摘 要:在静压抗折试验与疲劳试验的基础上建立钢纤维增强聚合物改性混凝土与钢纤维混凝土的疲劳方程,分析了在钢纤维混凝土中加入聚合物对混凝土疲劳性能的改善作用,指出钢纤维增强聚合物改性混凝土在桥面铺装应用中的耐久性,以提高桥面铺装层的使用品质和延长其使用寿命。
关键词:钢纤维混凝土,聚合物,疲劳,耐久性
中图分类号: TU528. 572 文献标识码:A
桥面铺装层直接承受行车荷载、梁体变形和环境因素的作用,既是保护层又是受力层,应具有足够的强度和良好的整体性,并能满足抗裂、抗冲击、耐磨性能等各项要求。随着交通量的不断增加,对桥面铺装层的要求也越来越高,其各项路用性能尤其是耐久性能更加受到人们的重视。
钢纤维混凝土(SFRC) 在近些年的桥面铺装工程应用中得到了广泛的发展,与素混凝土相比,钢纤维混凝土有较高的抗弯拉强度、耐磨性、耐用热性、耐冲击性以及较高的疲劳强度,在很大程度上改善了混凝土的各项路用性能。同时,由于钢纤维的加入,也较大地提高了混凝土的脆性,使混凝土的柔韧性显著降低。在钢纤维混凝土中加入聚合物即得到钢纤维增强聚合物改性混凝土(SFRPMC) ,可较大地改善混凝土的韧性,且钢纤维与聚合物的协同作用将明显克服其弱点,使各组分性能得到充分发挥,提高桥面铺装层的使用耐久性。
1 弯曲疲劳试验
1. 1 试验原材料
水泥:32. 5 普通硅酸盐水泥;
砂:河砂,细度模数为2. 82 ,连续级配;
石子:碎石,最大粒径20 mm ,连续粒径,级配合格;
外加剂:FSW27 型引气减水剂;
钢纤维:江苏宜兴军威钢纤维厂生产的剪切型钢纤维,其长径比为50 ;
聚合物:齐鲁石化生产的水泥改性专用丁苯乳胶乳液,固含量为50 %。
1. 2 试验配合比(见表1)
为了同钢纤维混凝土进行比较,钢纤维增强聚合物改性混凝土除另外加入聚合物乳胶外,其他材料与钢纤维混凝土相同。
1. 3 试件制作与养护
弯曲疲劳试验的试件用150 mm ×150 mm ×550 mm 的模具浇筑。试件制作24 h 后脱模,在标准养护室养护28 d 后开始疲劳试验,试验前7 d 从养护室取出晾干。
2 试验结果与分析
2. 1 抗折强度(见表2)
试验结果表明,在聚灰比为5 %时,钢纤维增强聚合物改性混凝土与钢纤维混凝土的抗弯拉强度并无较大差距,这说明掺入乳胶并不一定能够提高钢纤维混凝土的抗折强度。
2. 2 弯曲疲劳特性
钢纤维增强聚合物改性混凝土的应力比与疲劳寿命间的关系可以采用与普通混凝土相似的形式,即:
σ1/σ=α- βlg Nt 。
式中:σ1 ———疲劳强度,MPa ;
σ———静载一次作用下的极限弯拉应力,MPa ;
α,β———回归参数,由试验条件、加载方式及材料特性等因
素决定;lg Nt ———疲劳破坏次数。
试验结果(见表3) 显示,钢纤维增强聚合物改性混凝土在聚灰比为5 %时,疲劳性能可较钢纤维混凝土有显著增强。乳胶聚合物的掺入与钢纤维的共同作用能提高混凝土的断裂韧性,从而提高混凝土的抗折疲劳性能。钢纤维增强聚合物改性混凝土的疲劳曲线变陡,疲劳寿命随应力变化的敏感程度也有所增加(见图1) 。由疲劳方程可以发现,随应力比的增大,钢纤维增强聚合物改性混凝土的疲劳寿命将成倍的增长,即钢纤维增强聚合物改性混凝土在重交通荷载作用下具有优良的寿命。由此可见,钢纤维增强聚合物改性混凝土的疲劳性能有所提高,但同时也提高了混凝土的应力敏感程度。
3 结语
桥面铺装层是桥梁结构中非常重要的组成部分,钢纤维增强聚合物改性混凝土应用于桥面铺装,改善了混凝土的韧性,使其更能适应重交通荷载作用,有利于提高桥面铺装层的使用品质和延长其使用寿命,具有明显的质量保证,会产生较高的经济和社会效益。
参考文献:
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