短纤维增强预制混凝土板在平板轨道中的应用研究.docx

短纤维增强预制混凝土板在平板轨道中的应用研究泰安同伴纤维：田akatada TAKAHASHI Etuo SEKINE, Dr. Eng. Takahiro HORIIKE研究员高级研究员，实验室主任高级研究员轨道结构岩土工程，轨道技术部Shigeru MATSUOKA Hideki HOSHIROTekken公司 Kuraray公司最近，人们越来越关心预制混凝土板中的钢筋腐蚀问题。为了满足需求铁路运营对耐久性预制混凝土的需求，作者提出在预制混凝土板中用短切纤维完全代替钢筋来增强混凝土。为了证明这个设想是可行的，我们研究了混杂纤维的种类和数量对混凝土的流动性能的影响及混凝土的弯曲强度，同时对短纤维增强混凝土进行了弯曲疲劳性能的理论分析和试验研究。结果表明，试验结果与理论分析一致，我们可以确定混凝土的断裂过程。关键词：预制混凝土板，短纤维增强混凝土，流动性，弯曲韧性，拉伸软化曲线，疲劳设计前言Sanyo Shinkansen首次证实了混凝土平板轨道（图1）的实用性。目前，Shinkansen最近生产的轨道中，90%的主要轨道结构是采用这种类型的轨道。一些混凝土平板轨道可以使用30年或更长的时间。由行驶的列车产生的动态列车载荷引起的预制混凝土板的破坏，还未见报道，然而，由环境造成的预制混凝土板破坏已经成为一个日益严重的问题。通常，我们关心的是海底隧道中的盐侵蚀和寒冷地区的冻害。在日本的很多地方可以观察到盐侵蚀破坏，人们更关注带有混凝土薄层的预制混凝土板的盐破坏。因此我们建议在预制混凝土板中用短纤维增强混凝土来完全代替钢筋。我们认为，这种方法能有效地提高预制混凝土板的耐久性。这篇文章研究了短纤维增强混凝土的流动性和强度，弯曲疲劳的评定方法。短纤维增强混凝土的材性短纤维由于在混凝土中加入许多短纤维，混凝土变成一种韧性材料，这是因为短纤维在混凝土中能够传递裂纹间的应力。因而，如果是纤维增强混凝土制作的预制混凝土板，许多短纤维将控制由于冻害引起的裂纹增长，也不会发生盐侵蚀引起的钢筋腐蚀现象。本研究所用的短纤维为聚丙烯纤维，简称PP和聚乙烯醇，简称PVA；见图2。短纤维的物理性能见表1。这些短纤维用于增强混凝土。PVA短纤维具有亲水性，所以它与混凝土的粘结性能好，它的密度大于水的密度。PP短纤维具有憎水性，需要进行表面处理来提高它与混凝土的粘结性能，它的密度小于水的密度。表1 短纤维的物理性能密度截面形状长度长径比拉伸强度拉伸模量g/cm3mmmmN/mm2KN/mm2PP0.910.5×1.0303853010.5PVA1.30φ0.660304588029短纤维增强混凝土的流动性能当许多短纤维在混凝土中混合时，短纤维增强混凝土的流动性可能变差，因为短纤维的长径比远大于颗粒状的骨料[1]，流动性能的恶化将导致建设困难。因此，为了研究流动性能的变化，我们根据JIS A 1101研究了未加短纤维和加入短纤维的混凝土的坍落度（以下称SF）实验。流动性实验所用的混凝土的混合比见表2。考虑到流动性可能降低，，我们设定未加短纤维的混凝土的SF为55cm；为了使短纤维能够在混凝土中易混合，我们设定未加短纤维的混凝土的空气含量为7%。SF和空气含量的实际平均值为58.2%和6.7%，与设定值几乎一致。试验中掺入的短纤维的体积分数分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和3.0%。为了确定SF的变化，SF的变化率见公式（1）：SF的变化率=（1）体积含量为2.0%的PVA短纤维增强混凝土的SF见图3。SF的变化率与短纤维掺量的关系见图4。从图中可以看出，尽管流动性性能随短纤维含量的增加而减少，但SF设定为0.5时，流动性能可以满足建设要求。表2 混凝土的混合比W/C(%)单位（kg/m3）水水泥细集料粗集料AE和高效减水剂AE 混合物471803839047504.980.0306短纤维增强混凝土的强度性能我们研究了短纤维增强混凝土的抗压试验、直接拉伸试验和弯曲试验。这篇文章中有弯曲试验的结果。预制混凝土板的一个重要的性能是弯曲韧性。弯曲试验见图5。样品横梁的尺寸是100×100×400mm。弯曲试验是根据JCI-SF4[2]进行的，支承点的跨距是300mm，弯曲载荷区间是100mm。混凝土的混合比与短纤维的掺量比与流动性试验中一样。不同短纤维掺量的横梁中心的载荷-位移曲线见图6。从图6可以看出，载荷随着短纤维掺量的减少而降低，也就是说，增加短纤维含量能够提高弯曲韧性。而且，对两种纤维进行对比，PVA增强混凝土的弯曲韧性好于PP增强混凝土的弯曲韧性。综合评价流动性和弯曲韧性为了综合评价短纤维增强混凝土的