝土是提高结构抗剪能力的有效途径。
混凝土结构耐久性研究现状 由于钢筋混凝土结构结合了钢筋抗拉与混凝土抗压的优点，表现出良好的受力性能，成为应用最普遍最广泛的结构形式，近年对水工结构、港工结构、桥梁结构、建筑结构的大量工程调查显示，钢筋混凝土结构表现出了严重的耐久性问题，许多既有钢筋混凝土结构工程往往达不到设计使用年限就需要进行加固修复，其中耐久性的降低是一大影响因素。钢筋混凝土结构耐久性问题的日益突出，引起了世界各国对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视。 耐久性是指在确定的环境和维修、使用条件下，构件在设计使用年限内保持适用性、安全性的能力。钢筋混凝土结构在其使用过程中经常会受到各种各样的腐蚀和损伤，降低了构件的耐久性和结构的可靠度，导致工程的实际使用寿命往往短于设计使用年限。 影响耐久性的因素，混凝土的碳化，钢筋锈蚀，混凝土的冻融，碱－骨料反应等。 我国在钢筋混凝土耐久性问题上尚缺少全国性的系统资料,但从一些调查资料和发表的有关文献来看,钢筋混凝土耐久性问题也是极其严重的。中国建筑科学研究院的调查表明,我国现役工业建筑物损坏严重,其结构的使用寿命一般不能保证50年,多数在25-30年左右就必须进行大修或加固。1994年铁路部门的统计表明,我国铁路存在有病害的钢筋混凝土桥2675座,其中的722座发生裂损；仅使用20年的北京西直门立交桥,由于长期在冬季使用化冰盐,部分梁柱锈蚀严重,现己拆除重建。从发达国家所取得的经验来看,钢筋混凝土耐久性问题造成的损失己是惊人的。美国标准局(NBS)1975年的调查表明,美国每年因腐蚀造成的各种损失为700多亿美元,蚀破坏的修复费,1998年度就需要2500亿美元。英国为解决海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀与防护问题和修复已损伤的钢筋混凝土结构,每年耗资将近200亿英镑,而日本引以为自豪的新干线,在运行10年后也出现大面积的混凝土开裂、剥蚀现象,日本运输省曾检查了其103座混凝土港口码头,发现使用20年以上的都有大量的顺筋裂缝,目前日本每年用于房屋结构维修的费用就达400亿日元。 混凝土结构耐久性降低首先起源于材料性能劣化，继而引起混凝土构件强度、刚度衰减，最后影响整个结构安全。由于客观条件，很多研究基于一般假设，如先钢筋锈蚀后加载试验，忽略荷载对混凝土力学性能劣化影响。在实际工程中绝大多数混凝土结构经受荷载和环境因素同时作用，混凝土在承受荷载时，混凝土本身力学性能退化；同时对钢筋保护作用降低，加速钢筋锈蚀，有效钢筋截面面积减小致使构件承载力降低，钢筋与混凝土黏结性能退化使得钢筋塑性不能充分发挥，降低结构延性。混凝土结构经受荷载和环境因素共同作用，荷载与环境等各因素产生的交互作用使得实际服役混凝土结构破坏过程复杂。研究荷载与环境综合作用下混凝土结构耐久性问题对实际工程更具有意义。 混凝土结构在荷载与一般大气环境综合作用下，荷载对混凝土碳化影响不容忽视，混凝土碳化与荷载大小(应力水平)和荷载形式(拉、压应力)等有关。当荷载应力抑制混凝土内部微裂缝发展时，混凝土碳化减缓; 而当荷载应力扩展混凝土内部微裂缝时，混凝土碳化加速。 荷载与特定大气环境( 如人工气候环境、盐雾大气环境、海洋大气环境等) 综合作用下构件耐久性研究成果甚少。张俊芝等试验研究了人工气候环境下承受荷载作用混凝土梁受压
摘要 从上个世纪中期，混凝土结构因耐久性不良造成过早失效及崩塌破坏的事故在国内外都屡见不鲜，世界各国为此付出的代价十分沉重。由于工程安全因素更由于耗费巨资的经济因素，混凝土结构日益突出的耐久性问题，越来越受到世界各国学术界和工程界的广泛重视。提高混凝土的耐久性，对节约资源、能源及资金均有重大的意义。 通过阅读大量关于混凝土耐久性方面的文献资料，总结了国内外混凝土结构的耐久性状况和研究动态，明确了混凝土结构耐久性的意义和重要性。 本论文探讨了混凝土的腐蚀类型和腐蚀机理，包括了混凝土基材水泥的腐蚀类型和机理，钢筋的锈蚀机理和混凝土结构的腐蚀机理，总结了混凝土耐腐蚀性能的主要影响因素以及它与抗渗性能和抗冻性能之间的关系；讨论了原材料的选择，包括水泥品种、集料性质、拌合及养护用水的水质情况、外加剂的种类和掺合料对混凝土耐腐蚀性能的影响。 关键词：混凝土；耐久性；耐腐蚀性
