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Comparative flexural behavior of Hybrid Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete

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ComparativeflexuralbehaviorofHybridUltraHighPerformanceFiberReinforcedConcretewithdifferentmacrofibersDongJooKima,⇑,SeungHunParka,GumSungRyub,KyungTaekKohbaDepartmentofCivilandEnvironmentalEngineering,SejongUniversity,98Gunja-Dong,Gwangjin-Gu,Seoul143-747,RepublicofKoreabKoreaInstituteofConstructionTechnology,2311Daewha-Dongilsan-Gu,Goyang-Si,Gyeonggi-Do411-712,RepublicofKoreaarticleinfoArticlehistory:Received24February2011Receivedinrevisedform15April2011Accepted19April2011Availableonline23May2011Keywords:HybridMacrofiberMicrofiberStraincapacityDeflectioncapacityUltraHighPerformanceFiberReinforcedConcreteabstractTheflexuralperformanceoffourHybrid(H-)UltraHighPerformanceFiberReinforcedConcretes(UHPFRCs)withdifferentmacrofiberswasinvestigatedaccordingtoASTMstandardsC1018-97andC1609/C1609M-05.Fourmacrofiberswerelongsmooth(LS-)steelfiber,twotypesofhooked(HA-andHB-)steelfibers,andtwisted(T-)steelfiberswhileonetypeofmicrofiber,shortsmooth(SS-)steelfiber,wasblended.Theenhancementsinmodulusofrupture,deflectioncapacityandenergyabsorptioncapac-ityweredifferentaccordingtothetypesofmacrofiberastheamountofmicrofiberblendedincreased.TheorderofflexuralperformanceofH-UHPFRCaccordingtothetypesofmacrofiberwasasfollows:HB->T->LS->HA-fiber.TheinfluenceofstraincapacityintensionontheflexuralperformanceofH-UHPFRCwasalsoexamined.ThedeflectioncapacityandtheratiobetweenflexuralstrengthandtensilestrengthweredependentuponthestraincapacityofH-UHPFRC.Ó2011ElsevierLtd.Allrightsreserved.

1.IntroductionMuchresearchhasbeenconductedtoenhancethetensilestrengthandductilityofUltraHighPerformanceFiberReinforcedConcrete(UHPFRC)[24,8,16,7,23,10,11,32].TheadvantagesofUHPFRCincludehigherdurability,ductilityandstrengthincom-parisonwithnormalconcreteandFiberReinforcedConcrete(FRC)duetoitsextremelylowporosity;densematrix;highten-sile/compressivestrength;and,ductiletensilebehavior.Incom-parisonwithnormalsteelreinforcedconcrete,theapplicationofUHPFRCisexpectedtoimprovetheresistanceofbuildingsandinfrastructureunderextrememechanicalandenvironmentalloads.However,thecostof1%volumecontentoffiberappliedinUHPFRCisgenerallyhigherthanthatofmatrix.Thus,itisimpor-tanttominimizetheamountsoffiberwithoutscarifyingthesupe-riorperformanceofUHPFRC.MuchinterestisnowfocusedonbothminimizingtheamountsoffiberandmaximizingtheperformanceofUHPFRC.ThetensileorflexuralperformanceofUHPFRCisinfluencedbymanymaterialparameters.Theparametersincludestrength,stiff-ness,shape,aspectratio,andPoisson’sratiooffibers;thestrength,stiffness,andshrinkageofmatrix;and,thephysio-chemicalandfrictionalbondpropertiesattheinterfacebetweenfiberandmatrix.UndertheassumptionthatanidenticalUltraHighPerfor-manceConcrete(UHPC)matrixisused,thetypeoffiberisthemostgoverningfactoramongtheseveralparametersmentionedabove.Thus,thematerial,geometry,andvolumecontentsoffibershouldbeverycarefullydeterminedtoimprovetheflexuralperformanceofUHPFRC.ToimprovetheflexuralperformanceofUHPFRC,oneofthepromisingmethodsistoblendtwoorthreedifferentfibersto-getherinamatrix,becausethemacroandmicrofibersplayaroleattwodifferentlevels,materialandstructural,accordingtothelengthanddiameteroffibers[24,23].Therehasbeenmuchre-searchonthedevelopmentofHybridFiberReinforcedConcrete(H-FRC)withnormalcompressivestrengthandconsequently,itwasfoundthatthefiberblendinginnormalstrengthmatricespro-ducedfavorableblendingeffectonthemechanicalperformanceincludingtensilestrengthandductilityincomparisonwithFRCwithonetypeoffiber[22,33,14,5,4,1,27].Ingeneral,H-FRCem-ploysalongandthickfiberasmacrofiberandashortandthinfiberasmicrofiber.Fibersblendedtogetherinabrittlematrixcanbeclassifiedintomacroandmicrofibersaccordingtheroleoffibersinabrittlematrix[24,23].However,mostresearchonH-UHPFRChasbeenfocusedonfindingtheoptimumvolumecontentsofmicrofiberblendedwithonetypeofmacrofibertoimprovetensile/flexuralstrengthandductility[30,6,9,17,26].Thus,itisdifficulttofindanyinformationabouttheinfluenceofmacrofibersontheflexuralperformanceofH-UHPFRC.0950-0618/$-seefrontmatterÓ2011ElsevierLtd.Allrightsreserved.doi:

10.1016/j.conbuildmat.2011.04.051⇑Correspondingauthor.Tel.:+82234083820;fax:+82234084332.E-mailaddresses:djkim75@sejong.ac.kr(D.J.Kim),parksh8179@naver.com(S.H.Park),ryu0505@kict.re.kr(G.S.Ryu),ktgo@kict.re.kr(K.T.

Koh).ConstructionandBuildingMaterials25(2011)4144–4155ContentslistsavailableatScienceDirectConstructionandBuildingMaterials

journalhomepage:www.elsevier.com/locate/con

b

u

ildmatRecently,theinfluenceofmacrofibersonthetensilebehaviorofH-UHPFRChasbeeninvestigatedbyauthors[21].Astheamountofmicrofiberblendedincreases,theimprovementofthepostcrack-ingstrength,straincapacityandmultiplecrackingbehaviorsisverydifferentaccordingtothetypesofmacrofiber.SincetheflexuralbehaviorofFiberReinforcedCementitiousComposites[FRCC]isdependentonthetensilestress–strainre-sponseofFRCC,themaximumequivalentbendingstrength,deflec-tioncapacityandenergyabsorptioncapacityofH-UHPFRCwouldbehighlyinfluencedbybothstraincapacity(materialductility)andpostcrackingstrength(materialstrength)ofH-UHPFRC[19,13].Theobjectiveofthisresearchistoinvestigatetheflexuralper-formanceofH-UHPFRCaccordingtodifferenttypesofmacrofiber.Thedetailedobjectivesare:(1)toinvestigatetheinfluenceofdif-ferentmacrofibersontheflexuralbehaviorofH-UHPFRC,(2)toinvestigatetheinfluenceofthemicrofibervolumecontentsontheflexuralbehaviorofHybridUHPFRC,and(3)tocorrelatethetensileresponse(materialductility)andflexuralresponse(struc-turalperformance)ofH-UHPFRC.2.ResearchsignificanceVerylittleinformationisavailableabouttheinfluenceofthetypesofmacrofiberontheflexuralbehaviorofhybridUHPFRC(H-UHPFRC).ThisresearchprovidesusefulexperimentaldataontheinfluenceofdifferentmacrofibersblendedwithmicrofibersontheflexuralperformanceofH-UHPFRCtooptimizefiberblend-inginhybridsystems.Furthermore,thisresearchhighlights

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不同预湿再生细骨料对UHPC的力学与自收缩性能影响

不同预湿再生细骨料对UHPC的力学与自收缩性能影响

价值工程

要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要

基金项目院武汉工程大学研究生创新基金，氧化镁基膨胀剂-再生砂超高性能混凝土收缩性能的调控机理研究，基金编号（CX2022187）。作者简介院吴子杨（1997-），男，湖北黄冈人，在读硕士，研究方向为超高性能混凝土；程书凯（通讯作者）（1989-），男，湖北武汉人，博士，武汉工程大学，硕士生导师，讲师，主要研究方向为建筑固废绿色循环再利用。0引言

