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引言随着近年来建筑行业的迅速发展，对特殊性能混凝土的要求及需求不断提高，掺加纤维作为一种技术手段，逐步应用于桥梁、水利、市政等行业的工程建设中[1]。
玄武岩纤维是一种绿色、环保、无污染的高性能无机非金属材料，具有较高的拉伸强度、剪切模量和弹性模量，且具有耐高温、耐超低温、耐酸碱腐蚀等特性[2]。
研究表明[3-4]，将玄武岩纤维掺入混凝土中，纤维通过桥接裂缝可显著减少混凝土裂纹的产生，进而提高混凝土基体的抗压强度、抗拉强度和韧性，使混凝土中易出现的脆性问题得到改善。
同时，掺入纤维可有效提高混凝土基体的抗冻性能和抗冲击性能[5]，对提高混凝土结构耐久性具有积极意义。
为了更好地发挥玄武岩纤维对混凝土增韧阻裂的效果，寻找更合理的纤维掺量及纤维混凝土的生产工艺，本文对玄武岩纤维混凝土的相关性能开展测试研究，为玄武岩纤维混凝土的应用提供技术参考。
1 材料与方法1.1 试验材料水泥：北京金隅，P·O 42.5普硅酸盐水泥，其28d抗压强度50.4MPa；粉煤灰：宣化热电，I级粉煤灰，其细度9.2%、需水量比89%；砂子：天然河砂，中砂，其细度模数2.9；石子：5～25mm碎石；外加剂：北京同科，早强型聚羧酸减水剂，其减水率28%；玄武岩纤维：山西太原，其单丝直径18.0μm、密度2650kg/m3。
1.2 配合比采用构件生产用C50高性能混凝土，配合比见表1。
1.3 试验方法不同搅拌工艺对混凝土性能影响的试验：测试玄武玄武岩纤维对混凝土性能的影响研究宋玉剑北京港创瑞博混凝土有限公司 北京 102202摘 要：研究了掺加玄武岩纤维混凝土的搅拌工艺、力学性能和耐久性能，采用生产施工配合比，与混凝土生产实际紧密结合，为玄武岩纤维混凝土的生产与应用提供指导。
结果表明：当纤维掺量在0.3%及以下时，纤维要有足够的搅拌时间，使其得到较好分散并混合均匀，再加入水可有效避免纤维出现团聚的情况，从而使混凝土和易性更好；掺入玄武岩纤维后，混凝土的7d抗压强度平均下降4.1%，28d抗压强度平均下降7.12%，但不会影响抗压强度增长趋势，且对降低混凝土早期收缩的作用较为明显，在一定条件下可以达到预期的应用效果。
玄武岩纤维增强混凝土破坏形态及弯曲韧性研究
满晨;袁琳琳
【期刊名称】《合成纤维》
【年(卷),期】2024(53)6
【摘要】为综合评价玄武岩纤维混凝土处于弯曲载荷作用下的变形程度及其韧性与破坏形态特征的影响,重点研究了玄武岩纤维增强混凝土抗弯曲性能,测试了玄武岩纤维不同加入比例引起的弯曲韧性差异性。
研究结果表明:不含纤维的混凝土试样到达峰值荷载时发生了裂缝的快速扩展,表现为明显的脆性断裂特征;加入体积分数为0.3%的玄武岩纤维,混凝土表面存在明显纤维,在断裂面部位的纤维与混凝土之间保持紧密连接的状态,侧面区域生成了竖向的细裂纹;逐渐提高玄武岩纤维体积分数后,试样获得了更高的峰值荷载,形成了更饱和的荷载—挠度曲线,达到了优异延展效果,弯曲韧性增长速率变慢。
【总页数】4页(P75-78)
【作者】满晨;袁琳琳
【作者单位】西安交通工程学院土木工程学院;山西潞安工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ343.9;TU528.58
【相关文献】
1.玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土弯曲韧性能试验研究
2.玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯破坏形态有限元分析
3.玄武岩纤维混凝土弯曲破坏特征与韧性分析
4.