目录 一、绪论 (2) （一）混凝土耐久性的含义 (2) （二）国内外混凝土耐久性研究动态 (2) 二、混凝土的腐蚀类型和腐蚀机理 (3) （一）腐蚀 (3) （二）水泥类材料的腐蚀机理 (3) （三）混凝土的耐腐蚀性与抗渗性和抗冻性之间的关系 (5) 三、原材料对混凝土耐腐蚀性能的影响 (5) （一）水泥 (5) （二）集料 (6) 四、普通混凝土高性能化 (6) （一）提高性能的技术途径 (6) （二）提高混凝土耐久性 (7) 五、结论与展望 (8) （一）结论 (8) （二）展望 (8)
普通混凝土耐久性研究 一、绪论 从19世纪20年代波特兰水泥价而成为土建工程中不可缺少的材料，广泛用于桥梁、大坝、高速公路、工业与民用建筑等结构中。据不完全统计，当今世界每年消耗的混凝土量不少于45亿立方米，并且随着逐步增长的城市化建设，年消耗量在不断增长。 混凝土材料经历了低强度、中等强度、高强度乃至超高强度的发展历程，似乎人们总是乐于追求强度的不断提高。但是近四五十年来，混凝土结构因材质劣化造成过早失效以及崩塌破坏的事故在国内外都屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。这些混凝土工程的过早破坏，其原因不是强度不够，而是由于混凝土耐久性不良所造成。 （一）混凝土耐久性的含义 所谓的混凝土耐久性，是指其抵抗环境介质的作用，并长期保持良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全和正常使用的能力。 影响混凝土结构耐久性的因素很多，可分为内在因素和外在因素两大类。内在因素是指混凝土结构抵御环境的能力，由结构的设计形状和构造形式、选用的水泥和骨料的种类、外加剂的品种，钢筋保护层的厚度和直径的大小、混凝土的水灰比、浇注和养护的施工工艺等多种因素所决定。外在因素是环境对混凝土结构的物理和化学作用，包括干湿和冻融循环、碳化、化学介质侵蚀、磨损破坏等诸多方面，不同环境对混凝土结构耐久性的影响程度不尽相同，外在因素是通过内在因素而起作用的混凝土耐久性具体包括抗渗、抗冻、耐腐蚀、碳化、碱骨料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等性能。虽然混凝土在遭受压力水、冰冻或侵蚀作用时的破坏过程各不相同，但影响因素却有许多相同之处。混凝土的密实度是最为关键的因素，其次是材料的性质、施工质量等。 （二）国内外混凝土耐久性研究动态 混凝土结构耐久性问题的日益突出，引起了世界各国学术机构、学者和工程技术人员对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视，表现在各种结构耐久性学术
钢纤维及钢纤维混凝土知识 混凝土用纤维的分类: 所用纤维按其材料性质可分为：①金属纤维。如钢纤维(钢纤维混凝土)、不锈钢纤维(适用于耐热混凝土)。②无机纤维。主要有天然矿物纤维（温石棉、青石棉、铁石棉等）和人造矿物纤维（抗碱玻璃纤维及抗碱矿棉等碳纤维）。③有机纤维。主要有合成纤维（聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、尼龙、芳族聚酰亚胺等）和植物纤维（西沙尔麻、龙舌兰等），合成纤维混凝土不宜使用于高于60℃的热环境中。 钢纤维的性能和规格: 钢纤维是以切断细钢丝法、冷轧带钢剪切、钢锭铣削或钢水快速冷凝法制成长径比(纤维长度与其直径的比值,当纤维截面为非圆形时,采用换算等效截面圆面积的直径)为40～80的纤维。 因制取方法的不同钢纤维的性能有很大不同，如冷拔钢丝拉伸强度为800-2000MPa、冷轧带钢剪切法拉伸强度为600-900MPa、钢锭铣削法为700MPa；钢水冷凝法虽为380MPa，但是适合生产耐热纤维。 为增强砂浆或混凝土而加入的、长度和直径在一定范围内的细钢丝。常用截面为圆形的长直钢纤维，其长度为10～60毫米，直径为0.2～0.6毫米，长径比为50～100。为增加纤维和砂浆或混凝土的界面粘结,可选用各种异形的钢纤维,其截面有矩形、锯齿形、弯月形的;截面尺寸沿长度而交替变化的；波形的;圆圈状的;端部放大的或带弯钩的等。 钢纤维的规格:
钢纤维是当今世界各国普遍采用的混凝土增强材料。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的短钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。这些乱向分布的钢纤维能够有效地阻碍混凝土内部微裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，显著地改善了混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能，具有较好的延性。 纤维混凝土的作用: 制造纤维混凝土主要使用具有一定长径比（即纤维的长度与直径的比值）的短纤维。但有时也使用长纤维（如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯纤化薄膜）或纤维制品（如玻璃纤维网格布、玻璃纤维毡）。其抗拉极限强度可提高30～50％。 纤维在纤维混凝土中的主要作用，在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的扩展。在受荷（拉、弯）初期，当配料合适并掺有适宜的高效减水剂时，水泥基料与纤维共同承受外力，而前者是外力的主要承受者；当基料发生开裂后，横跨裂缝的纤维成为外力的主要承受者。 若纤维的体积掺量大于某一临界值，整个复合材料可继续承受较高的荷载并产生较大的变形，直到纤维被拉断或纤维从基料中被拨出，以致复合材料破坏。与普通混凝土相比，纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度，尤以韧性提高的幅度为大。 钢纤维主要用于制造钢纤维混凝土，任何方法生产的钢纤维都能起到强化混凝土的作用。 纤维的增强效果主要取决于基体强度(fm)，纤维的长径比(钢纤维长度l与直径d的比值，即I/d)，纤维的体积率(钢纤维混凝土中钢纤维所占体积百分数)，纤维与基体间的粘结强度(τ)，以及纤维在基体中的分布和取向(η)的影响。当钢纤维混凝土破坏时，大都是纤维被拔出而不是被拉断，因此改善纤维与基体间的粘结强度是改善纤维增强效果的主要控制因素之一。 钢纤维混凝土的力学性能： 加入钢纤维的混凝土其抗压强度、拉伸强度、抗弯强度、冲击强度、韧性、冲击韧性等性能均得到较大提高。 1、具有较高的抗拉、抗弯、抗剪和抗扭强度 在混凝土中掺入适量钢纤维，其抗压强度提高10%~80%（C50以上混凝土提高幅度显著），抗拉强度提高50%~100%，抗弯强度提高50%~80%，抗剪强度提高50%~100%。试验表明，长度为5~15mm，长径比为10~30的超短钢纤维抗压强度提高幅度较短纤维大得多，但抗拉强度、抗折强度较短纤维低得多。 2、具有卓越的抗冲击性能 材料抵抗冲击或震动荷载作用的性能，称为冲击韧性，在通常的纤维掺量下，冲击抗压韧性可提高2~7倍，冲击抗弯、抗拉等韧性可提高几倍到几十倍。 3、收缩性能明显改善 在通常的纤维掺量下，钢纤维混凝土较普通混凝土的收缩值降低