超高性能混凝土（UHPC）是一种高密实高强度的纤维

增强水泥基复合材料[1]，其不仅有良好的力学性能和耐久

性，还具有较好的韧性，目前已被广泛使用在较多的工程

结构应用中[2，3]。但是，由于UHPC具有极低的水胶比和较

高的胶材用量，这会引起其内部毛细孔中水分不饱和，毛

细管内负压增大，从而产生较大的早期自收缩，可能会引

起UHPC出现开裂，导致结构出现安全隐患[4，5]。

国内有研究表明内养护材料可以为混凝土内部提供

有效的水分来源，降低其内部自干燥，从而抑制早期自收

缩、防止混凝土开裂。内养护技术是改善超高性能混凝土

早期收缩开裂问题的重要手段之一[6]。内养护技术主要是

通过对内养护材料预湿处理使其负载水分来达到对混凝

土基体有效内养护的目的。S.H.Kang等[7]研究结果表明，

预湿SAP掺入能抑制UHPC内部自干燥现象和自收缩，

但同时也会导致UHPC基体的孔隙率增大，力学性能下

降。张高展[8]等发现引入预湿LWA会略微降低UHPC的力学性能，可以实现UHPC轻质和低收缩的目的，不同预

湿程度还可以改善拌合物的工作性能和体积稳定性能。再

生细骨料（Recycledfineaggregate，RFA）具有孔隙率高、吸

水率大特点[9]，是一种多孔轻质材料（LWA），具备内养护材

料特性。童小根等[10]研究发现，再生砂的掺入不仅可以有

效地改善混凝土的收缩性能和抗裂性能，制备出的混凝土

满足C60混凝土强度设计要求，同时具备较好的抗氯离子

DP590高强钢碳纤维复合层板制备及拉伸性能研究

DP590高强钢碳纤维复合层板制备及拉伸性能研究

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DP590高强钢/碳纤维复合层板制备及拉伸性能研究2021 年 1 月

DP590

高强钢/碳纤维复合层板制备及拉伸性能研究

胡海朝

】，徐士新

2,武 晋

1* ,邓素怀

2,王占辉

1,毕 彦

1

(1.天津中德应用技术大学机械工程学院

，天津 300350

； 2.首钢集团有限公司技术研究院

，北京 100043)

摘要：

采用模压成型工艺，以DP590钢板与碳纤维预浸料成功制备高强钢/碳纤维层板，针对其微观结构和拉伸性能进行

了测试，研究了钢板表面粗糙度对层板拉伸强度的影响，并结合DP590高强钢拉伸性能特点与MVF理论提出了层合板拉伸强

度预测公式。研究结果表明：所制备的层合板0°碳纤维层、90。

碳纤维层、树脂基体、金属基体结合致密。金属基体与碳纤维层

之间由树脂填充，起到了良好的粘结作用，微观结构基本无成型不良缺陷，所制备层合板的密度相比DP590高强钢降低达24%，

具备明显的减重效果。说明模压成型工艺适用于高强钢/碳纤维复合层板的制备,该类材料具备较大的轻量化潜力。采用喷

丸处理提高钢板表面粗糙度可以一定程度提升层合板强度，最大增幅达68 MPa，但钢板粗糙度与层合板平均拉伸强度呈明显

的非线性关系。以MVF理论为基础，分别以高强钢抗拉强度、屈服强度、复合层板断裂时高强钢应力值对复合层板强度进行

预测，结果发现最高预测误差分别为38.5%、12. 8%、8. 1%,说明采用塑性较高的金属制备金属/纤维复合层板类结构时，应用

MVF理论进行预测应充分考虑金属塑性较高对预测误差的影响。采用复合层板断裂时对应的高强钢应力值代入MVF理论公

式可获得更好的拉伸强度预测精度。

关键词：

模压成型；高强钢；复合层板；拉伸强度；预测

中图分类号：

TB332 文献标识码：

A 文章编号：

2096-8000(2021)01-0078-07

进入

20世纪

90年代后

,针对世界能源供应日益

紧张和不确定性因素增加的形势

，美国钢铁协会及

欧洲钢铁协会分别推出了以多种轻量化材料混合技

超高性能混凝土直接拉伸试验装置的研究

超高性能混凝土直接拉伸试验装置的研究

第４６卷，第２期２０２１年４月公路工程ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．４６，Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０２１

Ｄｏｉ：１０．１９７８２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４－０６１０．２０２１．０２．０３０

［收稿日期］２０１９－０８－２８［基金项目］广东省交通运输厅２０１７年度重大科技专项（科技－２０１７－０１－００２）［作者简介］修义军（１９９２—），男，黑龙江安达人，工程师，研究方向：桥梁及道路工程。［引文格式］修义军，何湘峰，李芳园，等．超高性能混凝土直接拉伸试验装置的研究［Ｊ］．公路工程，２０２１，４６（２）：１８８－１９４．ＸＩＵＹＪ，ＨＥＸＦ，ＬＩＦＹ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｄｉｒｅｃｔｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｉｌｔｒａｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ］．ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，４６（２）：１８８－１９４．超高性能混凝土直接拉伸试验装置的研究

