混凝土冲击寿命的统计分析论文

摘要：玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石作为原料，将其破碎后加入熔窑中，在1450-1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维，掺入适量辅助剂，并经过特殊的表面处理形成的一种新型复合材料，是我国具有自主知识产权的新型纤维产品。下面是小编整理的《混凝土冲击寿命的统计分析论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

混凝土冲击寿命的统计分析论文 篇1：

基于荷载试验的拱式组合桥梁检测

【摘要】桥梁荷载试验的目的是对新建桥梁进行竣工验收和对已建桥梁的运营进行承载力的评定，桥梁荷载试验是一项复杂而细致的工作，技术含量高，涉及面广。桥梁荷载试验是桥梁承载力评价中最有效、最直接和最有说服力的方法。文章简要阐述了桥梁静载试验及动载试验的基本方法和原理。

【关键词】荷载试验；桥梁检测；动力荷载

我国现有桥梁中，部分建造年代久远，常年缺乏应有的维修保养，造成桥梁损坏严重、承载力下降，给交通运输造成很多事故隐患。近年来，随着国民经济的飞速发展，大量低等级的公路被改建、扩建，同时许多桥梁的承载能力和通行能力已远远不能适应现时交通状况的要求，如果对这部分桥梁都进行拆除重建，势必需要投入大量的资金和人力，严重影响现行的交通秩序，同时产生大量的建筑垃圾，造成巨大的资源浪费。

1、荷载试验的目的及项目

1.1 桥梁动力荷载试验的目的

桥梁动力荷载试验的目的是测定桥梁结构的动力特性，即桥梁结构的自振频率、振型、阻尼比等桥梁结构模态参数；测定桥梁结构在动荷载作用下的强迫振动响应，即桥梁结构的动位移、动应力、冲击系数等。通过动载试验和理论分析来了解桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，判断和评价桥梁结构的承载能力和使用条件，分析桥梁病害成因并掌握其变化规律，分析桥梁病害对桥梁各项性能的影响。结合桥梁静力荷载试验结果，对桥梁质量做出合理的评价，为桥梁运营管理及改造提供科学的依据。

1.2 桥梁动力荷载试验的项目

根据测试目的的不同，桥梁动力荷载试验一般分为脉动试验、跳车试验 （冲击试验）、跑车试验等。

1.2.1脉动试验是指当桥面上无汽车行驶和其他的周期性干扰力时，在风、地面微振等环境因素的作用下，桥梁所受的激励是平稳的各态历经宽带随机激励。结构响应的主谐量，是在其固有频率附近的振动，从而通过脉动测试可以确定结构的固有频率。

1.2.2跳车试验（冲击试验）：跳车试验测试汽车跨过15cm高跳板后制动，测量此时桥跨结构在附加汽车质量情况下的衰减振动，确定桥梁的冲击系数，用以分析桥梁结构的振动性质。

1.2.3跑车试验是指桥上跑车试验主要是测试试验汽车在桥上通过时，桥梁结构的强迫振动响应，以及激励后（车辆通过后）振动衰减情况。

2、拱式桥的荷载试验的发展

2.1拱式桥的发展

拱式桥的发展拱桥，在桥梁的发展史上曾经占有重要地位，迄今为止，已有三千多年的历史，并因其形态美、造价低、承载潜力大而得到广泛的应用。关于拱桥的起源，众说纷纭，莫衷一是。事实上，在古代，由于交通不便，人们的活动范围有限，交流不多，同一种结构有多种起源、同时在多处独立发展也是完全有可能的。拱桥，和其它的桥梁结构一样，其发展水平和生产力的发展水平息息相关，始终受力学、材料科学和施工技术的制约。在拱桥发展的早期，生产力发展水平十分低下，其发展十分缓慢。

2.2拱式桥的主要特征

这一时期的拱桥主要有以下特征：拱桥的设计、建造以经验为主；所用的材料多为石材；结构形式以圆弧、实腹式拱桥为主。国外的石拱桥鼎盛于古罗马时代。现存较为著名的两座石拱桥为Pout-du-Gard桥和Alcantara桥。前者建于公元14年，由三层半圆拱组成，其中底层6拱、中层11拱、顶层33拱，总长达270m；后者建于公元98年，共有16个半圆拱，跨径从13.5m到28.2m不等。拱桥在中国也有着悠久的历史。早在公元前282年就有了关于石拱桥的文字记载，考古发现公元前250年周末的墓穴中就有了砖拱。修建于公元606年的河北赵县安济桥代表着中国古代石拱桥建造的最高成就。安济桥跨径37.4m，矢高7.23m，宽约9m，在跨度方面曾保持记录达1350年之久（1956年建成松树坡铁路桥，跨度38m），且至今保存完好。

