早强混凝土的动压强度和吸能性能受其龄期和纤维掺量共同影响。由于混凝土内部水泥水化反应在前期较为剧烈,后期较为缓慢,因此混凝土动压强度在前期增长较大,后期较小。研究表明,玄武岩纤维混凝土的最佳纤维体积掺量约为0.1%,其主要原因是当纤维掺量较大时,纤维在混凝土内部不能很好地分散,易产生纤维聚集成团现象,从而导致混凝土内部薄弱区增多,各项力学性能指标下降。结果表明,随着纤维掺量的增加,早强混凝土的动态抗压强度及吸能性能持续增大,如图 9所示,纤维掺量为 0.3%时,其动态力学性能最好,其原因可能是在试件制备过程中,采用了边搅拌边掺入纤维的分散机制,保证纤维在混凝土内部能够均匀分布。

    根据复合增强原理,均匀分散在混凝土基体内部的玄武岩纤维构成三维空间网格骨架结构,混凝土开裂前,与混凝土基体共同承担外部荷载作用,可在一定程度上减缓和阻碍试件内部裂缝的萌生和发展。其次,当混凝土开裂后,开裂部分混凝土不再承受荷载,但仍可通过其与纤维之间较强的粘结作用将荷载传递至玄武岩纤维,玄武岩纤维的抗拉强度可达4150~4800 MPa,能够继续承受部分荷载,同样对混凝土受荷开裂具有较大的阻碍作用,间接增强混凝土的抗压强度。

    决定混凝土材料吸能性能的因素主要有两方面:一是混凝土自身强度的大小,由于纤维的掺入,增强了混凝土的抗压强度,且在保证纤维分散均匀的前提下,掺量越多,强度提升得越大,因此,本试验中随着纤维掺量的增加,混凝土的吸能能力越强;二是混凝土的内部可变形空间,内部空间越大,变形能力越强,纤维的掺入不仅起到了“桥接”的作用,有时还会在混凝土内部贯穿孔洞,在混凝土受荷时增加孔洞扩大的难度,即提高混凝土的内部变形能力,同样提升混凝土的吸能能力。可以看出,早强混凝土复掺玄武岩纤维确实是一种提升早强混凝土性能的有效手段。

结论：

(1)早强混凝土的抗压强度以及吸能性能均体现出明显的应变率效应,随着应变率的增大,混凝土的比能量吸收具有更大的率敏感性。不同应变率下,由惯性效应产生的附加应力均在0.22 MPa左右,与动压强度增幅相比处于较低水平,可以推断,纤维早强混凝土的应变率效应反映了材料的本质属性。

(2)养护龄期很大程度上影响了混凝土的性能,养护龄期短,混凝土的抗压强度低,但具有较为明显的应变率效应,随着龄期的增加,混凝土的抗压强度逐渐增大,但混凝土的应变率效应却呈下降趋势。不同养护龄期的混凝土性能在掺入纤维后的提升基本相同。

(3)混凝土的应变率效应受到养护龄期的较大影响,在对比分析CEB以及各国学者提出的DIF计算公式基础上,我们提出了基于龄期增长的DIF计算模型,能够较好地对不同养护龄期混凝土的DIF进行预测分析。

(4)玄武岩纤维的掺入,减缓和阻碍了试件内部裂缝的萌生和发展,提高了混凝土的抗力及变形吸能能力,其对混凝土的改善效果在不同龄期及不同冲击荷载下均表现明显,且改善效果随纤维掺量增加而增强。

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