Experimental Study on Dynamic Compressive Properties of Steel-PE Hybrid Fiber Cement-Based Composites

LI Tangjun; LI Liang; WANG Zichen; JIANG Xiquan

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20230309004

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Experimental Study on Dynamic Compressive Properties of Steel-PE Hybrid Fiber Cement-Based Composites

更新时间：2024-11-04

- Experimental Study on Dynamic Compressive Properties of Steel-PE Hybrid Fiber Cement-Based Composites
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 44, Issue 5, Pages: 1140-1148(2024)
- 作者机构：
  
  1.北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室,北京 100124
  2.合肥姜水动态实验技术有限公司,安徽合肥 231200
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20230309004
  CLC： TU443
- Received：09 March 2023，
  
  Revised：2023-05-05，
  
  Published：15 October 2024
- 稿件说明：
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李堂军,李亮,王子晨等.钢⁃PE混杂纤维水泥基复合材料动态压缩性能试验研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(05):1140-1148.

LI Tangjun,LI Liang,WANG Zichen,et al.Experimental Study on Dynamic Compressive Properties of Steel-PE Hybrid Fiber Cement-Based Composites[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(05):1140-1148.
李堂军,李亮,王子晨等.钢⁃PE混杂纤维水泥基复合材料动态压缩性能试验研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(05):1140-1148. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230309004.

LI Tangjun,LI Liang,WANG Zichen,et al.Experimental Study on Dynamic Compressive Properties of Steel-PE Hybrid Fiber Cement-Based Composites[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(05):1140-1148. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230309004.

摘要

将钢纤维和PE纤维混杂掺入水泥基基体材料中，控制纤维体积总掺量为2%，通过改变两种纤维比例，制成E2、E1.5S0.5、E1S1、E0.5S1.5和S2试件，应用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar， SHPB）装置，开展了钢⁃PE混杂纤维水泥基复合材料在高应变率（30~120 s

-1

）条件下的动态压缩试验，从试件破坏形态、材料的动态抗压强度、韧性及其应变率效应等方面进行了分析研究。试验结果表明：①钢-PE混杂纤维水泥基复合材料表现出明显的应变率效应，其动态抗压强度、韧性以及动态抗压强度增长因子（Dynamic Increase Factor of Compressive Strength， DIF）随着应变率的增加而提高。应变率为60-80 s

-1

时，PE纤维增韧效果更好；而应变率为100s

-1

时，钢纤维增韧效果更优。②随着PE纤维掺量的增加，材料应力-应变曲线的应变硬化现象更明显。而钢纤维掺量达到1.5%以上且继续增大时，材料的动态抗压强度和韧性得到提高，表明一定掺量的钢纤维可以提高材料动态抗压强度的应变率敏感性。③两种纤维混杂的试件其动态压缩力学性能要优于单掺PE或钢纤维的试件，综合动态抗压强度、韧性以及DIF，得出抵抗冲击压缩荷载的最优纤维配比是0.5%的PE纤维+1.5%的钢纤维。

Abstract

Steel fibers and PE fibers were mixed into cement-based matrix materials

maintaining a total fiber volume fraction of 2%. By varying the proportion of the two fibers

specimens E2

E1.5S0.5

E1S1

E0.5S1.5

and S2 were prepared. Dynamic compression tests were conducted under high strain rates (30-120 s

-1

) using a Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB). The failure modes

dynamic compressive strength

toughness

and strain rate effects of the steel-PE hybrid fiber cement-based composites were analyzed. The experimental results showed that the composites exhibited a distinct strain rate effect

with increases in dynamic compressive strength

toughness

and the Dynamic Increase Factor of Compressive Strength (DIF) as the strain rate increased. PE fibers provided superior toughening performance at strain rates of 60-80 s-1

while steel fibers were more effective at 100 s-1. As the PE fiber content increased

the stress-strain curve showed more prominent strain hardening. When the steel fiber content reached 1.5% or more

both the dynamic compressive strength and toughness improved

indicating that an appropriate amount of steel fibers enhances the strain rate sensitivity of the material's dynamic compressive strength. The hybrid fiber specimens outperformed those with only PE or steel fibers in terms of mechanical properties. A comprehensive analysis of dynamic compressive strength

toughness

and DIF suggested that the optimal fiber ratio for resisting impact loads was 0.5% PE fibers + 1.5% steel fibers.

关键词

Keywords

references

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