3、拱式组合桥梁静载试验

3.1应变观测

首先由计算确定桥梁的控制截面，然后在主梁控制截面处粘贴振弦式应变计或电阻应变片测量其应变。由于混凝土材料自身的离散性及裂缝的影响，混凝土桥梁的应变测试结果可能不太理想。通过实测的应变值和理论建模分析计算值的对比，可得到桥梁结构的强度校验系数，该系数反映了桥梁结构实际强度与设计预计值的偏差程度。

3.2挠度观测

用百分表、精密水准仪或全站仪观测桥梁结构在荷载作用下的变形情况。通过实测变形和理论建模分析的对比，可得到桥梁的结构刚度校验系数，它反映了桥梁结构实际刚度与设计预计值的偏差程度。

3.3裂缝观测

加载试验中裂缝观测重点应放在结构承受拉力较大部位及原有裂缝较长、较宽的部位。

静载试验相对于动载试验而言技术相对比较成熟，目前科研热点主要集中于将新型传感技术如GPS、光纤光栅和激光测量等方法应用于实际工程中去；另外，无线传感器技术在最近几年也得到了广泛的推广和应用。

4、拱式组合桥梁动载试验

4.1环境脉动激励试验

环境脉动激励输入与附近激励源类别和特性相关。不同的激励源，由于产生机理不同，其频带范围和幅值大小往往也不同。如车辆交通引起的地脉动，其幅值大小一般不超过0.2 m/s2，频带范围在0～80Hz；而风荷载的频带范围则在0～10 Hz。实际输入到桥梁结构的激励幅值大小和频带范围则与结构物自身及场址环境等诸多因素相关；很多桥梁场址处的环境激励源往往难于确定，且很可能会同时存在多个激励源的影响。因此，在理论分析中往往将环境脉动激励输入近似简化为随机白噪声。将结构在环境随机脉动激励下的振动信号进行分析，即可得到结构的频率、振型和阻尼。环境脉动激励试验方法不需要使用笨重的激振设备，因此，该方法对于难于进行普通加载试验的超大跨桥梁结构具有独特的优势。

4.2车辆冲击试验

车辆冲击试验可按车辆激励方式的不同分为跑车试验、制动试验和跳车试验。由于车辆荷载是桥梁所承受的主要设计荷载之一，通过在试验中模拟车辆的实际作用如跑车、制动和跳车等行为，可更有效地把握桥梁的实际承载能力与工作特性。车辆和桥梁的作用问题实质上是车辆-路面-桥梁的相互耦合作用问题，其机理十分复杂。由车辆冲击试验可以得到桥梁的冲击系数，为桥梁设计所需的重要参数之一。瑞士EMPA试验室曾进行了大量中小跨径公路桥梁的跑车试验，由试验数据分析回归得到了梁桥基频的经验计算公式，同时也得到了桥梁的模态阻尼比和冲击系数的分布情况。试验数据统计分析结果表明，桥梁的基频实测值与理论预测值吻合良好。模态阻尼比值则相当离散，所测211座桥梁的最大模态阻尼比值是最小模态阻尼比值的25倍。结构的损伤破坏将在一定程度上增大其阻尼值，但对于桥梁阻尼与结构状态的明确对应关系仍需进一步深入研究。需注意以上跑车试验、制动试验和跳车试验所得到的冲击系数往往具有较大的区别，其所代表的含义也有所不同。

5、结束语

拱式组合桥梁荷载试验结果在桥梁结构承载力评估中具有不可替代的作用，工程上比较通用的方法是采用车辆加载的静载和动载试验。就目前而言，存在的主要问题是如何更精细、更有效地利用荷载试验得到的数据结果有效地识别结构的损伤和承载力水平状况，并由此评估结构的可靠度水平和预期寿命，并用以指导结构的维修养护。