弯曲荷载下玄武岩纤维混凝土疲劳寿命与韧性分析5.玄武岩纤维棒聚合物混凝土的弯曲韧性
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《玄武岩纤维再生混凝土力学性能及韧性性能研究》篇一一、引言随着环境保护意识的提高和资源可持续利用的需求，对建筑行业材料的高效利用与新型环保材料的研究成为了科研的热点。
其中，玄武岩纤维作为一种具有高强度、耐腐蚀、抗老化等优良性能的天然纤维材料，其在再生混凝土中的应用备受关注。
本研究针对玄武岩纤维再生混凝土的力学性能及韧性性能进行深入探讨，旨在为建筑行业提供更为绿色、高效、耐用的建筑材料。
二、材料与方法1. 材料准备本研究选取玄武岩纤维作为增强材料，再生骨料作为主要骨料，水泥作为胶凝材料，以及适量的砂、水等。
所有材料均符合国家相关标准。
2. 实验方法（1）制备工艺：按照一定比例将玄武岩纤维、再生骨料、水泥等混合，通过搅拌、成型、养护等工艺制备出玄武岩纤维再生混凝土试样。
（2）力学性能测试：对试样进行抗压强度、抗拉强度、抗折强度等力学性能测试。
（3）韧性性能测试：采用冲击试验、疲劳试验等方法对试样的韧性性能进行测试。
1. 力学性能实验结果表明，玄武岩纤维的加入显著提高了再生混凝土的力学性能。
在抗压强度、抗拉强度和抗折强度等方面，玄武岩纤维再生混凝土均表现出优异的性能。
这主要归因于玄武岩纤维的高强度和良好的分散性，能够有效提高混凝土的内部结构稳定性。
2. 韧性性能玄武岩纤维的加入也显著提高了再生混凝土的韧性性能。
在冲击试验和疲劳试验中，玄武岩纤维再生混凝土表现出良好的抗冲击和抗疲劳性能。
这得益于玄武岩纤维的延展性和与混凝土基体的良好粘结性，能够在混凝土受到外力作用时吸收能量，提高混凝土的韧性。
四、结论本研究通过实验研究了玄武岩纤维再生混凝土的力学性能及韧性性能，得出以下结论：（1）玄武岩纤维的加入显著提高了再生混凝土的力学性能，包括抗压强度、抗拉强度和抗折强度等；（2）玄武岩纤维的加入显著提高了再生混凝土的韧性性能，包括抗冲击和抗疲劳性能；（3）玄武岩纤维与再生骨料、水泥等材料的复合使用，为建筑行业提供了更为绿色、高效、耐用的建筑材料；（4）本研究为玄武岩纤维在建筑行业的应用提供了理论依据和实践指导，对于推动建筑行业的可持续发展具有重要意义。
纤维增强聚合物布加固黏弹性木梁弯曲的解析解欧阳煜;江勇;周磊【期刊名称】《上海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(023)004【摘要】Regarding timber beam as a viscoelastic medium with a standard linear solid constitutive relation, and assuming bonding tightly between the fiber reinforced polymer (FRP) sheet and timber beam, the creep behavior of linear bending of the timber beam rein-forced with FRP sheet is studied. Based on the established governing equation for bending deformation of the viscoelastic rectangular cross-section timber beam reinforced with FRP sheet, ananalytical solution of bending of the simply-supported FRP-reinforced viscoelastic timber beam subject to step uniform load is presented by using Laplace transform. The material parameters of the standard linear solid constitutive