聚丙烯纤维轻质高强混凝土动态力学特性研究_李锐.pdf

实 验 技 术 与 管 理 第 40 卷 第 2 期 2023 年 2 月 Experimental Technology and Management Vol.40 No.2 Feb.2023 收稿日期:2022-08-11 基金项目:国家自然科学基金项目（52078032）作者简介:李锐（1988），四川内江，男，硕士，讲师，主要从事建筑施工技术、建筑材料方面的研究，。引文格式:李锐，王飞，张凯宏.聚丙烯纤维轻质高强混凝土动态力学特性研究J.实验技术与管理,2023,40(2):115-120.Cite this article:LI R,WANG F,ZHANG K H.Study on dynamic mechanical properties of polypropylene fiber lightweight high strength concreteJ.Experimental Technology and Management,2023,40(2):115-120.(in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/T DOI:10.16791/ki.sjg.2023.02.019 聚丙烯纤维轻质高强混凝土动态力学特性研究 李 锐1，王 飞2，张凯宏3（1.内江职业技术学院 智能建造学院，四川 内江 641000；2.四川大学 水电学院，四川 成都 610065；3.西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都 610031）摘 要：基于试验研究不同应变率下聚丙烯纤维轻质高强混凝土力学特性。采用电液伺服压力机及直径为 74 mm 的分离式霍普金森压杆试验装置（SHPB）对不同纤维掺量（0%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%）的聚丙烯纤维轻质高强混凝土开展不同应变率下的单轴压缩试验，分析应变率及纤维掺量对试件力学性能的影响。结果表明：随着纤维掺量的增大，试件峰值应力均呈先增大后减小的趋势，纤维掺量在 0.1%时试件峰值应力达到最大值；0.6 MPa 气压下相较于未掺纤维试件，纤维掺量为 0.05%、0.1%、0.2%、0.3%时其韧性增幅分别为 57.04%、77.78%、65.19%、46.67%，纤维的掺入增强了试件的韧性，随着纤维掺量的增多试件韧性整体呈先增大后减小的趋势；试件应变率与 DIF 间呈线性正相关，随着纤维掺量的增多试件应变率敏感性先增大后减小，纤维掺量在 0.1%时试件的应变率效应敏感性最强；试件入射能、耗散能与应变率间呈线性正相关，0.6 MPa 气压作用下相较于纤维掺量为 0%的试件，纤维掺量为 0.05%、0.1%、0.2%、0.3%时其破碎耗能密度增幅分别为 9.05%、11.52%、15.23%、15.64%，掺入适量的聚丙烯纤维能够显著提高试件的耗能效果，但过量的纤维对试件耗能作用提升不再明显。关键词：聚丙烯纤维；应变率；轻质高强混凝土；峰值应力；耗能密度 中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2023)02-0115-06 Study on dynamic mechanical properties of polypropylene fiber lightweight high strength concrete LI Rui1,WANG Fei2,ZHANG Kaihong3(1.Intelligent Construction College,Neijiang Vocational and Technical College,Neijiang 641000,China;2.School of Hydropower,Sichuan University,Chengdu 610065,China;3.Key Laboratory of Traffic Tunnel Engineering,Ministry of Education,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)Abstract:The mechanical properties of polypropylene fiber lightweight high strength concrete under different strain rates are studied based on experiments.The uniaxial compression tests of polypropylene fiber lightweight high-strength concrete with different fiber content(0%,0.05%,0.1%,0.2%and 0.3%)are carried out by using an electro-hydraulic servo press and a 74 mm diameter split Hopkinson compression bar test device(SHPB).The effects of strain rate and fiber content on the mechanical properties of the specimens are analyzed.The results show that with the increase of fiber content,the peak stress of the specimen increases first and then decreases.When the fiber content is 0.1%,the peak stress of the specimen reaches the maximum