1试述耐久性极限状态标志及耐久性极限状态的可靠指标取值 答： 混凝土结构发生耐久性破坏可近似认为是当混凝土发开裂到一定程度时混凝土与钢筋之间的粘结力发生破坏从而不能满足受力要求，我国《混凝土结构耐久性设计规》中将混凝土结构构件的耐久性极限状态分为三种：钢筋开始发生锈蚀的极限状态，钢筋发生适量锈蚀的极限状态和混凝土表面发生轻微损伤的极限状态，然而这个破坏程度很难定量描述，同时可知，氯离子浓度是影响钢筋锈蚀的主要因素，所以可以通过对氯离子浓度的定量描述来反映混凝土结构的耐久性能。 在对氯离子侵蚀环境下的混凝土结构进行寿命预测时,保护层内部钢筋表面 的氯离子浓度达到使钢筋开始锈蚀的临界浓度时,即认为结构开始进入失效状态,所以可近似将钢筋表面氯离子浓度达到临界值作为耐久性极限状态的标志。 2.论述混凝土产生裂缝原因及防止方法 混凝土产生裂缝的主要原因可以分为内部材料原因和外部环境作用原因。 1）内部材料原因： 材料原因引起的裂缝各类包括有: 干缩裂缝、中性化伴随钢筋腐蚀产生裂缝、氧化物使钢筋腐蚀产生裂缝、碱集料反应产生裂缝、水泥水化热产生裂缝。 2）外部环境作用原因： 外部环境作用原因引起的裂缝各类包括有：冻融循环作用、干湿交替、盐结晶、施工原因引起的混凝土裂缝、养护条件不当引起的裂缝，结构设计不当引起的裂缝以及建筑物沉降不均引起的裂缝等。 防止措施： 1）合理选择混凝土原材料和配合比，例如骨料品种、水泥品种等。 2）在混凝土中掺加外加剂，提高混凝土的密实度，或配置成高性能混凝土。 3）控制混凝土的搅拌质量和加强混凝土的早期养护条件以及合理的混凝土保护层厚度。4）优化结构设计，加强施工质量。 3.为什么在有盐环境及有干湿交替时耐久性环境等级较差? 答：混凝土是一种多孔材料，内部结构比较复杂，孔洞、微裂缝的分布和形态等对微观特征对混凝土的硫酸盐侵蚀有很大影响，干湿循环对混凝土产生疲劳破坏，干燥状态下水份蒸发，混凝土毛细孔内的硫酸钠溶液浓度上升，溶液过饱和产生析晶，体积膨胀使毛细孔内壁产生微裂缝，降低混凝土试件的抗渗透性；另一方面毛细孔内盐溶液的浓度增大促进了化学反应的速度，侵蚀产物生长速度加快，侵蚀产物富集体积膨胀微裂缝开展，也进一步降低混凝土的抗渗透性。 1）在干湿交替的条件下，潮湿时侵入混凝土孔隙中的盐溶液当环境转为干燥后因过饱和而结晶，还会产生极大的结晶压力使混凝土破坏。 2）盐在混凝土内部孔隙中形成的盐溶液浓度不同，导致渗透压不同，从而在混凝土内部
C50钢纤维混凝土配合比 1,设计依据及参考文献 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55－2000(J64-2000) 《公路桥涵施工技术规范》JTJ041－2000 《国内公路招标文件范本》之第二卷技术规范(1) 《混凝土配合比设计计算手册》——刘长俊主编，辽宁科学技术出版社 2,确定钢纤维掺量： 选定纤维掺入率P=1.5%, T0=(78.67*P)kg=78.67*1.5=118kg; 3,确定水灰比 取W/C=0.45 (水灰比一般控制在0.40-0.53); 4,确定用水量: 取W=215kg(用水量一般控制在180-220kg),施工中采用掺用UNF-2A型高效减水剂,掺量为水泥用量的1%，减水率达10%，但考虑钢纤维混凝土的和易性较差，且施工中容易结团，故在试配中不考虑其减水效果，在试拌过程中观察其坍落度及施工性能。 5,计算水泥用量: C O=W O/(W/C)=215/0.45=478kg; 6,确定砂率: 取S P=65%(从强度和稠度方面考虑,砂率在60%-70%之间); 7,计算砂石用量: 设a=2 V S+G=1000L-[(W O/ρw+C O/ρc+T O/ρt+10L*a)] =1000L-[(215/(1/L)+478/(3.1/L)+118/(7.85/L)+10L*2)] =1000L-404L=596Lkg; S O = V S+G * S P * ρs=596 * 0.65 * 2.67 = 1034kg; G O = V S+G * (1-S P)*ρs = 596*0.35*2.67kg/L=557kg;
