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超高性能混凝土的单轴受压试验研究 减少结构负担和提高结构耐久性是引起人们注意的一本书。因此采用具有优异性能的新型建筑材料对于提高结构的有效性和耐久性极具意义, 如纤维增强塑料 (fiber reinforced polymer) 和超高性能混凝土 (ultra high performance concrete) 。 碳纤维增强聚合物CFRP (carbon fiber reinforced polymer) 具有优异的性能, 如比强度 (强度/单位体积的重力) 大、免锈蚀、抗疲劳性能好和低松弛等, 成为目前解决普通预应力钢筋耐久性问题最具潜力的选择之一。国际上对FRP筋的研究已取得大量研究成果并已实际应用, 且已编制相应规范。我国对FRP筋增强混凝土结构特别是预应力混凝土结构的受力性能的研究也已起步。 UHPC源于活性粉末混凝土 (reactive powder concrete, RPC), 是一种具有韧性高、抗压强度高和耐久性能好等优异性能的材料, 且UHPC的徐变和收缩现象极微小, 热养护后UHPC的徐变系数不到0.2, 基本没有收缩。目前国内外在UHPC的组成材料和配比、制作和养护及其物理力学性能方面的研究较多, 但对配筋UHPC结构构件的基本力学性能、设计计算理论和工程应用方面的研究较少, UHPC的工程应用研究尚处于起步阶段, Sherbrook人行桥 (加拿大, 1997) 、Shepherds Bridge (澳大利亚, 2002) 和Wapello County Mars Hill Bridge (美国, 2006) 已成为UHPC应用进展的标志性建筑。 鉴于UHPC和CFRP的优异性能, CFRP预应力UHPC结构将成为一种具有优异性能的新型配筋混凝土结构。本文介绍配置CFRP预应力筋UHPC梁的受力性能的试验研究。 1 试验梁的设计及参数 试验梁为6根配置碳纤维CFRP预应力筋简支T梁。梁长4 800 mm, 计算跨度为4 500 mm, 跨高比为15∶1。试验梁具体截面尺寸及配筋见图1。试验梁的参数选取为张拉控制应力、翼缘宽、预应力度和预应力筋黏结方式, 见表1。其中部分黏结梁跨中无黏结长度为3 400 mm。 1.1 减水剂、水泥、钢纤维 UHPC的配制原理是基于最大密实度理论, 提高材料匀质性及颗粒密实度是UHPC材料设计的基础。试验中UHPC材料配比为水泥∶硅灰∶石英粉∶石英砂∶减水剂=1∶0.25∶0.3∶1.1∶0.025, 其中水胶比为0.21, 钢纤维体积掺量为1.5%。水泥为42.5级普通硅酸盐水泥;减水剂为可溶性树脂型高效减水剂;石英砂粒径为0.4～0.6 mm;石英粉平均粒径为50×10-6mm。钢纤维采用镀铜光面平直钢纤维, 其直径为0.16±0.005 mm, 长度为12±1 mm, 抗拉强度>2 000 MPa。 UHPC试件成型后24 h拆模, 再在养护池内80±2℃的热水中养护48 h后冷却至室温。 1.2 试验装置与数据采集 采用刚性辅助架增加试验机刚度的方法测定UHPC轴心受压应力-应变全曲线。试验装置见图2。 试验试件为4个100 mm×100 mm×400 mm的棱柱体。试验数据由DH5937应变采集系统自动采集。传感器为2 000 kN力传感器, 4个5 mm引伸仪。引伸仪测量标距为300 mm。 1.2.1 试验结果分析 UHPC受压全曲线见图3。由图3可见, UHPC的应力-应变曲线上升段可描述为:σ≤0.75fc, 应力-应变曲线近似呈直线变化;σ>0.75fc, 应力-应变曲线呈曲线变化。在接近峰值应力时, 可听见轻微的钢纤维拔出声, 裂缝宽度极其微小;4个试件 (P1、P2、P3、P4) 峰值应力时的应变分别为3 550×10-6、3 346×10-6、3 419×10-6和3 588×10-6, 平均值为3 475.8×10-6;相应的轴心抗压强度为114.7 MPa, 109.7 MPa, 112.2 MPa, 111.3 MPa。 在下降段, 4个试件的应变分别达到4 645×10-6、4 563×10-6、4 437×10-6和4 616×10-6时, 平均值为4 565×10-6, 试件出现明显可见的贯通裂缝, 试件被裂缝分割成两个或多个小柱体, 并伴随清脆的开裂声, 部分钢纤维被拉断。但由于钢纤维的作用, 混凝土并没有溃散且能承受较高的荷载, 此时相应的应力为102.2 MPa、89.8 MPa、93.3 MPa、90.1 MPa, 相应于峰值应力为:0.89、0.82、0.84、0.81, 平均值为0.84。随着应变继续增大, 裂缝不断扩展直至钢纤维被拉断。 基于以上试验及分析结果, 可取UHPC峰值应变为3 500×10-6;试件出现