研究了钢纤维(SF)、聚丙烯纤维(PP)和聚乙烯醇纤维(PVA)对免压蒸PHC管桩用混凝土的力学性能及抗冲击性能的影响。结果表明:PP纤维、PVA纤维和SF的加入提高了混凝土的抗压强度和抗折强度,其中,SF的提升效果最大,平均抗压强度高出空白组15MPa,PP纤维和PVA纤维的提升效果不太明显;SF的加入大大提高了蒸养混凝土平板的抗冲击性能,PP纤维的加入对抗冲击性能也有一定程度的提高,PVA纤维略微降低了混凝土平板的抗冲击性能;SF混凝土板的抗冲击性能随W/C变化不大,其他纤维混凝土板的抗冲击性能随W/C增加而降低。

通过高掺量钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土的抗弯试验得到纤维混凝土的抗弯荷载-挠度曲线,据此分别采用弯曲韧性指数、等效抗弯强度与弯曲韧性比来研究分析不同体积掺量的钢纤维、聚丙烯纤维混杂后对C60高强混凝土抗弯韧性的影响规律。研究结果表明,钢纤维混凝土的抗弯强度和韧性均随着钢纤维掺量的增加而明显提高,对钢纤维掺量一定时的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土而言,存在最优的聚丙烯纤维掺量使得抗弯强度和韧性最大,即出现较好的正混杂效应。

对普通混凝土(NC)、再生混凝土(RAC)、钢纤维混凝土(SFRC)和钢纤维再生混凝土(SFRRAC)的弯曲疲劳性能进行了试验研究。分析了应力水平、再生骨料和钢纤维对混凝土弯曲疲劳寿命和离散性的影响规律。在试验研究的基础上,应用疲劳寿命统计学理论拟合了各组混凝土材料弯曲疲劳寿命的两参数威布尔分布,并建立了相应的单对数和双对数弯曲疲劳方程。结果表明,再生混凝土的疲劳寿命明显低于天然骨料混凝土,离散性也更大;钢纤维可以显著提高混凝土的疲劳寿命,并降低离散性。各组混凝土材料的弯曲疲劳寿命很好地服从两参数的威布尔分布;建立的单对数和双对数弯曲疲劳方程与试验实测数据吻合良好。

为提高普通混凝土路面的早期强度、抗弯性能,缩短养护时间,运用正交试验方法对9组钢纤维橡胶路面混凝土和一组普通混凝土试件分别进行了龄期3d和28d抗压强度和抗折强度试验,通过直观分析和方差分析,考察各因素对路面混凝土抗压和抗折强度的影响。结果表明,修补剂、钢纤维、40目橡胶粉在低掺量下,钢纤维橡胶路面混凝土的最佳配比为修补剂掺量15%,钢纤维体积率0.5%,橡胶粉掺量5.0%。修补剂对钢纤维橡胶路面混凝土的抗压和抗折强度影响最大,最高可提高强度的68.6%;钢纤维对抗折强度的影响程度高于橡胶粉;钢纤维和橡胶粉对抗压强度无明显影响,加入适量的钢纤维和橡胶粉可提高混凝土的抗折强度及弯曲韧性。

通过不同钢纤维掺量对不同锚固长度下的活性粉末混凝土进行黏结性能测试,得到钢纤维掺量和锚固长度的变化对黏结应力的影响结果,并对各种变量对其锚固应力的影响进行了分析。研究表明,随着钢纤维掺量的逐渐增加,黏结应力也逐渐增加,当钢纤维掺量为0.2%时,黏结强度增长趋势出现拐点,此时黏结强度和经济性均为最佳;随着锚固长度的增加,黏结强度逐渐降低;使用ABAQUS有限元模拟分析,得到混凝土内部受力状态与实际裂缝分布吻合。

按照钢纤维0、0.5%、1.0%的体积掺量和聚丙烯纤维0、0.05%、0.1%的体积掺量进行了砂浆平板收缩抗裂试验。研究表明,当体积掺量为钢纤维0.5%、聚丙烯纤维0.05%,限裂效能为三级;当体积掺量为钢纤维1.0%、聚丙烯纤维0.1%,限裂效能最优达到一级。综合分析表明,钢-聚丙烯混杂纤维在水泥基复合材料中能产生协同阻裂效应,在基体干燥收缩过程中有显著的综合阻裂效果。

为研究钢纤维混凝土的弯曲韧性,按照CECS 13:2009对不同纤维体积掺量(Vf=0、1%、2%、3%)、不同纤维长度(Lf=13mm、6mm)的钢纤维混凝土梁进行了四点弯曲试验。结果表明,掺加钢纤维对混凝土的抗压强度影响很小;随着纤维掺量的增加,SFRC梁的承载力提高、韧性增强、荷载-挠度曲线也更饱满,特别是当纤维长度为13mm时;根据荷载-挠度曲线提出了一种确定初裂点的方法 ,结果表明该方法可以有效判定初裂点的位置。

为提高预应力高强混凝土管桩的耗能能力,分别采取了在管桩桩身中掺入了不同量的钢纤维、填芯和加配非预应力筋的改进方法。通过施加低周反复荷载来模拟地震作用下管桩的受力变形情况,并对比了各种改进方法对耗能能力的影响。试验结果表明,掺入钢纤维、填芯和加配非预应力筋使得管桩的裂缝发展和破坏形态均得到改善,且承载能力均有提高,其中填芯和配置非预应力筋对管桩承载能力提高最大,并且耗能能力随着掺入钢纤维量的增加而提高,而加配非预应力筋和掺入钢纤维的同时填芯对提高管桩耗能能力的影响最为显著。

在已有单掺钢纤维和合成纤维混凝土的研究基础上,研究了聚乙烯醇纤维(PVA)和钢纤维混杂,及两种不同参数钢纤维混杂的增韧、增强效果。结果表明,相对于单掺纤维,不同纤维混杂可使混凝土的弯曲强度及弯曲韧性明显提高,荷载作用下混凝土弯曲荷载-挠度曲线的下降段明显变缓,应变硬化现象更为明显,混杂纤维可以产生协同增强效应。

为了研究钢纤维含量和养护条件对活性粉末混凝土强度的影响规律,进行了五种钢纤维体积掺量和标准、高温、自然三种养护条件下的活性粉末混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度试验。试验结果表明,随着钢纤维体积含量的增加,混凝土的抗压强度有一定的增强,当钢纤维体积含量大于3.5%时,其抗压强度不再增加;随着钢纤维体积含量的增加,劈裂抗拉强度在钢纤维含量小于2%情况下,增长较明显,其中标准养护下的劈裂抗拉强度的增幅为12.5%,高温养护下的劈裂抗拉强度增加了1.14倍,而自然养护下的劈裂抗拉强度的增幅为22.7%。当钢纤维体积含量超过2%,其劈裂强度几乎保持不变,强度值为10.8MPa。高温养护条件有利于活性粉末混凝土的抗压强度的增强,但对劈裂抗拉强度影响不大。