基于Weibull分布的GFRC疲劳性能试验研究

双子洋

摘要：本文通过对不同玻璃纤维体积掺量的三种再生混凝土梁体试件进行了循环荷载条件下四点弯曲压法的疲劳试验，利用Weibull分布理论对疲劳寿命结果进行分析，由lgS和lgN线性拟合计算出存活率0.5时的疲劳方程，直观的反映出了各类型试件的疲劳极限强度。

Abstract： In this paper， the fatigue test of three recycled concrete beams with different volume of glass fiber is carried out by four point bending compression method under cyclic load. The fatigue life results are analyzed by using Weibull distribution theory. The fatigue equation with 0.5 survival rate is calculated by linear fitting of LgS and LgN， which directly reflects the fatigue ultimate strength of each type of specimens.

关键词：玻璃纤维;再生混凝土;Weibull分布;疲劳强度

Key words： glass fiber;recycled concrete;Weibull distribution;fatigue strength

中图分类号：TU377.9+1                                文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）10-0216-02

0  引言

随城市的发展，地铁、拆迁重建正如火如荼的进行，城市面貌日新月异。有数据表示，全国城镇建成区面积扩大了近60%，大量建筑垃圾的处理已经成为城市管理的难题 [1]。废弃混凝土体量在建筑垃圾中占比高达35%以上。目前我国对废弃混凝土的处理方式，一般是将其破碎，加工成再生混凝土（Recycled concrete，RC）。RC的出现解决了废弃混凝土的问题，是一种经济、环保型材料，带动了混凝土行业的绿色发展[2]。

在一些交通繁重的路面，由于普通水泥混凝土抗折和抗裂性能较差，难以维持长时间的正常使用[3]。现在考虑对再生混凝土加入玻璃纤维，玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，耐久性好，绿色环保[4]，质量轻且拉伸强度高，玻璃纤维在混凝土中可以起到控制收缩裂缝，增加弯曲和拉伸强度的作用[5]。

1  试验设计

1.1 试验材料

试验采用水泥为P.O42.5级普通硅酸盐水泥。再生粗骨料粒径为5～30mm，吸水率为4.07%，表观密度2260kg/m3，压碎指标15.16%;天然粗骨料粒径为5～30mm，吸水率2.53%，表观密度2600kg/m3，压碎指标6.83%。细骨料分为江砂和机制砂，江砂细度模数2.8，属II区中砂，含泥量为0.7%;机制砂细度模数为2.1，属II区中砂，含泥量为0.8%。玻璃纤维抗拉强度约为1700MPa，弹性模量约为75GPa，密度为2.54g/cm3。拌合水为饮用自来水。

1.2 配合比设计

本试验中GFRC配合比以普通C30混凝土为基础，使用的再生粗骨料替代率為20%，玻璃纤维掺量分别为0.3%、0.5%、0.7%。减水剂用量为胶凝材料用量的2%。素混凝土配合比见表1。试样尺寸为150mm×150mm×550mm。

1.3 试验方案

本试验采用的仪器是MTS材料动态疲劳试验机，加载模式选用荷载控制，采用四点弯曲压法，本试验采用的加载频率均为10Hz，荷载应力水平计算公式为： ，应力水平应取0.7、0.8、0.9。

2  试验结果及分析

2.1 不同应力水平对试件疲劳寿命的影响

从表2可以看出，同一类型试件，疲劳寿命随应力水平降低而升高。同一应力水平下，疲劳寿命随纤维掺量增加而升高，且玻璃纤维再生混凝土的疲劳寿命高于素混凝土与再生混凝土。掺入的玻璃纤维均匀分布，增强了混凝土内部空间的粘结性和混凝土结构的整体性，明显改善了再生混凝土的力学性能。

由表可知，相比较普通再生混凝土，掺入0.3%、0.5%、0.7%玻璃纤维的再生混凝土的疲劳极限强度分别提高了27.4%、32.3%、33.4%，随玻璃纤维掺量增加，疲劳极限强度提升不大。

3  结论

混凝土试件的疲劳寿命对加载应力水平很敏感，同类型的混凝土试件，其疲劳寿命随应力水平的降低而升高。文中所述各类型混凝土梁体试件都较好地服从Weibull两参数概率函数分布，疲劳寿命均能很好的满足双对数疲劳方程的线性要求。文中所述再生混凝土的疲劳极限强度低于素混凝土的疲劳极限强度，再生混凝土中加入玻璃纤维后，疲劳强度明显提高，随玻璃纤维掺量增加，疲劳极限强度提升不大。

参考文献：

[1]李莹.建筑垃圾压得城市喘息[N].中国环境报，2013-02-18（8）.

[2]秦中伏，孙楠楠，温海珍.再生骨料混凝土的应用现状与研究进展[J].材料导报，2013（23）：142-146.

[3]王蕊丽.玻璃纤维对水泥混凝土路用性能的影响[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（10）：132-134.

[4]王中志，段长松，贾艳敏.掺玻璃纤维和聚丙烯纤维混凝土力学性能分析[J].山西建筑，2018，44（20）：103-104.

[5]Yazdanbakhsh A，Bank L C，Chen C，et al.Use of recycled FRP reinforcing bar in concrete as coarse aggregate and its impact on the mechanical properties of concrete[J]. Construction and Building Materials， 2016， 121（15）： 278-284.