第２６卷第２期 ２００５年４月 建筑结构学报 Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２００５ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ 文章编号：１０００—６８６９（２００５）０２—０１０１—０５ 钢纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土材料 冲击荷载下纤维增韧特性试验研究 胡金生 ，杨秀敏 ，周早生 ，唐德高 （１．北京参保设计研究院，北京１００８５０；２．解放军理工大学，江苏南京２１０００７） 摘要：对两种纤维混凝土材料纤维增韧及耗能机理进行了探讨，并采用变截面大尺寸Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆，对钢纤维混凝土、素 混凝土和五种纤维含量的聚丙烯纤维混凝土试件进行了三种应变率范围的冲击压缩试验，文中给出了不同材料试件的破 坏特征及试验测试结果。并以应力．应变全程曲线所围面积作为韧性指标，对两种纤维混凝土在冲击荷载下增韧特性进 行了对比分析。研究表明，五种含量的聚丙烯纤维混凝土中，含量０．９—１．５ｋｇ／ｍ 的三组混凝土韧性较高，其中含量 １．５ｋｇ／ｍ 的聚丙烯纤维混凝土韧性值最大；与素混凝土相比，两种纤维混凝土韧性均有所提高，在达到应力峰值后的变 形阶段得以体现，在０—０．０２０应变范围内，钢纤维混凝土、含量１．５ｋｇ／ｍ 的聚丙烯纤维混凝土韧性指标比素混凝土分别 提高了３７．７％和１８．９％。 关键词：聚丙烯纤维增强混凝土；钢纤维混凝土；ＳＨＰＢ试验；韧性 中图分类号：ＴＵ５２８．５７２ ０３４７．３ 文献标识码：Ａ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｅｎａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｕｎｄｅｒ ｉｍｐａｃｔ ｌｏａｄ ＨＵ Ｊｉｎｓｈｅｎｇ ，ＹＡＮＧ Ｘｉｕｍｉｎ ，ＺＨＯＵ Ｚａｏｓｈｅｎｇ２，ＴＡＮＧ Ｄｅｇａｏ （１．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｃａｎｂａｏ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８５０，Ｃｈｉｎａ； ２．ＰＬＡ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｅｎａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｎｄ ｅｎｅｒｙ ａｂｓｏｒｂｉｇｎｇ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｉｆｂｅｒ ｒｅｉｆｏｒｎｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｌｒｇｅ—ｓｉａｚｅ Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂａｒ ｗｉｔｈ ｖａｒｉａｂｌｅ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎｓ，ｉｍｐａｃｔ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｄｏｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｒａｎｇｅｓ ｆｏｒ ｐｌａｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｆｏｒｎｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｎｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｉｈ ｆｔｉｖｅ ｆｉｂｅｒ ｒａｔｉｏｓ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｉｔｈ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｃｕｒｖｅｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｓｔｒａｉｎ—ｓｔｒｅｓｓ ｃｕｒｖｅ ｉｓ ｒｅｇａｒｄｅｄ ａｓ ｔｅｎａｃｉｔｙ ｉｎｄｅｘ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｎａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｅ ｔｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｉｂｅｒｆｓ ｒｅｉｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｎｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｗｉｈｉｔｎ ｔｈｅ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｐｅｃｉｎｍｅｎｓ ｗｉｈ ｆｔｉｖｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆｉｂｅｒ ｒａｔｉｏｓ，ｔｈｅ ｔｅｎａｃｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｏｆ ｔｈｅｍ ｗｉｈ ｆｔｉｂｅｒ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ０．