参考文献：

[1]王 刚.基于荷载试验的拱式组合桥梁检测与加固应用研究[J]湖南大学2013

[2]崔国宏，沈东强，高丽.新保安大桥成桥静动载试验研究[J].铁道建筑，2010（8）

[3]苏超云，李德建.湘江北大桥动载试验结构状况研究[J].科技视野，2009（11）

作者：潘长胜 赵云强

混凝土冲击寿命的统计分析论文 篇2：

土木工程领域玄武岩纤维复合材料（BFRP）应用性能研究

摘 要：玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石作为原料，将其破碎后加入熔窑中，在1450-1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维，掺入适量辅助剂，并经过特殊的表面处理形成的一种新型复合材料，是我国具有自主知识产权的新型纤维产品。在土木工程领域中，除了具有相对较高的强度和弹性模量外，还具有耐高温、耐腐蚀、抗酸碱、抗辐射、绝热隔音、环保等适应于各种环境下使用的优异性能，且性价比好，是一种纯天然的无机非金属材料。但由于玄武岩纤维发展至今时间还比较短，产品性能还不是很稳定，针对其在土木工程中的应用的相关研究还比较少，积累的工程经验还很欠缺。因此，文章针对玄武岩纤维的应用做了一些试验研究。

关键词：玄武岩纤维；土木工程；性能；研究

1 项目介绍

1.1 立项的必要性

玄武岩纤维筋（BFRP）由于具有高強度、耐腐蚀、重量轻、成本低等优点，且其原材料来源立足于我国丰富的玄武岩自然资源，近年来已进行少量研究。除了前述提到的高强度等优点外，相对于钢筋易腐蚀、焊接点多、焊接长度浪费大的不足，BFRP筋可以纵向连续生产，并可根据连续配筋水泥混凝土长度进行配置，节约了连接长度和减少筋的连接工序，能大大提高工程建设进度。

以BFRP筋取代钢筋的连续配筋混凝土则是近年来出现的新型材料，以其节省钢筋、节能环保等优点，显示出良好的应用前景，但国内外相关研究及应用是近几年刚开始，因此，针对我国玄武岩、水泥资源丰富而金属资源日益匮乏的现实情况，结合节约钢铁资源促进可持续发展的未来发展趋势，研究和推广BFRP筋连续配筋具有很好的发展前景和应用价值。

1.2 国内外研究现状及发展趋势

玄武岩纤维是前苏联经过30多年研究开发的高科技纤维，作为一种具有极佳力学性能和耐腐蚀性能的新型复合材料，在混凝土结构中具有替代钢筋的巨大潜力，已受到美国、日本等发达国家的广泛关注。

2002年玄武岩纤维才被列为国家863计划开发项目，2005年我国就成功研发出了玄武岩纤维。2007年国家已明确将连续玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维一并列为我国中长期重点发展的四大高新技术纤维。

国内虽然对玄武岩纤维的研究相对较晚，但已经取得了长足的发展和显著的成果。由浙江石金玄武岩纤维有限公司牵头制订的《水泥混凝土和砂浆用短切玄武岩纤维》（GB/T23265-2009），是我国乃至全球第一个有关玄武岩纤维的国家级技术标准，已于2009年11月5日全面实施。这些标准的制定及实施为玄武岩纤维的生产和应用提供依据。

总之，对玄武岩纤维性能的研究及利用符合新时期发展的趋势，符合我国保护环境、提倡节约的基本国策，具有广阔的市场需求。

1.3 研究目标

本项目基于理论分析和试验研究，对复杂环境下现有BFRP的基本力学性能、化学稳定性、热稳定性、疲劳性能和冲击韧性等展开详细深入的研究，分析BFRP在疲劳和冲击作用下的破坏机理，建立BFRP的疲劳、冲击等力学性能模型，探究玄武岩纤维复合材料的应用价值和改良方略。

2 实验概况

2.1 玄武岩纤维复合材料化学稳定性，耐化学腐蚀性，耐碱性研究

首先，将BFRP在不同浓度的酸、碱溶液中进行浸泡处理，观察玄武岩纤维材料形貌、成分等随酸、碱腐蚀损伤的变化规律；然后，通过试验测试处理后BFRP的质量、强度以及弹性模量等物理参数的变化情况，对质量保留率、强度保留率、弹性模量保留率等性能参数展开计算和分析；最后，基于试验数据研究BFRP的酸碱侵蚀过程及作用机理。