value.Under the pressure of 0.6 MPa,compared with the specimens without fiber,the toughness increases of the specimens with 0.05%,0.1%,0.2%and 0.3%fiber content are 57.04%,77.78%,65.19%and 46.67%respectively.The toughness of the specimens is enhanced by the incorporation of fiber.With the increase of fiber content,the toughness of the specimen increases first and then decreases.There is a linear positive correlation between strain rate and DIF.With the increase of fiber content,the strain rate sensitivity of the specimen increases first and then decreases.When the fiber content is 116 实 验 技 术 与 管 理 0.1%,the strain rate sensitivity of the specimen is the strongest.There is a linear positive correlation between the incident energy,dissipated energy and strain rate of the specimen.Under the pressure of 0.6 MPa,when the fiber content is 0.05%,0.1%,0.2%and 0.3%,the increase of crushing energy consumption density is 9.05%,11.52%,15.23%and 15.64%respectively compared with the specimen with 0%fiber content.Adding proper amount of polypropylene fiber can significantly improve the energy consumption effect of the specimen,but the energy consumption effect of excessive fiber is no longer obvious.Key words:polypropylene fiber;strain rate;lightweight high strength concrete;toughness;energy consumption density 随着混凝土材料的不断发展，出现了适用于不同环境下的分支，轻质混凝土便是其中的一种1-2。该材料能够在满足一定强度及耐久性的基础上极大减轻自身重量，并在一定程度上增强建筑物的保温隔热效果，因此被广泛应用在建筑、桥梁等工程3-5。轻骨料种类的不同决定着不同类型的轻质混凝土，现今使用较为广泛的包括泡沫混凝土、陶粒混凝土及空心微珠混凝土6-9，其中陶粒是以废弃材料经烧制而成，具有环保、可再生、轻质、保温隔热、高强等诸多优点，其性能也可按设计要求进行调整2，因此被诸多专家学者所研究。王丽丽等10对轻质陶粒混凝土进行配置与应用，结果表明试件的抗震、抗裂、保温性能均得到明显改善，且质量轻盈。李辛庚等11总结了陶粒混凝土的研究进展，指出了其性能优势及应用前景，并分析了现阶段材料所存在的问题。涂成枫等12对冲击荷载下陶粒混凝土的拉伸性能进行研究，结果表明应变率的增大会增大其抗拉强度，且试件抗拉强度会随陶粒含量的增加而降低。随着建设工程不断发展，超高层建筑、大跨度桥梁及复杂环境下的建筑结构不断涌现，对混凝土材料的抗压、抗拉、延展性及质量有了更高的要求，轻质高强纤维混凝土逐渐被引入建设工程。轻质能够减小试件自重，提升混凝土结构的耐久性；高强能够抵抗外部强荷载作用，增强结构物的安全性能，纤维的掺入增强混凝土抗压、抗拉强度，减小其本身孔隙率，提升韧性，增强其抵抗荷载变形的能力13-16，从而极大提升混凝土材料的力学性能。邓宗才17对轻骨料高强度钢纤维混凝土的力学特性进行研究，结果表明纤维的掺入能够有效提高试件的抗裂性能、弹性模量及变形性能。罗为等18发现钢纤维的掺入能够极大提高试件的抗压、抗拉强度，且纤维掺量在 1.0%时其增强效果最佳。聚丙烯纤维具有价格低廉、抗腐蚀性强、质量轻、力学性能优良等诸多优点，且与混凝土材料间存在良好的亲和性，在混凝土材料中应用广泛19-22，但对于纤维轻质高强混凝土在冲击荷载作用下力学性能的研究鲜有涉及。为探究冲击荷载作用下聚丙烯纤维轻质高强混凝土的安全性能，本文配置不同纤维掺量下的轻质高强混凝土试件，对试件开展不同应变率下的单轴冲击压缩试验，分析纤维掺量及应变率对聚丙烯纤维轻质高强混凝土力学性能的影响，为纤维轻质高强混凝土结构工程提供试验依据。1 试验方法 1.1 试件制备 试验选用八公山牌 PO 42.5 普通硅酸盐水泥，28 d 抗压、抗拉强度分别为 44.6 MPa、4.1 MPa；细骨料为细度模数 2.8 的天然河砂；轻粗骨料为粒径510 mm 的连续集配高强陶粒，其实物如图 1 所示。所用硅粉中二氧化硅含量为 90.8%，堆积密度为 400 kg/m3，其作用为提高混凝土的强度及耐久性；减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为 30%；选用海宁安捷复合材料有限责任公司生产聚丙烯纤维，纤维长度为 15 mm23，纤维的主要性能指标如表 1 所示。图 1 陶粒实物图 表 1 聚丙烯纤维的性能指标 抗拉强度/MPa 直径