relation for Douglas-fir (DF) timber are determined with existing experimental data. The influences of volume fraction of aramid FRP (AFRP) sheet and span-depth ratio of beam on the bending behavior of the simply-supported DF timber beam reinforced with AFRP sheet is analyzed numerically. It is shown that creep deflections of the DF timber beam can be effectively decreased by AFRP sheet reinforcement. With development of creep of the DF timber beam, the neutral axis of the DF timber beam reinforced with AFRP sheet moves to the edge of the timber beam of bonding AFRP sheet. Furthermore, withincrease of the span-depth ratio of DF timber beam and volume fraction of AFRP sheet, maximum compressive and tensional stresses of the AFRP-reinforced DF timber beam decrease.%将木梁视为服从标准线性固体本构的黏弹性体,假定纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,FRP)布与木梁紧密粘贴,研究了FRP布加固木梁线性弯曲的蠕变行为.在建立FRP布加固黏弹性矩形截面木梁弯曲变形控制方程的基础上,利用Laplace变换,给出了突加均布载荷作用下FRP布加固简支黏弹性木梁弯曲的解析解.根据相关试验数据,确定了花旗松(Douglas-fir,DF)木梁标准线性固体本构的材料参数,分析了芳纶纤维增强塑料(aramid FRP,AFRP)布含量和梁跨高比等对AFRP布加固简支DF木梁弯曲变形的影响.结果表明:AFRP布加固可有效减小木梁的蠕变挠度;随着DF木梁蠕变的增加,AFRP布加固DF木梁的中性轴逐渐靠近粘贴AFRP布的侧边,且随着DF木梁跨高比或AFRP布含量的提高,AFRP布加固DF木梁的最大压应力和最大拉应力减小.【总页数】14页(P609-622)【作者】欧阳煜;江勇;周磊【作者单位】上海大学土木工程系, 上海200444;上海大学土木工程系, 上海200444;上海大学土木工程系, 上海200444【正文语种】中文【中图分类】TU323.3;O344.6【相关文献】1.外黏AFRP布加固RC梁弯曲性能试验研究 [J], 王兴国;张鹏飞;代波;朱坤佳2.纤维增强聚合物加固带裂缝圆截面木梁的弯曲 [J], 欧阳煜;范雷芹3.纤维增强聚合物布加固木梁的非线性弯曲分析 [J], 卢欣;杨骁;宋少沪4.纤维增强复合材料加固裂纹黏弹性梁的弯曲变形 [J], 杨骁;成博炜;蒋志云5.纤维增强聚合物加固黏弹性Timoshenko裂纹梁的弯曲变形 [J], 付超;杨骁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《玄武岩纤维再生混凝土力学性能及韧性性能研究》篇一一、引言随着建筑行业的快速发展，对新型、高性能建筑材料的需求日益增长。
玄武岩纤维再生混凝土作为一种新型绿色建筑材料，因其具有优异的力学性能和韧性性能，逐渐受到广泛关注。
本文旨在研究玄武岩纤维再生混凝土的力学性能及韧性性能，为该类材料在建筑领域的应用提供理论依据。
二、玄武岩纤维再生混凝土的制备玄武岩纤维再生混凝土是通过将玄武岩纤维与再生骨料、水泥等材料混合制备而成。