2.1.1 耐酸性

把玄武岩纤维在强酸中放置时间长（超过100h）时强度降低15%-20%，通过下图中可以看到E-玻纤和玄武岩纤维在盐酸中放置一段时间后强度的变化，玄武岩纤维无捻粗纱强度降低速率低于E-玻纤，单径越小，降低速率越慢。

通过实验，E-玻纤与强酸反应时，易被侵蚀，故不适于用在酸性环境。玄武岩纤维浸泡在酸中，开始断裂强度迅速降低，这与吸收介质和化学组成部分溶解有关；随后保护膜逐渐形成，纤维腐蚀和强度降低因分散障碍物的形成而降低。

在20%HCl中浸泡后，无捻粗纱的断裂强度损失值。（1）玄武岩纤维捻粗纱，No.13；（2）玄武岩纤维无捻粗纱No.1；（3）E-玻纤，No.5。

2.1.2 耐碱性

玄武岩纤维的耐碱性优于玻璃纤维。在2MNaOH 溶液溶液中煮沸 1小时，在腐蚀一小时后，玄武岩纤维的强度保持率下降至 20%左右，发生了严重的脆化现象；而 S-2 玻璃纤维（比E-玻纤强度高25%以上的高强度玻璃纤维）由于其体积完整性已经遭到了破坏，纤维已经高度脆化，强度保持率几乎已经下降为零。

2.2 质量保留率

本实验将玄武岩连续纤维、和 E- 玻璃纤维纤维进行烘干处理，然后称重记录，随后分别2MNaOH 溶液和 2MHCl 溶液中煮沸2 小时，分时间段取样。将取得纤维冲洗并对纤维进行烘干处理。然后测量其质量的变化。可以得出两种纤维在不同的介质作用下其失重率不同。在强碱性的 NaOH 溶液中的玄武岩连续纤维的质量保留率为 95.2%，而E- 玻璃纤维纤达到了 45%。在酸性介质 HCl 溶液中煮2小时后，玄武岩连续纤维的质量保留率仅仅为92.1%，远远大于E- 玻璃纤维纤的 75.3%。从质量保留率角度看，通过实验玄武岩纤维与玻璃纤维相比，玄武岩纤维耐酸碱性能更为优越。

2.3 玄武岩纤维复合材料耐热和耐潮湿稳定性研究

采用加速热和加速潮湿的方法测试。把玄武岩复合材料放在过热水蒸气中（T>100C），保证较薄样品迅速达到含水量较高的成度来比较明显地显示强度的变化。可以将玄武岩样品放在具有自动调节温度功能的高压锅中。实验结果如下。（温度T 在117-120℃间，压强P≈2.18atm。）

单丝直径13μm的玄武岩纤维复合材料经光泽整理系统修饰后，其性能优于玻璃纤维复合材料和经光泽系统整理后的细玄武岩纤维复合材料。实验证明：玄武岩纤维材料的耐热和耐潮湿性优于玻璃纤维复合材料。

2.4 粘结性能

玄武岩纤维复合材料与混凝土的粘结力强，高于国家标准（拉拔强度>Mpa，国家标准为30Mpa）。其高粘结反应通过高聚物基本反应层的高残余应力证明。通过在纤维表面涂覆表面改性剂能够降低玄武岩纤维残余应力。同时，试验结果表明：玄武岩纤维筋与混凝土试验粘结强度随着玄武岩纤维筋表面螺纹深度与螺纹间距的变化而变化；有螺纹玄武岩纤维筋的粘结强度明显高于无螺纹玄武岩纤维筋，玄武岩纤维筋最佳螺纹间距约为筋直径长度的80%，最佳螺纹深度约为直径长度的10%；拉拔试件的破坏形态均为玄武岩纤维筋与混凝土接触面混凝土的剪切破坏而拔出。

2.5 玄武岩复合材料筋混凝土梁力学性能比较

采用压力机进行加载，即在模型梁上表面逐级增加荷载（加载速率设定为10mm/min），直至梁裂开。典型加载曲线如下图所示，取荷载峰值（电脑数码显示）作为有效加载值。