8,初步配合比: C O:S O:G O:T O:W O:W外= 478 : 1034 : 557 : 118 : 215 : 4.78 kg/m3 = 1: 2.16 : 1.17 : 0.25: 0.45 : 1% 9、混凝土配合比的试配、调整与确定: 试拌材料用量为: 水泥:砂:碎石:钢纤维:水:减水剂 = 11: 23.76: 12.87:2.75:4.95:0.11 kg; 拌和后，坍落度为10mm,能符合设计要求。观察拌和物施工性能： 棍度：中；保水性：少量；含砂：多； 拌和物在拌和过程中比普通砼困难，较难搅拌，但经机械振捣易密实。 6、经强度检测（数据见试表），28天抗压符合试配强度要求，故确定该配合比为基准配合比，即： 水泥: 砂: 碎石: 钢纤维: 水: 减水剂 = 11 : 23.76 : 12.87 : 2.75 : 4.95 : 0.11 kg = 1 : 2.16 : 1.17 : 0.25 : 0.45 : 1% = 478 : 1034 : 557 : 118 : 215 : 4.78kg/m3
第33巷第30期 200 7年l 0月 山 西 建筑SHANXI ARaml硎RE vd.33No 30Oct.2007 ?185? 空章编号:1009-6825(200730-0185-02 钢纤维增强混凝土力学性能研究 申淑荣徐锡权 摘要:通过对钢纤维增强混凝土力学性能的试验研究,分析了钢纤维混凝土的力学性能与钢纤维体积率、层厚的变化关系.为合理确定钢纤维混凝土中钢纤维曲掺量提供科学的依据。关键词:钢纤维增强混凝土.体积率,层厚,韧性j 中图分类号:TU528.572 . 文献标识码:A 随着社会的进步,科学技术的发展及社会对工程建筑要求的不断变化,社会对大跨度结构和高层建筑的需求量日益增加,对混凝土的性能要求越来越高。基于此,借
鉴民间早有的在土坯里掺人稻草、麻绳等经验,提出用纤维来改善混凝土性能的方法。20世纪初,国际混凝土界为提高混凝土的承载力,提出了钢纤维增强混凝土概念,即在水泥混凝土中掭加钢纤维。事实证明。钢纤维对混凝土强度的提高有显著作用,钢纤维增强混凝土也因此在工程中被广泛应用。该研究在分析现有钢纤维混凝土基本理论的基础上提出钢纤维棍凝土的配合比并依此配合比浇筑构件,检验不同掺量钢纤维混凝土的弯拉性能,研究钢纤维混凝土的强度与韧性同钢纤维掺量、层厚的关系。为现场施工提供指导。. 1试件制备与试验方法.,,、。 1.1原材料 1水泥:采用山东青岛柳园公司生产的强度等级为42.5号的普通硅酸盐水泥。2石子:普通碎石,最大直径20ⅡIm 3砂子;普通中砂,细度模数^t=2.77。4钢纤维:异形钢纤维,长45mill,长径比为58。 . 。 1.2试件尺寸规格、配合比及代号, ’‘ 1试件尺寸规格:100tuna×100 I蛐×400 rra'n。- ,2配合比:水灰比为0.6,水泥用量为300kg艋.砂率为 40%,基体混凝土等级为C30。。。-
文章编号:1000-6869(2007)01-0007-07 混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展 金伟良,吕清芳,赵羽习,干伟忠 (浙江大学结构工程研究所,浙江杭州310027) 摘要:由混凝土结构耐久性定义入手,首先评述现有的混凝土结构耐久性设计方法,提出耐久性设计的发展应结合结构全生命周期成本(SLCC)的理念;其次总结了结构耐久性的评估和寿命预测方法的研究现状,认为耐久性的评估与寿命预测需要研究确立反映结构使用寿命的耐久性指标,并建立基于动态评估方法的寿命评估体系;最后提出上述方面发展领域尚待解决的一些基本问题,包括:界定给定环境和使用要求下的混凝土结构耐久性失效极限状态;确定表征材料与结构耐久特征的指标与参数;建立耐久性动态检测数据分析理论等。