超韧性纤维混凝土疲劳性能研究

【摘要】普通水泥混凝土是一种疏孔介质状的复合材料，用做路面的水泥混凝土在车辆荷载的反复作用下，内部的疏孔可能发生应力集中，引起内部微裂纹及裂纹的扩张。虽然路面混凝土的疲劳破坏在设计荷载范围内，但由于荷载作用的次数及频率，足以导致混凝土产生疲劳，进而引起路面破坏。因此对纤维混凝土考察其疲劳性能的优劣，关系到纤维混凝土使用寿命及对其耐久性的改善程度。

疲劳性能关系到道路水泥混凝土的使用寿命，抗疲劳性能优良的道路混凝土有着较长的使用寿命。聚丙烯纤维混凝土疲劳性能的研究文献很少。国外有关文献报道了聚丙烯纤维混凝土的低周期抗压疲劳强度的研究成果，为研究在结构中使用聚丙烯纤维混凝土的抗震性能提供了参考。而以抗折强度为设计参数的路面混凝土的疲劳性能的研究文献报道甚少。

近年来，有关聚丙烯纤维混凝土的研究备受国内外专家的关注。如陈栓发进行了普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土的抗压强度、抗折强度及弯曲疲劳对比试验，结果表明，聚丙烯纤维不但能使混凝土的强度提高（抗压强度提高6.75%，抗折强度提高13.86%），在高应力水平下，更可成倍提高混凝土的弯曲疲劳寿命。刘鹏所得试验结果基本与上述结果类似。

1 试验概况

本文选用水泥：粉煤灰：砂：纤维：水=1：1：2：1.1%（占胶凝材料）：15%（水料比），进行弯曲疲劳试验研究。分析比较了不同应力幅，不同应力水平对疲劳性的影响。

2.主要实验设备及疲劳试验参数确定

2.1. 主要实验设备

疲劳试验机采用美国MTS（850型）电液伺服式疲劳试验机，试件按三分点法加荷（同前述弯拉试验）。试验前先对试件反复预加5kN荷裁，以消除因接触不良而造成的误差。

加载模式：应力控制；加载波形和加载频率：加载波形采用连续正弦波形。试验中为加快进度，相邻波形间无间隙时间，同时为避免长时间试验可能出现零点漂移而引起的脱空现象，从而对试件产生冲击作用。

2.2疲劳试验参数的确定

3. 试验结果及分析

3.1实验结果

所有试件在破坏前无明显破坏现象，当达到疲劳强度后，试件突然破坏，由于纤维的作用，试件破坏后仍保持一定整体性，但已不具承载能力。

3.2疲劳方程的建立

现假定在不同应力比下，纤维试件的断裂机理是一致的，即认为试件均是由裂纹引发、扩展所致。

4.结论

1、纤维对混凝土疲劳性能的改善非常显著，同应力比的纤维混凝土疲劳循环次数也相应增加，且远远大于普通混凝土的疲劳性能。

2、试验表明，应力比越大，纤维对混凝土的改性作用就越明显，证实了维纤维的加入大大增强了混凝土的韧性。

3、混凝土疲劳过程是其内部损伤的缓慢积累过程，对内部缺陷有较高的敏感性。聚丙烯纤维对原生裂缝的细化作用和荷载传递功能对裂缝尖端应力场的钝化作用对混凝土的疲劳寿命有较大的帮助。纤维在混凝土成型过程中对其内部裂缝起到了良好的抑止作用，有利弥补混凝土的内部缺陷。

参考文献

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