加载曲线

2.5.1 BFRP加筋混凝土梁的抗弯性能实验研究

为防止受力点局部应力集中，发生局部混凝土压碎在梁支座和三分点处放置立方体垫块。位移计（D1-D3）监测跨中和支座沉降。应变计（S1-S3）测量梁截面不同高度的应变。采用分级加载，出现裂缝前每级荷载5KN；裂缝出现后每级荷载为3KN，每级荷载加载爱完毕后持续2min，记录实验数据；待裂缝发展较宽后，不再逐级加载，连续加载直至加载破坏。

玄武岩筋梁加载图

2.5.2 试验试件现象及分析

BFRP加筋混凝土梁从加载至裂缝即将出现，但混凝土梁还没有裂缝，混凝土全截面工作，混凝土处于弹性工作状态，但是增加的速率很小，荷载-挠度曲线呈线性状态；随着荷载的增加，受拉区边缘混凝土的拉应变达到极限拉应变，拉应力达到混凝土抗拉强度。在混凝土梁最弱截面上出现第一批裂缝，在有裂缝的截面上，受拉区混凝土退出工作，把它原承担的拉力转移到BFRP筋，此时，发生了明显的应力重分布，BFRP筋的拉应力随荷载的增加而增加。由于BFRP筋的弹性模量小，裂缝开始急剧开裂，混凝土受压区不断缩小，挠度增长速率大大加快，荷载-挠度曲线斜率较屈服前明显变小，并仍大致呈直线状态。荷载继续增加，受拉区BFRP筋尚未达到屈服前明显变小，并仍大致呈直线状态。荷载继续增加，受拉区BFRP筋尚未达到屈服强度，但是受压区混凝土被压碎。

受弯试验示意

BFRP梁荷载-挠度曲线

由上图可知：BFRP加筋混凝土梁随配筋率的增加，极限荷载不断增大，挠度也相应增加，试验结果与理论计算结果相符。同时，在BFRP筋屈服后，其承载能力仍在继续增加，且增加量很大。随着荷载的增加，其挠度值也大大增加，荷截面变形迅速发展并达到极限变形，这也是导致构件破坏的一个原因。

对比梁M1与M4、M2与M5、M3与M6，它们的配筋率、混凝土强度相同，只是纵向筋类别不同。由图4可知，在加载初期，M1—M3（钢筋混凝土梁）应力增长较快，而挠度增加较慢；M4—M6（BFRP筋混凝土梁）应力增长缓慢，而挠度增加较快。BFRP筋混凝土梁应力增长缓慢的原因是，BFRP筋的弹性模量较小，在变形不大的情况下，很难有较大的应力增幅。虽然BFRP筋混凝土梁没有明显的屈服点，但是由于BFRP筋弹性模量较小，以及混凝土的塑性强，在施加荷载后期，仍会产生较大的挠度，使其具有较好的延性。

荷载——应变图

荷载——挠度（中点处）图

2.5.3 BFRP 加筋混凝土梁开裂荷载、极限荷载

加筋混凝土梁的开裂机理与钢筋混凝土梁基本相同。通过实验得出下表数据。当梁内混凝土应力达到混凝土的抗拉强度时出现裂缝。裂缝出现后，开裂截面混凝土的应力得到释放而变为零，释放的应力通过混凝土与BFRP 筋的粘结力传递给BFRP筋。随着荷载的增加，在裂缝之间会继续出现新的裂缝，直至混凝土的应力低于其抗拉强度。由于试验时难以精确获取构件第一条裂缝出现时的荷载值，故荷载—挠度表仅给出实测开裂荷载级范围。试验所得各简支梁开裂荷载如荷载—挠度表所示。

M4—M6实测开裂荷载略高于理论计算荷载，这是因为现行规范的截面抵抗矩塑性影响系数取值偏于保守造成的。另外，BFRP筋配筋率对开裂弯矩有一定的影响，但影响程度有限。这是因为当达到开裂弯矩时，纵筋的应力还很小，对开裂弯矩的贡献较小，所以开裂弯矩主要取决于混凝土的抗拉强度。试验所得各简支梁的实测极限荷载与理论计算值比较见荷载—应变表，表中理论极限荷载值由 GB50608—2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》计算公式得到。

从荷载—应变表可知，BFRP筋的理论值均稍大于实测值，原因在于梁的破坏是混凝土达到受压极限引起的，此时的BFRP筋并没有完全破坏，尽管BFRP不像钢筋那样具有明显的屈服点，但随着应变不断增加，纤维产生磨损以及BFRP筋外表面的肋发生断裂，这些都可能造成BFRP筋与混凝土之间粘结滑移，BFRP筋的极限荷载略低于钢筋混凝土梁。

