钢纤维掺量对抗折疲劳寿命的影响

　　林茂+田艳凤+余晓青+胡功笠
　　摘要：对4种不同钢纤维掺量的RPC进行抗折疲劳试验，通过试验获得不同钢纤维掺量的RPC同一应力水平下的抗折疲劳加载次数，研究钢纤维掺量对活性粉末混凝土（RPC）抗折疲劳寿命的影响。
　　关键词：RPC；钢纤维掺量；抗折疲劳试验；疲劳寿命
　　建筑物或构筑物在循环荷载作用下，结构内部缺陷的逐渐扩展使结构性能退化，使材料在低于静载强度的荷载下发生疲劳破坏。本文对4种钢纤维掺量（体积掺量分别为0%、1%、2%和3%）的RPC进行抗折疲劳试验，研究钢纤维掺量对RPC抗折疲劳性能的影响。
　　一、试验概况
　　1、原材料及配合比。水泥采用P.O 42.5的普通硅酸盐水泥，实测28d抗压强度为49.7Mpa；硅灰的平均粒径0.1μm，SiO2含量不低于90%；粉煤灰为一级粉煤灰；砂选用粒径范围为0～1.25mm的级配标准砂；高效减水剂选用新型非萘系减水剂，固含量30%，减水率29%；钢纤维选用直径0.18-0.2mm，长度为10-12mm的表面镀铜平直型钢纤维，抗拉强度2850Mpa。
　　为了研究钢纤维掺量对RPC抗疲劳性能的影响，设置钢纤维掺量分别为0%、1%、2%以及3%，分别编号S0、S1、S2、和S3，配合比水泥：硅灰：粉煤灰：砂：高效减水剂为1.0：0.2：0.15：1.62：3%。
　　2、试件制作与养护。按照试验配合比准确称量各组分。每组制作9个试件，其中3个试件用于测定抗折强度，6个试件用于抗折疲劳试验。
　　3、试验方法。试验采用三点弯曲试验施加循环荷载，跨距120mm。荷载加载方式为正弦波，频率为5Hz，3组试验最高应力水平为0.85，最低应力水平为0.15（应力水平S为施加的应力σ与试件抗折极限承载力fc的比值）。
　　二、试验结果与分析
　　1、抗折试验结果。通过对抗折试验，测得每组3个试件的抗折极限承载力和抗折强度，取平均值记录如表1所示。
　　2、抗折疲劳试验结果及Weibull分布检验。RPC的疲劳破坏过程与普通混凝土相似，均表现为三阶段发展规律：第一阶段为内部缺陷聚集成核，损伤初步形成阶段。RPC的内部缺陷在荷载作用下逐渐聚集，产生宏观损伤的过程；第二阶段为裂缝稳定扩展阶段，在宏观裂缝形成后，在循环荷载作用下，裂缝不断开合并逐渐扩展；第三阶段为失稳破坏阶段，随着钢纤维被不断拔出，跨中应变急剧增长，裂缝贯通即发生疲劳破坏。
　　各组抗折疲劳试验的加载参数表2所示，循环荷载的加载次数用Weibull分布检验，对检验结果进行线性回归如图1所示。
　　线性回归结果表明，相关系数R均在0.95以上，可认为RPC的抗折疲劳寿命服从Weibull分布。
　　以存活率为0.5和循环加载次数为5000次为例对不同钢纤维掺量的RPC的抗疲劳性能进行比较，如表4所示。
　　通过不同钢纤维掺量RPC抗折疲劳性能对比发现，与素RPC相比，掺量1%的RPC抗折疲劳性能显著提高，随着钢纤维掺量的增加，抗折疲劳寿命持续提高，掺加钢纤维明显改善了RPC的抗折疲劳性能。
　　三、结论
　　本文进行了4种钢纤维掺量的RPC抗折试验以及抗折疲劳试验，得到如下结论：
　　1、素RPC的抗折试验表现出脆性破坏的特点，掺加钢纤维的RPC的脆性得到明显改善，提高了韧性，随着钢纤维掺量的增加，抗折强度也持续增加。
　　2、RPC的抗折疲劳损伤过程与普通混凝土相似，均表现为三阶段发展规律，即内部缺陷聚集成核，损伤初步形成阶段、裂缝稳定扩展阶段、失稳破坏阶段。
　　3、通过对试验结果进行Weibull分布检验和线性回归得出相关系数均在0.95以上，可认为RPC的抗折疲劳寿命服从Weibull分布。
　　4、与素RPC相比，掺量1%的RPC抗折疲劳性能显著提高，随着钢纤维摻量的增加，抗折疲劳寿命也持续提高。
　　参考文献
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