制备过程中，需严格控制材料配比、搅拌时间及温度等因素，以保证混凝土的性能。
三、力学性能研究1. 抗压强度玄武岩纤维再生混凝土的抗压强度是评价其力学性能的重要指标。
通过对比不同配比、不同纤维含量的混凝土试块，研究其抗压强度的变化规律。
实验结果表明，适量添加玄武岩纤维可提高混凝土的抗压强度。
2. 抗拉强度抗拉强度是反映混凝土抵抗拉伸变形能力的重要指标。
研究表明，玄武岩纤维的加入可以有效提高混凝土的抗拉强度，改善其延性。
3. 弹性模量弹性模量是描述材料弹性变形能力的物理量。
玄武岩纤维再生混凝土的弹性模量随着纤维含量的增加而有所提高，表现出较好的弹性变形能力。
四、韧性性能研究玄武岩纤维再生混凝土的韧性性能主要表现在其抵抗冲击、振动等动态荷载的能力。
通过对比实验，发现玄武岩纤维的加入可以显著提高混凝土的韧性，降低其脆性。
此外，玄武岩纤维的乱向分布和较强的界面粘结力也有助于提高混凝土的韧性。
五、影响因素分析玄武岩纤维的种类、长度、直径及掺量等因素对再生混凝土的力学性能和韧性性能具有重要影响。
适当选择玄武岩纤维的参数，可以进一步提高混凝土的各项性能。
此外，混凝土的配合比、搅拌工艺、养护条件等因素也会对混凝土的性能产生影响。
六、应用前景及建议玄武岩纤维再生混凝土作为一种新型绿色建筑材料，具有优异的力学性能和韧性性能，可广泛应用于建筑、道路、桥梁等工程领域。
为进一步推动该材料的应用，建议加强相关基础研究，优化材料配比和制备工艺，提高生产效率及降低成本。
第38卷第11期建 筑 结 构2008年11月玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁受弯试验研究欧阳煜1, 王 鹏1, 李 翔2(1上海大学土木工程系,上海200072;2同济大学建筑工程系,上海200092)[摘要] 在6根钢筋混凝土梁的试验基础上,通过试验梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、跨中挠度以及钢筋和玄武岩纤维布的应变等参数,对粘贴玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯性能、破坏特征进行了分析,提出了相应的设计方法与建议,供工程应用参考。
[关键词] 玄武岩纤维布;钢筋混凝土梁;加固;受弯极限承载力Experimental study on flexural RC beams strengthened with BF RP sheetsOuyang Yu 1,Wang Peng 1,Li Xiang2(1Department of Civil Engineering,Shanghai University,Shanghai 200072,China;2Department of Building Engineering,Tongji Universi ty,Shanghai 200092,China)Abstract :Based on the tests of six RC beams,the flexural behavior and failure type of the test beams strengthened wi th externally bonded basalt fiber reinforced sheets were researched and analysed through the experimental results of test beams cracked load,yielded load,ultimate load,midspan deflection,steel strain and B FRP strain.A calculating method for the ulti mate flexural capaci ty of RC beams strengthened with BFRP is proposed,which can give reference to application.Keywords :B FRP sheets;RC beams;strengthened;flexural capacity作者简介:欧阳煜,博士后,副教授,Email:Oyy@ 。