3 玄武岩纤维的抗拉弹性模量

研究证明，BFRP筋的抗拉弹性模量仅为钢筋的23%左右，由于BFRP筋的抗拉弹性模量低，可在BFRP筋中掺入钢丝，研制成了高模量的玄武岩纤维-钢丝复合筋.BFRP筋的抗拉弹性模量随直径增大逐渐降低；掺杂钢丝可以显著提高BFRP筋的抗拉弹性模量.这方面还有待研究，以提高BFRP筋的抗拉弹性模量。

4 项目特色

本项目首先对现有主要生产厂家提供的玄武岩纤维增强复合材料制品的物理力学性能参数进行调研和试验验证，基于概率论与统计学的知识对各物理力学性能参数展开统计分析，结合国外规范要求给出各设计参数取值范围；然后，采用酸碱模拟环境和高低温模拟环境对现有市面上的玄武岩纤维复合材料制品进行化学稳定性、热稳定性、耐碱、耐化学腐蚀分析，考察各环境工况下材料的性能变化情况；最后，建立测试玄武岩纤维复合材料疲劳性能和冲击性能的试验方法，研究复杂环境下疲劳和冲击性能、耐热、潮湿性和粘结性能的变化情况，为玄武岩纤维复合材料在工程领域的应用和推广提供参考。

5 应用前景

玄武岩纤维复合材料因其强度高、耐久性好和环保等优异性能，其研究开发目前获得了国家的大力支持。2007年国家在《中国化纤工业发展战略研究报告—高新技术纤维分报告》中，已经明确将玄武岩纤维与碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维一并列为我国中长期重点发展的四大高新技术纤维。究其原因在于以下两点：

一是，传统钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀一直是一个重要课题，尤其在海洋、道路、化工及盐害地区结构工程中，钢筋锈蚀十分严重，是结构丧失原有承载力，难以达到预期使用寿命的主要因素。我国仅2013年因钢材锈蚀造成的经济损失高达1000亿人民币，而且有逐年递增的趋势。二是，BFRP材料具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、无磁性等优良特性，可以显著提高结构的耐久性和使用寿命，充分体现现代化结构工程发展的需要和社会对基础设施长寿命化的需求，具有很高的研究和开发价值，且在生产过程中无污染、环保，符合国家可持续发展战略。

参考文献

[1] 李正良，张春涛，范文亮，王汝恒.薄壁方钢管新型梁柱节点抗震性能试验研究[J].工程力学，2013（02）.

[2] 霍宝荣，张向东，宋洋.玄武岩纤维加筋梁抗弯性能试验研究[J].工业建筑，2011（08）.

[3] 金冰.玄武岩纤维复合材料及其加固钢筋混凝土梁试验研究[J].浙江工业大学，2010（5）.

[4] 陈寅春.玄武岩纤维混凝土梁的试验研究[D].重庆交通大学，2011.

[5] 李炳宏，江世永，飞渭.玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯破坏形态有限元分析[J].中国塑料，2011（03）.

[6] 沈新，顾兴宇，陆佳颖.玄武岩纤维_BFRP_筋与混凝土粘结性能试验研究[J].交通运输工程与信息学报，2010（3）.

作者简介：高经纬，男，汉族，安徽亳州人，西南科技大学土木工程与建筑學院，荣获四川省首届大学生结构设计大赛“二等奖”，绵阳市“三好学生”，西南科技大学“成绩优秀奖”。

作者：高经纬

混凝土冲击寿命的统计分析论文 篇3：

聚丙烯纤维在混凝土工程中的应用探析

摘要:当前,我国的建筑工程在数量和质量上均得到明显地提高和改善,但同时也暴露出许多问题,其中以裂缝问题最为普遍。而在混凝土或砂浆中掺加聚丙烯纤维,能够减少混凝土及砂浆的收缩裂缝,并能提高耐久性,因此使用聚丙烯纤维是提高混凝土工程质量的一个有效途径,拟就此进行探讨。