关键词:混凝土结构;耐久性;结构全生命周期成本(S LCC);综述中图分类号:TU375 文献标识码:A Research progress on the durability design and life prediction of concrete structures JI N Weiliang,L B Qingfang,ZHAO Yuxi,GAN Weizhong (Department of Civil Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China) Abstract:This paper starts with the definition of concrete -struc tural durability.Then it presents that durability design method should be combined with the theory of Structural Life -Cycle C ost(SLC C)based on the survey of the recent durability design theories.Moreover,the current situation of evaluation and life prediction of durable concre te structures are summarized,which makes it necessary to determine a durability index reflecting service life and a dynamic life -assessment https://www.doczj.com/doc/b511757225.html,st,several basic problems in this domain are brought forth,including definition of durability limit state for c oncrete structures under given environmental condition and usage require ment,determination of inde xes and parameters representing the durability characters of materials as well as structures and establishment of theory for analysis of durability dynamic detection data.Keywords:concrete structure;durability;structural life -cycle cost(SLCC);summary 基金项目:国家自然科学基金重点项目/氯盐侵蚀环境的混凝 土结构耐久性设计与评估基础理论研究0(50538070) 资助。 作者简介:金伟良(1961) ),男,浙江大学结构工程研究所所 长,教授。 收稿日期:2006年8月 0 概述 混凝土结构是目前使用最为广泛的结构形式,由于混凝土结构材料自身和使用环境的特点,使混凝土 结构不可避免地存在耐久性问题。自混凝土结构问世 以来,大量的混凝土结构提前失效大多源于混凝土结构耐久性的不足。当前欧美等发达国家每年用于已有工程的维修费用都已占到当年土建费用总支出的1/2以上。我国在役以混凝土为主体的结构在数量上居于绝对支配地位,混凝土结构耐久性问题更加突出,存在着/南锈北冻0的耐久性破坏特征。5中国腐蚀调查报告6[1]指出,建筑部门的腐蚀年损失约为1000亿人民币,其经济损失以及对社会安定性的冲击力之大不言而喻。 随着我国东部地区经济的持续增长和西部大开发发展战略的实施,我国正以前所未有的巨大投资进行 7 第28卷第1期建 筑 结 构 学 报 Vol 128,No 112007年2月 Journal of Building Structures Feb 12007
纤维混凝土在弯曲下的微观力学上的耐久性研究 摘要 基于细观力学耐久性模型来预测薄层水泥基复合材料的弯曲性能增强的成品和未精制的纤维素纤维的复合材料进行了测试，在干，湿，和加速老化（碳化）。该模型是基于断裂力学的直接链接的材料结构的变化导致的环境恶化工艺复合材料弯曲力学性能。该模型被用来作为一种工具来定量评价纤维素纤维基体界面的微观参数，很难测量的实验。合理的协议被发现在复合材料弯曲力学性能和纤维失效模式模型的预测与实验确定的趋势（拔出或断裂）作为一个功能的环境。这支持了所提出的细观力学模型参数的有效性。?1999 Elsevier科学有限公司保留权利。 关键词：微观力学；耐久性；复合材料；弯曲强度；建模