1 前言玄武岩纤维(Basalt Fiber,简称BF)是一种无机纤维材料,是以火山爆发形成的一种玻璃态的纯天然玄武岩矿石为原料,经高温熔融后,通过喷丝板拉伸成的连续纤维。
目前国内开发的玄武岩纤维增强复合材料(简称BFRP)尚属于一种新的增强材料,虽然它的极限强度不及CFRP,但是其在抗腐蚀、抗热、延性等方面要高于CFRP [1,2]。
目前,对于BFRP 在土木工程领域的应用和研究尚处于起步阶段。
在现有CFRP 布加固混凝土梁的试验基础上,通过6根试验梁,对BFRP 布用于钢筋混凝土梁受弯加固后,梁的受弯极限承载力、破坏特征以及刚度等的影响进行了研究,并分析在相同配筋率和相同加固量的情况下,不同的混凝土强度等级对加固效果的影响。
2试验概况试验共制作6根钢筋混凝土简支梁,其中L w 1为未进行加固的对比梁。
混凝土设计强度等级为C10(Lw 6)和C30(L w 1~5);受拉纵筋为 级钢筋,箍筋和架立筋均为 级钢筋;BFRP 布厚度为0 111mm;结构粘结胶水采用碳纤维布配套的胶粘剂;C10和C30混凝土实测棱柱体轴心抗压强度值为17 0,25 0MPa,弹性模量为23 7,33 8GPa;其它材料的实测力学性能指标见表1。
试件尺寸、加载装置以及钢筋应变片布置见图1,设计配筋率为0 56%,属于适筋梁。
试验时加载点置于试验梁三分点处,以每级3kN 的荷载进行加载。
加固梁BFRP 布及其应变片定位见图2。
实测材料性能表1材料f y MPa f u MPa y 10-6 u 10-6E GPa12钢筋374 0537 01841 0 203 0BFRP 布2175 317115 0127 1试验过程中量测的数据包括:1)试验梁支点下降量和跨中挠度;2)加固梁底BFRP 布及U 形箍布条应变;3)试验梁底纵筋应变;4)试验梁跨中截面混凝土应变沿梁高的变化规律以及各级荷载下裂缝发展变化情况。
3 试验结果与分析3 1试验梁破坏形态由表2中试验结果可知,较对比梁Lw 1,BFRP 布加固后梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有所提高,并且从其提高的幅度可见,粘贴BFRP 布对梁的极限荷载影响最为显著,起到了明显的加固效果。
试验梁承载力比较如图3所示。
试验梁的破坏模式表现为五种,可见表2。
对比梁Lw 1的破坏模式属于典型的适筋梁受弯破坏模式,钢筋屈服后受压区混凝土被压碎;加固梁图1 试件制作及加载示意注:Lw 2~6粘贴的BFRP 布的层数分别为2,3,3,4,4层;括号中的数字为梁反侧U 形箍应变片的编号。
图2 加固梁BFRP 布及其应变片定位示意图3 试验梁承载力比较Lw 2,3,6均发生了剥离破坏,其中,L w 6在达到极限荷载时梁一侧端部U 形箍BFRP 布于梁底转角处被齐齐剪断,同时梁底混凝土 胶体界面发生剥离,这种破坏模式一般是由于胶体作用于混凝土表面的剪应力和正应力的合力作用引起的,水平裂缝的扩展最终导致梁底混凝土保护层剥落;加固梁Lw 4,在钢筋屈服后,梁底BFRP 布随荷载的不断增加而被拉断,其最大应变值达到14854 ;加固梁Lw 5,在达到极限荷载时梁底BFRP 布局部发生断裂,梁一侧加载点处U 形箍BFRP 布于梁底转角处被齐齐剪断,紧接着梁端部U 形箍BFRP 布于相同的位置和相同的方式也被剪断,同时保护层被剥落,极限破坏时梁底BFRP 布应变达到13384 。
试验梁破坏形态见图4。
图4 试验梁破坏形态3 2粘贴BFRP 布对梁的刚度及裂缝形态的影响3 2 1对梁的刚度影响图5 试验梁荷载 跨中挠度曲线试验结果表明(表2),对比梁Lw 1在纵筋屈服时跨中挠度达到5 9mm,之后挠度急剧增长,破坏时跨中挠度达到123 0mm,与对比梁相比所有加固梁的跨中挠度发展较为缓慢,破坏时挠度在19 3~31 0mm 之间,较对比梁L w 1降低了74 8%~84 3%,由此可见,BFRP 的存在使构件的抗弯刚度有了显著的提高。
