钢纤维混凝土劈裂抗拉强度试验设计

北方工业大学

课程名称：高等钢筋混凝土结构专业班级：土木研-14

学生姓名：学号

任课教师：张燕坤

成绩：

评语：

钢纤维混凝土劈裂抗拉强度试验设计

1、试验名称

钢纤维混凝土劈裂抗拉强度试验设计

2、试验的目的意义

①了解并掌握混凝土的抗裂度指标；

②学会劈裂抗拉试验的测量方法，分析钢纤维混凝土与普通混凝土之间的抗拉性能差异及影响钢纤维混凝土抗拉强度的因素,并讨论各因素影响的大小。

3、试验基本原理

根据混凝土劈裂抗拉强度可以确定混凝土的抗裂强度。

图1 劈裂试验示意图

4、试验仪器设备[1、4]

①压力试验机或万能试验机。精度示值的相对误差应是在2%以内。

②试模。采用边长150mm方块作为标准试件，其最大集料粒径应小于40mm。

③标准养护室。温度20℃、相对湿度大于90%。

④振动台。频率50 Hz，空载振幅0.5mm。

⑤捣棒、小铁铲、金属直尺、镘刀等。

⑥垫块、垫条及支架。垫块采用半径75 mm的钢制弧形垫块，长度与试件相同；垫条为三层胶合板制成，宽度为20 mm、厚度为3～4 mm，长度不小于试件长度，垫条不得重复使用；支架为钢支架。

5、钢纤维混凝土的试验方案

对比常规混凝土的抗拉强度试验，并根据实际经验易知[2、3],钢纤维混凝土抗拉强度的主要影响因素有钢纤维体积率、混凝土强度、钢纤维比表面积。

试验原材料：

1．钢纤维的选择

为了选择增强效果较好的钢纤维配制混凝土，应结合钢纤维体积率、混凝土强度、钢纤维比表面积加以选择，A、B两种钢纤维由于比表面积不同可分A1、A2、A3，B1、B2、B3，（粗短，正常，细长）钢纤维和混凝土接触表面积不同，则钢纤维与混凝土的粘结力不同，则钢纤维混凝土的承载力和韧性和抗裂性不同两种钢纤维的体积率可取0.5% 1% 1.5%

2.混凝土的选择

按混凝土强度等级选择 C30 C40 C50

举例其中C30配合比

混凝土强度等级：C30;坍落度：35－50mm;水泥强度42.5级；砂子种类；中砂；

石子最大粒径40mm；砂率；34％配制强度：38.2（MPa）

材料用量(kg/m3)：水泥：337kg 砂：642Kg 石子：1246Kg 水：175Kg

配合比：1:1.91:3.70:0.52

体积比：水泥散装337kg(0.232m3)：砂0.403m3：碎石0.86m3：0.175m3

本试验由于要考虑A、B两种钢纤维混凝土的抗拉性能，且影响因素比较多，为了能够尽可能地减少试验数目且能为分析试验结果提供丰富而全面的信息，故而选择采用正交试验法进行试验设计。故本试验方案中，为三因素三水平进行。

将上述的影响因素和变化水平总结如表1所示。

由表1易知本试验是三因素三水平正交试验，选用正交表L9（3^4）即可满足试验要求，其水平组合如表2所示。

表2 钢纤维混凝土试验的水平组合

本试验考虑的是san因素三水平问题，如果做全面试验需3^3=27次试验，如表2所示的用L9（34）来做只要9组即可满足试验要求，但是为了使试验更具有说服力，每组试验必须设置参考组（不掺钢纤维时的情形），每组3个试块。

由于是A、B两种钢纤维，故而需要如表二所示的操作共两次，故而需要制备的试件总数为个。

6、试件制备[1、4]

①本试件应同龄期者为一组，每组为3个同条件制作和养护的混凝土试块。

②试模内装的混凝土应是同一次拌和的拌合物。坍落度小于或等于70mm的混凝土，试件成型宜采用振动振实；坍落度大于70mm的混凝土，试件成型宜采用捣棒人工捣实。

a.振动台成型试件：将拌合物一次装入试模并稍高出模口，用镘刀沿试模内壁略加插捣后，移至振动台上，开动振动台，振动至表面呈现水泥浆为止，刮去多余拌合物并用镘刀沿模口抹平。

b.捣棒人工捣实成型试件：将拌合物分两层装入试模，每层厚度大致相等。插捣按螺旋方向从边缘向中心均匀进行。插捣底层时，捣棒应贯穿整个深度，插捣上层时，捣棒应插入下层深度20～30mm。插捣时捣棒应保持垂直不得倾斜，并用抹刀沿试模内壁插入数次，以防止试件产生麻面。

c.成型后的试件应覆盖，防止水分蒸发，并在室温20℃环境中静置1～2昼夜（不得超过两昼夜），拆模编号。

d.拆模后的试件立即放在标准养护室内养护。试件在养护室内置于架上，试件间距离应保持10～20mm ，并避免用水直接冲刷。

7、测定步骤

① 试件从养护地点取出后应及时进行试验,将试件表面与上下承压板面擦干净。 ② 将试件放在试验机下压板的中心位置，劈裂承压面和劈裂面应与试件成型时的顶面垂直；在上、下压板与试件之间垫以圆弧形垫块及垫条各一条，垫块与垫条应与试件上、下面的中心线对准并与成型时的顶面垂直。宜把垫条及试件安装在定位架上使用。

③ 开动试验机，当上压板与圆弧型垫块接近时，调整球座，使接触平衡。加荷应连续均匀，当混凝土强度等级＜C30时，加荷速度取每秒钟0.02～0.05MPa ；当混凝土强度等级≥C30且＜C60时，取每秒钟0.05～0.08MPa ；当混凝土强度等级≥C60时，取每秒钟0.08～0.10MPa ，至试件接近破坏时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载。

8、数据记录及数据处理或结果分析

混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算（精确到0.01 Mpa ）：

A

F

A F f ts 637.02==

π 式中 ts f ——混凝土劈裂抗拉强度（MPa ）； F ——试件破坏荷载（N ）； A ——试件劈裂面面积（mm 2）；

强度值的确定应符合下列规定：三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值（精确到0.01 MPa ）；三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的插值作为该组试件的抗压强度值；如最大值与最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。

将最后得到的结果进行汇总后，通过证件试验的分析方法计算求得各影响因素的影响因子的大小，进而判断出那种因子对钢纤维混凝土的抗拉强度的影响最大。

参考文献