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2020年07月09日

纤维对混凝土控裂机理

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混凝土是土木、水利等建筑工程的基础材料,混凝土开裂现已成为土木建设工程的通病。在相对湿度(RH)<65%时,裂缝宽度小于0.5mm,在RH>65%时裂缝宽度小于0.3mm,尽管这对混凝土结构不会带来大的危害,但混凝土结构受到载荷作用后,裂缝将会变宽,无害或少害裂缝将会变成有害裂缝。有害裂缝不仅影响到混凝土结构的使用安全,同时也会缩短混凝土构筑物的服役寿命,带来巨大的经济损失。

混凝土开裂,结构承载能力下降。混凝土开裂将改变结构的受力条件,导致结构局部甚至整体发生破坏。裂缝随着环境载荷作用的不断变化将削弱混凝土建筑物的刚度。混凝土开裂还会降低结构的抗震能力,威胁结构的整体稳定性和安全性。混凝土开裂,结构耐久性能的劣化分为三个阶段。阶段一,混凝土的损伤及开裂增大了渗透性,降低了结构保护层的有效厚度;阶段二,渗透性的增加加速了环境中侵蚀性介质、空气及水分在混凝土结构中的传输;阶段三,混凝土性能劣化,内部钢筋锈蚀,结构服役寿命缩短。

导致混凝土开裂的因素很多,从受力角度分析,主要来自如下三个方面:直接应力的作用、间接应力的作用、混凝土早期变形产生的应力作用。图一展示了时科纤维阻止混凝土开裂的机理。当混凝土开裂时,纤维1的断裂、纤维2的拔出、纤维3架桥在裂纹的两端、纤维4与混凝土脱粘,会有效的吸收混凝土开裂的能量,减小裂纹的间距,减少裂纹尖端的应力,纤维5则进一步阻挡了裂纹尖端的前进,从而彻底阻止了裂纹的扩展。当混凝土持续受到外力时,裂纹只能从其他地方重新产生,如6号位置上,而重新产生的裂纹则还会继续被纤维阻止扩展。

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