發(fā)布時(shí)間：2020-07-19 08:30

【摘要】：限制收縮開裂現(xiàn)象在路面、橋面和屋面等體表比較大的混凝土結(jié)構(gòu)中非常普遍,在混凝土澆筑早期更為明顯。限制收縮裂縫的存在為有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部提供通道,進(jìn)而加速構(gòu)件破壞,增加維護(hù)成本,縮短混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命。采用纖維增強(qiáng)混凝土(FRC)是目前國際上公認(rèn)的提高混凝土抗裂性和韌性的有效方法之一。研究表明不同種類的纖維增強(qiáng)混凝土的抗裂性差異較大。因此,合理評估早齡期纖維混凝土的抗裂性,選擇符合實(shí)際要求的纖維摻量具有重要的工程意義�；诖�,本文開展了以下幾方面的工作:(1)早齡期混凝土材料性能試驗(yàn)研究和纖維混凝土抗裂性能試驗(yàn)研究對早齡期普通混凝土進(jìn)行材料性能試驗(yàn),測定混凝土在不同齡期(3d,7d,14d,21d,28d)的劈裂抗拉強(qiáng)度、彈性模量、起裂斷裂韌度和斷裂能,通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到了各材料性能隨齡期的變化曲線及擬合公式。此外,對鋼纖維體積摻量為1.0%的纖維混凝土進(jìn)行棱柱體自由收縮試驗(yàn),測定了可以表征不同纖維體積摻量的纖維混凝土自由收縮性能的自由收縮應(yīng)變值,并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了自由收縮應(yīng)變值隨齡期的變化曲線。根據(jù)ASTM規(guī)范,對三種不同鋼纖維摻量(0.5%、1.0%和1.5%)的纖維混凝土進(jìn)行約束圓環(huán)試驗(yàn),研究了不同種類纖維混凝土在限制收縮條件下的抗裂性。試驗(yàn)中,監(jiān)測每個(gè)鋼環(huán)的內(nèi)表面應(yīng)變、混凝土環(huán)中裂縫出現(xiàn)的時(shí)間、數(shù)量及寬度。試驗(yàn)結(jié)果表明,纖維摻量越高,纖維混凝土抵抗限制收縮開裂的能力越強(qiáng);纖維摻量較高(1.5%)時(shí),環(huán)形試件中沒有可見裂縫出現(xiàn)。(2)混凝土內(nèi)部相對濕度分布曲線的計(jì)算混凝土內(nèi)部相對濕度分布曲線根據(jù)已有的水泥水化與水分?jǐn)U散一體化模型計(jì)算。在外部干燥環(huán)境下,混凝土中水泥水化和水分?jǐn)U散同時(shí)發(fā)生,混凝土內(nèi)部相對濕度的降低是二者共同作用的結(jié)果。為了簡化計(jì)算,假定在時(shí)間增量dt內(nèi),水化作用與擴(kuò)散過程相繼發(fā)生。首先,根據(jù)水泥水化引起的濕度變化量公式計(jì)算參與水分?jǐn)U散的初始濕度。然后,通過基于Fick第二定律的水分?jǐn)U散方程推導(dǎo)出t+dt時(shí)刻的剩余濕度,即為考慮水泥水化與水分?jǐn)U散耦合作用的相對濕度。最后,根據(jù)有限差分法分別計(jì)算截面不同位置處(表面節(jié)點(diǎn)、內(nèi)部節(jié)點(diǎn)、底部節(jié)點(diǎn))的相對濕度值。進(jìn)而可得到任意時(shí)刻混凝土內(nèi)部濕度分布曲線。(3)限制收縮條件下纖維混凝土斷裂全過程數(shù)值模擬根據(jù)計(jì)算的混凝土內(nèi)部相對濕度場,結(jié)合自由收縮應(yīng)變的實(shí)測值,推演出能反映混凝土收縮特性的虛擬溫度場。然后,引入虛擬裂縫模型,在虛擬裂縫面上施加纖維與基體間的界面粘結(jié)應(yīng)力與混凝土自身的粘聚力,表征纖維混凝土中裂縫開裂抗力。最后,結(jié)合基于起裂斷裂韌度的裂縫擴(kuò)展準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)了纖維增強(qiáng)混凝土在限制收縮條件下裂縫起裂、穩(wěn)定擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展斷裂全過程的數(shù)值模擬。數(shù)值結(jié)果表明,鋼纖維體積摻量從根本上決定了約束環(huán)形試件的斷裂行為。當(dāng)纖維摻量較低(0.5%)時(shí),環(huán)形試件中出現(xiàn)一條裂縫,裂縫一旦起裂便立即失穩(wěn)擴(kuò)展貫通環(huán)形試件的橫截面。當(dāng)纖維摻量為1.0%時(shí),環(huán)形試件中依次出現(xiàn)了三條裂縫,存在裂縫同時(shí)擴(kuò)展的情況。當(dāng)纖維摻量較高(1.5%)時(shí),環(huán)形試件中沒有出現(xiàn)裂縫。鋼環(huán)應(yīng)變曲線上出現(xiàn)的每次回滯,都表示新的裂縫產(chǎn)生。應(yīng)變曲線中最后一次明顯回滯表示裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展貫通環(huán)形試件整個(gè)橫截面,試件破壞。試驗(yàn)與數(shù)值結(jié)果吻合良好,說明本文采用的基于斷裂力學(xué)的數(shù)值方法能夠有效預(yù)測纖維混凝土在限制收縮條件下的開裂潛力。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU528

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本文編號：2762175