９—１．５ｋｇ／ｍ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ ｂｉｇｇｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂｉｇｅｓｔ ｔｅｎａｃｉｔｙ ｖａｌｕｅ ｉｓ ｔｈｅ ｇｒｏｕｐ ｗｉｔｈ １．５ｋｇ／ｍ ｆｉｂｅｒ ｒａｔｉｏ．Ｉｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｌａｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｔｈｅ ｔｅｎａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｉｂｅｒ ｒｆｅｉｆｏｒｎｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｐｐｅａｒ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｈａｓ ｒｅａｃｈｅｄ ｆａｉｌｕｒｅ ｓｔｒａｉｎ． Ｗｉｈｉｔｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ０—０．０２０，ｔｈｅ ｔｅｎａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｉｎｈ ｔ１．５ｋｇ／ｍ ｆｉｂｅｒ ｒａｔｉｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ３７．７％ａｎｄ １ ８．９％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｏｆ ｈｅ ｐｌｔａｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｆｏｒｎｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｆｏｒｎｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ＳＨＰＢ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｔｅｎａｃｉｔｙ 作者简介：胡金生（１９７４一 ），男，安徽合肥人，工学博士。 收稿日期：２００３年ｌ０月 １０１ １ 引言 纤维增强混凝土按纤维力学性能可分为高弹性模 量纤维混凝土和低弹性模量纤维混凝土。高弹性模量 纤维混凝土在未产生裂纹之前，因纤维弹性模量较高， 根据“混合定律”，复合材料的弹性模量随纤维掺量增 加而增加，开裂后主要是纤维受力。低弹性模量纤维 混凝土一般易发生较大的蠕变，在裂缝形成发展阶段， 纤维承受大部分应力，在持续的高应力作用一定时间 后，复合材料会产生显著的变形…。目前，高弹性模量 纤维混凝土和低弹性模量纤维混凝土中比较典型的和 应用广泛的分别是钢纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝 土，本文的研究就是围绕这两种纤维混凝土展开的。 纤维增强混凝土材料之所以能够得到广泛的应 用，就是因为它具有比普通混凝土更好的韧性，即荷载 作用致破坏过程中具有更优异的能量吸收能力。材 料的韧性指标通常用一定尺寸构件抗弯试验的荷载． 变形曲线下面积或应力．应变曲线下面积所表示。迄 今为止，公开发表的测试韧性的标准有ＡＳＴＭ Ｃ１０１８．９４ｂ［ ，ＪＣＩ ＳＦ４．８３１ ，ＪＳＣＥ ＳＦ４．８４ ， ＡＣＩ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ５４４ｔ 以及ＢＡＮＴＨＩＡ提出的裂后强度法【６】。 目前，对纤维混凝土材料韧性指标的研究多集中于静 载情况下，关于动载下材料韧性的研究还相当少。本 文以ＳＨＰＢ（Ｓｐｌｉｔ Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｂａｒ）试验所得应 力．应变曲线所围面积作为韧性指标，对素混凝土、钢 纤维混凝土以及五种含量的聚丙烯纤维混凝土在冲击 荷载下增韧特性进行了对比分析研究，其结果对纤维 混凝土结构在高速冲击以及爆炸条件下动力响应等问 题的研究具有一定意义。 ２ 两种纤维混凝土的纤维增韧机理 对于短纤维增强复合材料，纤维与基体弹性模量 的比值对其力学性能有非常大的影响。