碳纖維硅粉混凝土力學(xué)性能的試驗研究

歐建 等

摘要： 碳纖維具有較高的軸向強度和抗拉彈性模量。在建筑工程中有巨大的應(yīng)用潛力。通過改變碳纖維在硅粉含量為10%的混凝土中的摻入量，探究碳纖維對硅粉混凝土的基本力學(xué)性能的影響。

Abstract： The carbon fiber has a high axial strength and tensile modulus of elasticity. Great potential for applications in construction engineering. Explore the impact of the carbon fiber on the mechanical properties of the silica fume concrete by changing the incorporation of carbon fiber content of 10% silica fume concrete.

關(guān)鍵詞： 碳纖維；硅粉混凝土；碳纖維混凝土；力學(xué)性能

Key words： carbon fiber；silica fume concrete；carbon fiber reinforced concrete；mechanical properties

中圖分類號：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）03-0043-02

0 引言

隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，混凝土已成為當(dāng)今應(yīng)用最廣泛且用量最大的建筑材料，在工程建設(shè)領(lǐng)域凸顯出舉足輕重的地位。但由于素混凝土抗拉強度低、抗壓強度較低、易開裂、脆性大、變形性能差不利于抗震、自重大等弱點限制了其應(yīng)用范圍，甚至影響工程質(zhì)量。而碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，其比重不到鋼的1/4，抗拉彈性模量為230～430GMPa亦高于鋼。由于它強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、能像銅那樣導(dǎo)電，無蠕變，耐疲勞性好，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能，它無疑是一種輕質(zhì)高強性能的新興建材。同時考慮到工程實踐的實用性，因此對于混凝土抗拉的性能的研究，最好基于在較強的抗壓強度基礎(chǔ)上。而硅粉能在較大程度上提高其抗壓強度，據(jù)研究表明硅粉含量在5%-15%時混凝土抗壓強度有明顯提高。所以折中選擇硅粉含量為10%的混凝土進(jìn)行探究。

1 試驗概況

1.1 試驗材料

水：西昌當(dāng)?shù)刈詠硭?/p>

水泥：航天牌PO52.5普通硅酸鹽水泥，基本性能見表1。

硅粉：基本性能見表2。

碳纖維：日本東麗短切碳纖維，基本性能見表3。

粗骨料：西昌當(dāng)?shù)厮槭ㄗ畲罅讲淮笥?1.5mm）經(jīng)驗系數(shù)A=0.637 B=0.569。

細(xì)骨料：西昌當(dāng)?shù)睾由埃ㄖ猩埃┘壟?.56。

減水劑：萘系減水劑（摻入量為水泥用量的1%）。

1.2 試驗步驟及方法

1.2．1 水膠比設(shè)計

混凝土設(shè)計強度為C50，設(shè)計配合比。水泥432kg/m3。中砂693kg/m3。碎石957kg/m3。水158kg/m3。硅粉48kg/m3。水膠比0.33。減水劑4.32kg/m3。

1.2.2 碳纖維摻入量設(shè)計

為了能更好地研究碳纖維摻量對硅粉混凝土強度的影響規(guī)律，按碳纖維體積摻量設(shè)計。碳纖維摻入量梯度分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%、1.3%。

1.2.3 試件制作及試驗

每組摻入量制作混凝土試塊6個（立方體標(biāo)準(zhǔn)試件150mm×150mm×150mm），在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至28D，3個用于抗壓強度試驗，余下3個用于劈裂抗拉試驗。

本試驗是在萬能試驗機上完成，根據(jù)DL/T 5150- 2001《水工混凝土試驗規(guī)程》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法》中有關(guān)混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行的。

2 實驗結(jié)果及分析

抗壓強度與劈裂抗拉強度：

碳纖維硅粉混凝土試驗結(jié)果（表4）

圖1顯示了碳纖維硅粉混凝土抗壓強度隨碳纖維摻量變化的情況?？梢钥闯?，隨著碳纖維摻入量的增加，混凝土抗壓強度先增加后減小。當(dāng)碳纖維摻入量增加到0.9%時，其抗壓強度增加幅度達(dá)到5.6%。但隨著摻入量的繼續(xù)增加，增加幅度逐漸減小。

圖2顯示了碳纖維硅粉混凝土劈裂抗拉強度隨碳纖維摻量變化的情況?？梢钥闯?，碳纖維對硅粉混凝土劈裂抗拉強度有顯著提高。最大提高幅度達(dá)到52.8%。但隨著摻入量增加，其抗拉強度增加幅度減緩，卻依然提高明顯。

3 結(jié)語

素混凝土抗拉性能較差。用硅粉替代部分水泥用量，可以有效的配置出高強混凝土，大幅提高其抗壓強度，而劈裂抗拉強度沒有得到改善。但摻入一定量的碳纖維后，可明顯改善其抗拉性能。

碳纖維對混凝土抗壓強度的影響微弱，但對劈裂抗拉強度的影響較明顯。當(dāng)摻入量達(dá)到0.9%時，混凝土劈裂抗拉強度可較硅粉混凝土提高52.8%。另外通過對圖1的分析，可知當(dāng)碳纖維的摻入量達(dá)到一定值時，其抗壓強度有降低的趨勢。其原因可能是由于碳纖維的加入增加了混凝土內(nèi)部空隙。但碳纖維摻入量在一定范圍內(nèi)時，可有效的增加抗拉性能。

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