修义军１，何湘峰１，李芳园２，刘琼伟２，邵旭东２

（１广东省路桥建设发展有限公司，广东广州　５１０６３５；　２湖南大学土木工程学院，湖南长沙　４１００８２）

［摘　要］为获得超高性能混凝土（ＵｌｔｒａｈｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｎｃｒｅｔｅ，ＵＨＰＣ）真实的拉伸性能，针对目前争议较大的直接拉伸试验装置，对外夹式、内埋式及粘贴式拉伸装置分别进行了试研究设计，并在此基础上设计出一种新型的直接拉伸试验装置改进方案。研究表明：试设计的拉伸装置均无法满足要求，而改进方案操作简单，其双向球铰可有效解决对中问题，同时试验夹具刚度大不易发生变形，故该改性方案可为ＵＨＰＣ直接拉伸试验标准提供参考。［关键词］桥梁工程；超高性能混凝土；直接拉伸试验装置；对中性与可操作性［中图分类号］ＴＵ５２８ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１６７４—０６１０（２０２１）０２—０１８８—０７

ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＤｉｒｅｃｔＴｅｎｓｉｌｅＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄｆｏｒＵｌｔｒａｈｉｇｈ

复合材料蜂窝夹芯结构的三点弯曲性能

复合材料蜂窝夹芯结构的三点弯曲性能

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ２０２３，４５（３）：５８４⁃５９０

ＤＯＩ：１０􀆰１６５７９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１􀆰９６６９􀆰２０２３􀆰０３􀆰０１１

∗２０２１１００８收到初稿，２０２１１１１６收到修改稿。山西省自然科学基金面上项目（２０２１０３０２１２２４１１１），国家自然科学基金青年项目（１１６０２１６０），西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室开放课题（ＳＶ２０１９⁃ＫＦ⁃０１），山西省“１３３１工程”重点创新团队项目资助。∗∗于志强，男，１９９６年生，山西运城人，汉族，太原理工大学硕士研究生，主要研究方向为纤维增强复合材料夹芯结构的力学性能分析。∗∗∗郭章新（通信作者），男，１９８３年生，山东菏泽人，汉族，太原理工大学副教授，博士，主要研究方向为复合材料及其结构的力学性能分析。∗∗∗∗梁建国，男，１９７５年生，山东菏泽人，汉族，太原理工大学教授，博士，主要研究方向为碳纤维复合材料开发及应用。复合材料蜂窝夹芯结构的三点弯曲性能∗ＴＨＲＥＥＰＯＩＮＴＢＥＮＤＩＮＧＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥＯＦＣＯＭＰＯＳＩＴＥＨＯＮＥＹＣＯＭＢＳＡＮＤＷＩＣＨＳＴＲＵＣＴＵＲＥ

于志强∗∗１，３　郭章新∗∗∗１，２　卫世义１　梁建国∗∗∗∗４　李永存１，５　郑伟鹏１（１．太原理工大学机械与运载工程学院应用力学研究所，太原０３００２４）（２．华阳新材料科技集团有限公司，阳泉０４５０００）（３．西安交通大学航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室，西安７１００４９）（４．太原理工大学机械与运载工程学院先进成形与智能装备研究院，太原０３００２４）（５．太原理工大学材料强度与结构冲击山西省重点实验室，太原０３００２４）ＹＵＺｈｉＱｉａｎｇ１，３　ＧＵＯＺｈａｎｇＸｉｎ１，２　ＷＥＩＳｈｉＹｉ１　ＬＩＡＮＧＪｉａｎＧｕｏ４　ＬＩＹｏｎｇＣｕｎ１，５　ＺＨＥＮＧＷｅｉＰｅｎｇ１（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）（２．ＨｕａｙａｎｇＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙａｎｇｑｕａｎ０４５０００，Ｃｈｉｎａ）（３．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＳｔｒｅｎｇｔｈａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅ，Ｘｉ′ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）（４．ＡｄｖａｎｃｅｄＦｏｒｍｉｎｇａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＥｑｕｉｐｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）（５．ＳｈａｎｘｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｔｒｅｎｇｔｈ＆ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＩｍｐａｃｔ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）