中国科学院力 学研究所唐春安等＂ 曾利用材料破坏过程分析程序 ＭＦＰＡ２Ｄ对不同弹性模量纤维的增强复合材料静力破 坏过程进行数值模拟，得到的荷载．加载步曲线如图１ 所示（模型Ｉ为基材，模型Ⅱ的纤维与基体弹性模量和 强度比为３，模型Ⅲ的纤维与基体弹性模量和强度比 为６）。由该图可以看出纤维弹性模量的提高可以明显 １０２ 增加复合材料的破坏强度，材料延性也有一定的提高， 弹性模量较低的纤维使复合材料强度略有减小，但其 延性得到了大大的增加。由此可见，高弹性模量纤维 混凝土的韧性提高是由于材料强度和延性两方面的增 强所引起的，而低弹性模量纤维混凝土主要通过提高 材料延性来增加其材料韧性。 加载步 图ｌ 荷载．加载步曲线 Ｆｉｇ．１ Ｌｏａｄ－ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｓｔｅｐ ｃｕｒｖｅ８ 钢纤维和聚丙烯纤维混凝土在破坏过程中具有不 同的耗能机理，可将其简化为图２所示的两种耗能模 型。对于钢纤维，由于其弹性模量大，在拔出过程中， 主要靠与基体摩擦消耗能量，纤维受力后的伸长量相 对拔出位移而言在裂缝扩展中所占的比重太小，可忽 略不计，即 ＝Ａ。而聚丙烯纤维在裂缝扩展中伸长量 非常大，纤维伸长变形后积蓄的变形能量是所消耗能 量的主体。 钢纤维混凝土摩擦块模型 ＝ｆ．ｍｇ． （１） △： （２） ＝ ｍｇ ／△ （３） 聚丙烯纤维混凝土弹簧．摩擦块复合模型 ＝（１／２）１６５＋ ｍｇ． （４） ＝Ｋ（Ａ一 ） （５） 式中， 、 分别为钢纤维混凝土摩擦块模型、聚丙 烯纤维混凝土弹簧．摩擦块复合模型在裂缝扩展过程 中消耗的能量； 、 分别为两种模型摩擦块的动摩擦 系数； 。、 为摩擦块滑动距离，代表纤维的拔出长度； 为弹簧模型的刚度；△为基体开裂后裂缝扩展宽 度；ｍ为摩擦块抽象化的质量，无实际物理意义；ｇ 为 质量块位移。 钢纤维混凝土摩擦块模型在滑动（纤维拔出）过程 中，动摩擦系数 是单调递减的，这是由于纤维的埋深 不断递减，而且由于钢材的硬度大，拔出过程中水泥界 钢纤维混凝土 ＝ｏｏ ， 聚丙烯纤维混凝土 可由光电转换器测出）撞击入射杆，在入射 杆中产生入射波，波传播到达试件后在入 射杆中产生反射波，透射杆中产生透射 珥ｇｎ ／／／／／／， ／ ／／／／。 波。贴于入射杆和透射杆中部的应变片可 以记录入射杆、透射杆中应变随时间变化 的曲线。也就得到试件两端的应力、应变随 图２ 钢纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土的不同耗能模型 Ｆｉｇ．２ Ｅｎｅｒｇｙ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ 时间变化的过程，通过分析计算，可以得出 试件材料的应力一应变关系曲线。 ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｆｉｅｂｒ ｒｅｉｆｎｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ 面被磨光滑的缘故。由式（３）知，随着裂缝扩展， 减小、 纤维被拔出。纤维对裂缝的抗力单调减小。可见，钢纤 维在材料中所起的耗能作用主要表现在裂缝扩展初 期。其耗能效果与纤维与基体间粘结强度有很大关系。 聚丙烯纤维混凝土弹簧一摩擦块复合模型在裂缝 扩展过程中，弹簧的内力逐渐增加；裂缝扩展初期，由 于弹簧伸长小，弹簧的抗力也小，随裂缝的扩展，弹簧 抗力逐渐加大。由式（５）可以看出，随裂缝扩展，纤维 对裂缝扩展的抑制力呈上升趋势。由此可以看出，聚 丙烯纤维混凝土耗能效果则在裂缝扩展一定程度得以 体现。其变形大部分为弹性，可在反复冲击荷载下以弹 性变形能的形式吸收能量。 ３ ＳＨＰＢ试验及结果 ３．１ ＳＩｔＰＢ装置原理 试验采用的为 ７４变截面ＳＨＰＢ装置，其布置简 图如图３所示。试验时，高压气体在弹膛迅速膨胀推动 子弹（又称撞击杆）加速运动，使其以一定的速度（速度 １．轻气炮２．子弹３．平行光源４．光电转换器５．人射杆６．应变片 ７．试件８．透射杆９．信号放大器１０．数字示波器 １１．缓冲器１２．计算机 １ ｇａｓ ｃａｎｎｏｎ；２．ｂｕｌｌｅｔ；３．ｐａｒａｌｌｅｌ ｌａｍｐ—ｈｏｕｓｅ；４ ｌｉｇｈｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｃｈａｎｇｅｒ； ５．ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｂａｒ；６．ｓｔｒａｉｎ ｇａｕｇｅ；７．ｓｐｅｃｉｍｅｎ；８ ｏｕｔｐｕｔ ｂａｒ； ９．ｓｉｇｎａｌ ａｍｐｌｉｉｆｅｒ；１０．ｎｕｍｅｒｉｃ ｏｓｃｉｌｌｏｇｒａｐｈ；１１．ｂｕｍｐｅｒ；１２．ｃｏｍｐｕｔｅｒ 图３ ＳＨＰＢ试验装置示意图 Ｆｉｇ．３ Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ＳＨＰＢ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ３．２ 试验方案及试验现象 本次试验对素混凝土（Ｃ）、体积含量２％钢纤维混 凝土（ＳＦＣ）以及含量分别为０．６ｋｇ／ｍ ，０．９ｋｇ／ｍ ， １．