通过图5可知,BFRP 布加固梁的刚度在不同阶段提高的程度不同,在受拉区混凝土开裂之前,混凝土梁荷载 挠度曲线近似为直线,混凝土梁的刚度保持不变;受拉区混凝土开裂之后,曲线出现了第一个拐点,由于BFRP 布的存在抑制了裂缝的扩展,因此梁的刚度有了一定的提高;纵筋屈服后,曲线再次出现拐点,BFRP 布在梁承受荷载中发挥的作用逐渐增大,对裂缝扩展的抑制作用也更加明显,因此混凝土梁的抗弯刚度有了显著提高。
但是,通过表2中的延性指数可以看出,在加固梁抗弯刚度提高的同时,其延性却有明显降低。
对比梁L w 1在破坏时表现出良好的延性,而所有加固梁的破坏形态均表现为脆性破坏。
3 2 2对梁的裂缝形态影响所有试验梁在纯弯段内均出现明显的弯曲裂缝,与对比梁相比,加固梁在加载过程中裂缝发展较为缓慢,裂缝数量较多而且比较密集,宽度远远小于对比梁。
另外,在荷载增加至55~66kN 时,加固梁纯弯段试验结果表2阶段开裂屈服极限试件荷载 kN 提高 %挠度 cr mm 缝宽mm 荷载 kN 提高 %挠度cr mm 缝宽mm 荷载kN 提高 %挠度 u mm 裂缝均距 mm BFRP 布应变 延性指数u y 破坏模式Lw 124(27) 0 74<0 1057 5 900 3070 8 123 0150 0 20 8 Lw 227(42)12 50 90<0 106615 86 400 2587 223 231 0120 0122264 8 Lw 333(45)37 51 20<0 106615 86 200 2089 726 728 387 0111364 7 Lw 430(42)25 00 80<0107226 36 300 30100 742 230 583 0148544 8 Lw 527(39)12 50 90<0 107531 67 200 30110 956 629 677 0133844 1 Lw 624(36)0 80<0 10725 600 2592 419 379 068863 4注:1)开裂荷载括号外表示梁纯弯段出现首条垂直裂缝时荷载,括号内表示梁剪弯段出现斜裂缝时的荷载。
cr 指首先出现开裂时的挠度;2) 挠度 表示在相应荷载下梁底跨中的位移, 延性指数 表示极限荷载值下挠度与屈服荷载值下挠度的比值;3)破坏模式: 钢筋屈服后受压区混凝土压碎, 梁底混凝土 胶体界面剥离, 梁底保护层剥离, 梁底BFRP 布拉断, 梁侧U 形箍断裂后梁底保护层剥离、局部BFRP 布拉断。
多数裂缝底部出现了分叉现象并向水平方向发展,故随荷载的继续增加,加固梁将发生保护层剥离破坏,试验梁裂缝发展形态见图6。
根据表2中试验梁裂缝实测结果数据可知粘贴BFRP 布对试验梁裂缝发展有明显的约束作用。
3 3梁底纵筋及BFRP 布应变3 3 1梁底纵筋及梁底BFRP 布应变图6 试验梁裂缝出现的荷载 kN图7为试验梁底跨中纵筋应变随荷载的变化关系,对应测点为图1(a)中应变片f;图8为试验梁底跨中BFRP 布应变随荷载的变化关系,对应测点为图2(a)中应变片f 、图2(b)和(c)中应变片e 。
从两图中可以看出,钢筋和BFRP 的应变发展均分为三个阶段。
受拉区混凝土开裂前,二者应变随荷载的增长发展比较缓慢,钢筋的应变仅为230 左右,BFRP 布的应变要比钢筋的应变大30 左右,说明BFRP 布与混凝土之间没有发生滑移,符合平截面假定。
而且从图7可见,由于BFRP 布的存在,加固梁的受拉纵筋的应变发展明显滞后于对比梁Lw 1;试验梁开裂后到钢筋屈服前,钢筋和BFRP 布的应变发展速度均明显加快。
荷载为57kN 时,加固梁Lw 3中钢筋应变已达到1273 ,此时对比梁Lw 1中钢筋应变为1885 ,BFRP 布的存在使得梁Lw 3纵筋应变减小了32 5%;钢筋屈服后,随着BFRP 在承担荷载中发挥的作用越来越大,BFRP 布的应变发展速度显著加快,并开始逐渐超过了钢筋应变的发展速度。
荷载增加到梁的极限荷载时,加固梁Lw4底BFRP 布被拉断,其应变达到14854 ,但是低于BFRP 材料的极限应变(表1),加固梁Lw 2,3,5的BFRP 应变也达到11136~13384 。