石棉纤维的纤维水泥广泛应用 业为薄水泥复合加固直到 研究表明，暴露于石棉引起的肺癌，石棉，和人类间皮瘤[ 1 ]。使用石棉 停止，引发了广泛的替代研究 光纤系统。对替代纤维的要求 高性能，高加工性，和 在富碱胶凝材料的环境耐久性。纤维素纤维实现了第一个要求。 纤维素纤维本质上是强大的，和细化（或 机械打浆）的纤维素纤维，大大提高了 其加工的必要，如果复合材料是使用Hatschek生产方法研制成功 [ 2，4 ]–。然而，当纤维素纤维增强水泥 复合材料暴露于户外环境中，复合材料的性能和力学性能变化，这意味着耐久性差[ 5 ]。微观结构研究的复合材料用扫描电子显微镜观察发现， 在纤维素纤维结构和纤维母体接触面积 通过改变环境[ 6 ]影响–8。 本文重点研究确定在物质的变化 干精制和未精制的纤维素纤维复合材料暴露于水后加速年龄结构（碳 信息）环境和连接这些变化对复合材料 机械性能通过细观力学耐久性模型。复合材料结构的划分 为三个方面：纤维，基体和纤维基体界面， 过渡区。细观力学参数是用来描述材料的结构强度的光纤参数， 刚度，长度和直径，刚度，韧性矩阵参数，和初始裂纹尺寸和fibermatrix界面摩擦和相互作用参数 化学键与吸收系数。一条弯曲的细观力学模型，使用这些输入参数来预测复合材料的力学性能[ 9 ]。量化
聚丙烯纤维混凝土的力学性能 断裂强度、断裂伸长率和杨氏模量等力学性能是聚丙烯纤维混凝土的必测项目。 断裂强度是指单位细度的纤维能承受的最大拉伸力。聚丙烯纤维以很小的掺量掺入混凝土中，就可以取得显著的抗裂效果，一方面因为混凝土产生裂纹源之后，高度分散的聚丙烯纤维在混凝土基体中充分发挥搭接作用和牵制作用，起到“次级加强筋”的效果，从而有效抵制裂纹的进一步扩展；另一方面因为聚丙烯纤维强度越大，混凝土的强度也越大。采用纤维掺杂混凝土的重要意义在于纤维改善了混凝土构件的断裂强度，从而拓展了大跨度混凝土构件的使用范围。所以在使用中，断裂强度是一个非常重要的因素，聚丙烯纤维断裂断裂强度的大小，直接影响着聚丙烯纤维混凝土抗裂的能力。图1是工程标准和实际测量的聚丙烯纤维断裂强度的比较。 图1是工程标准和实际测量的聚丙烯纤维断裂强度的比较。 聚丙烯单丝纤维的断裂强度在290~510Mpa之间，平均值为420Mpa，而实际测得的断裂强度平均值为512Mpa，合格率为95%；聚丙烯网状纤维的断裂强度制定的平均值为380Mpa，而实际测得的断裂强度的平均值为486Mpa，合格率为95%。 纤维承受的外力作用达到弹性极限时，其增长的长度与原来长度的百分比称为断裂伸长率。此指标亦表征材料内部结构状况，现在工程纤维断裂伸长率普遍在5%~50%之间，而行业内明显存在两种不同的观点。一种观点认为较小的断裂伸长率好，而且较大的断裂伸长率
也不易得到较高的断裂强度和弹性模量；另一种观点认为在相同的断裂强度和弹性模量前提下，较高的断裂伸长率可以吸收更多的能量，对混凝土的增韧有很大的好处。 图2是工程标准和实际测量的聚丙烯纤维伸长率的比较。 在实际生产中，断裂伸长率在20%左右的聚丙烯纤维既拥有较高的断裂强度和弹性模量，又对混凝土的增韧有很大好处。 杨氏模量E是理想材料在较小形变时应力与相应的应变之比，它是材料的宏观物理和力学量，是弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质，是物体变形难易程度的表征。聚丙烯纤维属于低弹模量纤维，掺入聚丙烯纤维可降低混凝土的脆性，增加韧性，改善混凝土的性能。 图3是工程标准和实际测量的聚丙烯纤维杨氏模量的比较。 在混凝土实际生产中，弹性模量为3.8E3 Mpa左右的聚丙烯纤维的混入可以降低混凝土的脆性，增加韧性，改善混凝土的性能，满足砂浆、混凝土工程的质量需求。