２ｋｇ／ｍ３．１．５ｋｇ／ｍ３，１．８ｋｇ／ｍ 的聚丙烯纤维混凝土 （ＰＦＣ０．６、ＰＦＣ０．９、ＰＦＣ１．２、ＰＦＣ１．５、ＰＦＣ１．８）这７类试 件（共４７个）均进行了三组应变率范围的试验，三组动 态试验的应变率分别控制在２０／ｓ一３０／ｓ，５０／ｓ一６０／ｓ， ８０／ｓ一１００／ｓ。 在２０／ｓ ３０／ｓ应变率范围内，３个素混凝土试件 中，１个试件角碎，其余２个保持完整但有明显细裂 缝；２个钢纤维混凝土试件均保持完整且无裂缝；３个 聚丙烯纤维含量０．６ｋｇ／ｍ 的混凝土试件中，１个试件 破碎，其余２个保持完整有明显细裂缝；ＰＦ０．９、 ＰＦ１．２、ＰＦ１．５、ＰＦ１．８试件共９个，其中仅２个完整有 微裂缝，其余均完整且无裂缝。 在５０／ｓ ６０／ｓ应变率范围内，素混凝土试件破 碎为松散的尘末、颗粒，钢纤维混凝土试件碎块较大， 低含量聚丙烯纤维混凝土试件破碎形态与素混凝土试 件较为相似，而高含量聚丙烯纤维混凝土试件破碎后 碎粒由纤维相连成絮状（见图４）。 ８０／ｓ １００／ｓ应变率范围内，１个钢纤维混凝土 试件四周破碎，中心部分保持完整，其余试件均完全破 碎。 图４ ＰＦＣ１．５试件破坏形态 Ｆｉｇ．４ Ｄａｍａｇｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎ １０３ 维普资讯 http://www.cqvip.com ３．３试验测试结果 本次试验有效试验次数４６次，在对试验结果进 行处理过程中，对各应变率范围内相同材料试件的应 力一应变曲线进行了平均处理（平均时去掉了少数超 出应变率范围较大的曲线），图５～图７分别给出了素 混凝土、钢纤维混凝土以及１．２ ｋｇ／ｍ 聚丙烯纤维混 凝土三组试件处理后的三种应变率范围的动态应力． 力一应变曲线下面积为使材料变形破坏所做的功，因 此它也能够反映材料韧性的大小。为此，对本次试验 ８０／ｓ～１００／ｓ应变率范围下应力一应变曲线，分别在 ０～０．００５、０～０．０１０、０～０．０１５、０～０．０２０应变范围内 计算出了应力一应变曲线与应变轴所围面积 ． 、 ｏ。ｏ、５ｏ．ｏ。ｓ、 ． （韧性指标），表１给出了其值大小， 图８给出了对比情况，图９给出了韧性指标随应变变 应变曲线。 图５ 素混凝土应力．应变曲线 Ｆｉｇ．５ Ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ 图６ ＳＦＣ应力．应变曲线 Ｆｉｇ．６ Ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ８ ｏｆ ＳＦＣ 图７ ＰＦＣ１．２应力．应变曲线 Ｆｉｇ．７ Ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ８ ｏｆ ＰＦＣ１．２ ４ 增韧特性指标分析 对于韧性材料，其应力．应变是非线性关系，应 １ｏ４ 化的曲线。 对照表１中数据，由图８可以看出，五种含量的聚 丙烯纤维混凝土韧性指标随纤维含量增大明显增大， 当含量增加到１．８ ｋｇ／ｍ 时，由于强度的降低使得韧 性指标不再增大反而有所减小，含量０．９～１．５ｋｇ／ｍ 的三组混凝土韧性指标较为接近，其中含量１．５ｋｇ／ｍ 的聚丙烯纤维混凝土韧性指标最大。 从７类试件整体情况看，在应变范围较小时，素混 凝土韧性指标要大于其它材料，而随应变范围增大，其 提高幅度不如钢纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土，在 应变范围较大时，钢纤维韧性指标最高，聚丙烯纤维混 凝土其次，素混凝土最小。 在０～０．００５应变范围内，素混凝土的韧性指标比 ＿ｓｏ ｏ０５圜翻Ｓ００１５ 图８ ７类试件韧性指标对比柱状图 Ｆｉｇ．８ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎａｃｉｔｙ ｉｎｄｅｘｅｓ ｏｆ ｓｅｖｅｎ ｇｒｏｕｐｓ 图９韧性指标．应变曲线 Ｆｉｇ．９ Ｔｅｎａｃｉｔｙ ｉｎｄｅｘ－ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅｓ 维普资讯 http://www.cqvip.com 表１ 各组材料韧性指标 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｅｎａｃｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｇｒｏｕｐ 钢纤维混凝土略大，聚丙烯纤维混凝土最小；在０～ ０．０１０应变范围内钢纤维混凝土、含量１．５ｋｇ／ｍ３的聚 丙烯纤维混凝土韧性指标比素混凝土分别提高了 １５．５％和８．５％；在０～０．０１５应变范围内钢纤维混凝 土、含量１．５ｋｇ／ｍ 的聚丙烯纤维混凝土韧性指标比 素混凝土分别提高了２７．２％和１５．２％；在０～０。０２０ 应变范围内钢纤维混凝土、含量１．５ｋｇ／ｍ３的聚丙烯 纤维混凝土的韧性指标分别提高了３７．７％和 １８．９％。 由图９可以看出，由于素混凝土破坏应变比纤维 混凝土要小，因此在０～０．００５应变范围内其吸收能量 要高于纤维混凝土，随应变范围进一步加大，纤维混 凝土的韧性才逐渐得以体现，这说明钢纤维和聚丙烯 纤维对混凝土吸能能力的提高主要表现在达到峰值 应力后材料开始进入破坏阶段。 ５ 结论 （１）由两种耗能分析模型可知，钢纤维的耗能阻 裂作用主要表现在裂缝扩展的初期，其耗能效果与纤 维、基体间粘结强度有很大关系，而聚丙烯纤维混凝 土耗能效果则在裂缝扩展一定程度得以体现。 （２）从单轴冲击压缩试验试件整体破坏形态可以 看出，相同应变率条件下，低含量聚丙烯纤维混凝土 和素混凝土试件破坏程度最大，其破坏表现为明显的 脆性，钢纤维混凝土试件完整性最好，而中高含量聚 丙烯纤维混凝土居中。 （３）五种含量的聚丙烯纤维混凝土韧性指标随纤 维含量增大而明显增大，当含量增加到１．８ ｋｇ／ｍ 时 韧性指标不再增大反而有所减小，含量０．９～１．５ｋｇ／ｍ３ 的三组混凝土韧性指标较为接近，其中含量１．５ｋｇ／ｍ， 的聚丙烯纤维混凝土韧性指标最大，因此，从材料冲 击韧性角度看工程应用聚丙烯纤维含量取０．９～ １．５ｋｇ／ｍ３较为适宜。 （４）从三种材料的韧性指标对比分析看，与素混 凝土相比，两种纤维混凝土韧性指标均有所提高，在 达到其应力峰值后的变形阶段得以体现，在０～０．０２０ 应变范围内钢纤维混凝土、含量１．５ｋｇ／ｍ３的聚丙烯 纤维混凝土韧性指标比素混凝土分别提高了３７．７％ 和１８．９％。 参考文献 【１】汉南特．ＤＪ著．陆建业译．纤维水泥与纤维混凝土【Ｍ】． 北京：中国建筑工业出版社．１９８６． 【２】 ＡＳＴＭ Ｃ１０１８．９４ｂ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｌｆｅｘｕｒａｌ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ａｎｄ ｆｉｒｓｔ－ｃｒａｃｋ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ （ｕｓｉｎｇ ｂｅａｍ ｗｉｔｈ ｈｔｉｒｄ・ｐｏｉｎｔ ｌｏａｄｉｎｇ）【Ｓ】．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，１９９５． 【３】 ＪＳＣＥ ＳＦ４．８４ ＪＳＣＥ ｓａｔｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｉｆｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｓ］．Ｊａｐａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓ， Ｔｏｋｙｏ，１９８４． 【４】 ＡＣＩ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ５４４．Ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔｓ ｏｆ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｉｆｅｂｒ ｒｅｉｆｎｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｊ】．ＡＣＩ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９８８，８５（６）： ５８３—５９３． 【５】 ＪＣＩ ＳＦ４．８３ ＪＣＩ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆｆｉｅｂｒ ｒｅｉｆｎｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｓ】．Ｊａｐａｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｏｋｙｏ， １９８３． 【６】 ＢＡＮＴＨＩＡ Ｎ。ＴＲＯＴｒＩＥＲ Ｊ Ｆ．Ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｌｆｅｘｕｒａｌ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｃｈａｒａｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆｆｉｅｂｒ ｅｒｉｆｎｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ：ｓｏｍｅ ｃｏｎｃｅｒｎｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｉｉｔｏｎ［Ｊ】．ＡＣＩ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９５， ９２（１）：４８—５７． ［７】唐春安，傅宇方，林鹏，孙旭东．短纤维增强复合材料破坏 过程的数值模拟【Ｊ】．力学学报，２０００，３２（３）：３７３—３７７． 【８】 易成，隋成飞，赵景海，唐学潮．钢纤维、合成纤维及两者 混合增强混凝土的抗冲击力学性能研究【Ａ】．全国第七 届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集【Ｃ】．辽宁大 连．１９９８：８—１３． １０５