关键词:聚丙烯纤维;混凝土;施工

文献标识码:A

随着我国国民经济持续稳定的快速发展,人民的居住水平和生活环境也得到了很大程度的改善,建筑工程在数量和质量上均得到明显的提高和改善,人们对建筑质量的关注日益增多。混凝土是结构工程中用量最多、应用最广的建筑材料,在人们的传统观念中,总认为混凝土是极为耐久的,因此,对混凝土结构的使用寿命期望值很高。然而事实上,随着使用时间的延长和使用环境的变化,混凝土结构也往往表现出“早损坏,短寿命”的特征,混凝土结构的耐久性问题已成为结构工程领域不容忽视的重要问题。据中国消协有关统计数据和调查结果的汇总统计分析,2004-2006年,我国住宅工程质量问题统计表中,墙面、地面、屋面等处出现裂缝,屋面、外墙、卫生间或厨房地面渗漏排在前二位,且从反映趋势来看,消费者在此方面的投诉在未来一段时间内有增无减。据多年的施工实践表明,在混凝土中掺入微盈的聚丙烯纤维,使聚丙烯纤维通过搅拌均匀地乱向分布在混凝土中的,可以使混凝土的抗拉强度、变形能力、耐动荷能力大大提高,从而提高混凝土工程的使用寿命,增强建筑工程的质量。

1 聚丙烯纤维性能

聚丙烯纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯类纤维,呈丝状或网状细纤维。它是一种新型的混凝土增强纤维,被称为混凝土的“次要增强筋”,其强度较高(抗拉强度200-300Mpa),比重比一般聚合物低(0.91),完全不吸水,为中性材料,与酸碱不起作用,抗老化性能好。燃点为590℃,熔点160-170℃,极限拉伸15%,导电、导热性能低,弹性模量不低于3000Mpa,在混凝土中拌和时有良好的分散性,具有能改善混凝土的抗裂性、抗渗性,提高混凝土的抗冲击韧性、抗冻性能,改善高性能混凝土高温爆裂性能等优点。

2 聚丙烯纤维在混凝土中的作用机理

对于聚丙稀纤维在混凝土中的作用机理,可以从以下两方面去分析。首先,从聚丙稀纤维改变混凝土内部水分迁移方面来看。混凝土成型后,由于水和水泥基材料的亲润性,在水分蒸发时,表层材料毛细管中便形成凹液面,而凹液面上张力的垂直分量形成了对管壁及管壁间材料的拉应力,此时材料即处于干缩性阶段。混凝土内部水分迁移,其干缩经历了毛细孔张力作用,层间水作用以及结晶水作用三个过程。当在混凝土中掺入聚丙稀纤维材料后,由于此时表层材料中存在纤维材料,使得其失水面积有所减小,水分的迁移较为困难,使毛细管张力作用大为减小。再次,从聚丙稀纤维混凝土基体受力、变形方面来看。聚丙稀纤维密度很低,当少量掺入时即有大量纤维存在于混凝土中,纤维一方面填充了内部孔隙,增加了整体的密实性;另一方面大量乱向分布于混凝土中,纤维起到了阻止裂缝产生的作用。当微裂缝产生后,微裂缝发展过程中必然碰到多条不同向的纤维,由于遭遇到纤维的阻挡,消耗了能量,裂缝发展受到约束。从受力分析去考虑,乱向分布的聚丙稀纤维在裂缝扩展经过纤维横截面时,也承担了部分收缩应力。因此聚丙稀纤维加入到混凝土中起到了阻止、牵制裂缝发展,从而改善混凝土的性能。

3 纤维混凝土制备和施工要点

3.1 材料要求

3.1.1 聚丙烯纤维

一般来说,建筑工程中选用的材料为改性后的截面为三叶形的聚丙烯纤维。

3.1.2 骨料

骨料粒径越大,纤维越容易受骨料排挤压迫,单位体积内纤维含量增加,纤维容易纠结成球,纤维球又会造成骨料间分离。为了避免上述情形发生,必须选用粒径较小的骨料。因此,粗骨料粒径应≤20mm。

3.2 施工要点

3.2.1 原料进厂

按批次抽样检验后,各种原材料方可入厂。聚丙烯纤维作为聚丙烯纤维混凝土的重要原材料之一,应注意以下几点:通过厂家提供的产品合格证及检验报告,判断该種纤维是否满足该种混凝土的要求;生产厂家将聚丙烯纤维按一定重量分袋包装(0.6kg/袋-0.9kg袋),方便计量、投放。聚丙烯纤维不宜暴晒,应堆放在干燥、阴凉处,以免老化变性。

3.2.2 配合料搅拌

(1)根据每次搅拌混凝土的体积,按照配合比要求(或建议掺量)正确计量每次加入的纤维量将纤维投入上料系统;

(2)将集料连同纤维一起加入搅拌机,搅拌时调整干拌时间较普通混凝土增加25%,加入水泥和水后湿拌时间较普通混凝土增加30%,使纤维充分分散;

(3)搅拌完成后随机取样,如纤维已均匀分散成单丝,则混凝土可投入使用,如仍有成束纤维则延长搅拌时间20-30s即可使用;

(4)为改善拌合物的和易性,可掺加适量的引气剂、也可掺人不超过水泥用量20%的粉煤灰(Ⅱ级)。

3.2.3 输送

输送系统是连接生产和施工的纽带。包括混凝土输送车辆、泵机、泵车和输送管道。

(1)输送过程中是要求始终使聚丙烯纤维混凝土拌合物保持均匀、不离析、不分层状态。混凝土罐车在输送过程中罐体须保持3-6r/min的转速转动,及时将混凝土送到指定浇筑点。拌合好的纤维混凝土由搅拌站输送至浇筑部位,时间不应超过60min;

(2)输送过程中严禁司机、施工人员向聚丙烯纤维混凝土中加入生水调节和易性,否则会严重影响混凝土的质量;

(3)聚丙烯纤维混凝土施工过程中应保证充足的输送能力,以保持混凝土浇筑的连续性。

3.2.4 泵送

(1)开始泵送时,混凝土处于慢速、匀速并随时可反泵的状态。泵送速度先慢后快,逐步加速。同时,观察混凝土泵的压力和各系统的工作情况,待各系统运转正常后,方可以正常速度进行泵送;

(2)泵送前,应先用适量与混凝土成分相同的水泥砂浆润滑输送管内壁。预计泵送间歇时间超过45min或混凝土出现离析现象时,应立即用压力水或其他方法冲洗管内残留的混凝土;

(3)将高强混凝土倒人料斗时,应注意下料的高度和方向,以免高强混凝土离析或骨料过于集中。

3.2.5 浇筑及养护

(1)混凝土入模后,处于松散状态,不仅不能很好地填满模具,而且其强度和对钢筋的握裹力都不能达到设计和使用要求。浇筑聚丙烯纤维混凝土采用高频振捣器,分层与布点要合理,避免欠振与过振;

(2)使用插入式振动器进行捣实。振动频率和时间以能使拌合物中的所含空气成分逸出为准,达到表面平整、强度等各种性能符合设计要求。振动器震动间距控制在3O-40cm,插入深度约50mm,板面使用二次振捣工艺,20-30min后进行复振;

(3)浇筑完毕后应根据季节不同,及时做好养护工作。使聚丙烯纤维混凝土表面处于温润状态,保证早期强度的增长。

3.3 纤维混凝土质量控制要点

(1)严格按照国家相关的标准、规范对入场的砂、石、水泥、粉煤灰、外加剂、掺合料等原材料进行抽检,确保原材料的质量;

(2)加强对实验室的技术管理,确保配合比科学、合理、经济;

(3)采用合理的生产工艺,并对生产过程进行实时监控,维护好设备的正常运转,确保拌和物的质量。

4 语结

总之,混凝土是当今社会工程建设的主要原材料,但混凝土开裂引起的耐久性问题一直影响着工程建设及维护。而在混凝土中加入聚丙烯纤维,利用聚丙烯纤维的作用机理,能有效抑制裂缝的产生与发展,且性能可靠,单位造价不高,经济效益显著,施工操作简单方便。因此,使用聚丙烯纤维是提高建筑工程质量的一个有效途径,值得推广。

参考文献

[1]徐今,顾辉军.聚丙烯纤维在结构防裂工程中的应用[J].建筑施工,2007,(5).

[2]沈建东.聚丙烯纤维在混凝土工程中的应用[J].科技创新导报,2010,(15).

[3]霍善珍,李长河.聚丙烯纤维混凝土技术在工程使用中的发展[J].中小企业管理与科技,2008,(3).

作者：黄令声