本文選題：聚乙烯醇-鋼纖維混雜增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料 + 基材強(qiáng)度��； 參考：《清華大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：高延性低干縮纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(LSECC)是為了克服混凝土的脆性,解決傳統(tǒng)高延性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(ECC)收縮問題而發(fā)展起來的新型土木工程材料。但高強(qiáng)LSECC依靠單摻聚乙烯醇纖維難以保留高延性特征,不能適應(yīng)高強(qiáng)高延性的工程需求。本研究旨在通過混雜聚乙烯醇纖維和鋼纖維,實(shí)現(xiàn)LSECC高強(qiáng)度與高延性的匹配�；诖四康�,對(duì)聚乙烯醇-鋼纖維混雜增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能開展了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究和理論模擬分析,同時(shí)針對(duì)工程實(shí)際問題開展了LSECC材料的工程應(yīng)用研究。在LSECC中聚乙烯醇纖維摻量不變的基礎(chǔ)上,試驗(yàn)測試了混雜纖維復(fù)合材料的軸拉、抗彎、抗壓基本力學(xué)性能,重點(diǎn)關(guān)注基材強(qiáng)度(4個(gè)水膠比)、鋼纖維添加量(體積摻量0-1.0%)對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,隨鋼纖維添加量增加,開裂強(qiáng)度、極限強(qiáng)度和極限拉應(yīng)變同時(shí)提高,裂紋寬度顯著降低�；膹�(qiáng)度越高,鋼纖維作用越明顯。本研究獲得了抗壓強(qiáng)度70 MPa、極限拉應(yīng)變10000-18000微應(yīng)變、裂紋寬度30-60?m的高強(qiáng)高延低縫寬混雜纖維水泥基材料。基于預(yù)切口梁抗彎試驗(yàn),逆推求解了混雜纖維復(fù)合材料裂紋間橋接應(yīng)力-裂紋寬度關(guān)系,并借鑒已有纖維橋接應(yīng)力理論模型,建立了基于纖維、基材、界面參數(shù)的應(yīng)力-裂紋寬度關(guān)系。通過理論模型分析了鋼纖維尺寸對(duì)橋接應(yīng)力的影響。建立了基于斷裂力學(xué)原理的混雜纖維復(fù)合材料抗彎性能預(yù)測模型,模擬了混雜纖維復(fù)合材料抗彎性能,模擬結(jié)果與抗彎試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。經(jīng)鋼纖維尺寸優(yōu)化的混雜體系抗彎性能顯著提升。該模型建立了水泥基材、纖維和界面參數(shù)與宏觀力學(xué)性能的聯(lián)系,為構(gòu)建基于性能的混雜纖維復(fù)合材料設(shè)計(jì)方法提供了基礎(chǔ)。針對(duì)工程實(shí)際問題,開展了LSECC在混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)面層和混凝土路面板延性接縫兩個(gè)方面的應(yīng)用研究。首先,通過模擬和試驗(yàn)研究了LSECC-混凝土復(fù)合梁抗彎性能,結(jié)果顯示在混凝土底部復(fù)合LSECC可有效提升復(fù)合梁抗彎性能,同時(shí)分析了材料強(qiáng)度、LSECC層厚對(duì)復(fù)合梁抗彎性能的影響。其次,提出了采用LSECC延性段取代混凝土路面切縫的無縫路面設(shè)計(jì)理念,通過模擬試驗(yàn)和試點(diǎn)工程驗(yàn)證了設(shè)計(jì)理念的可行性,結(jié)果顯示,延性段通過形成細(xì)微裂紋吸收兩側(cè)混凝土路面板變形,有效防止混凝土板開裂,無縫混凝土路面得以實(shí)現(xiàn)。
[Abstract]:High ductility and low shrinkage fiber reinforced cement matrix composite (LSECC) is a new type of civil engineering material developed to overcome the brittleness of concrete and to solve the shrinkage problem of traditional high ductile fiber reinforced composites (ECC). But high strength LSECC is difficult to retain high ductility and can not adapt to high strength and ductility depending on the single doped polyvinyl alcohol fiber. The purpose of this study is to realize the matching of high strength and high ductility of LSECC through hybrid polyvinyl alcohol fiber and steel fiber. Based on this purpose, the mechanical properties of the polyvinyl alcohol steel fiber reinforced cement matrix composites are systematically studied and theoretically simulated, and the LSECC materials are carried out for the practical problems of the engineering. On the basis of the constant mixing of polyvinyl alcohol fiber in LSECC, the basic mechanical properties of the hybrid fiber composites were tested on the basis of the constant mixing of the polyvinyl alcohol fiber. The effect of the base material strength (4 water to rubber ratio) and the amount of steel fiber added (volume content 0-1.0%) on the mechanical properties of the composites was mainly concerned. The increasing of the dimension, the cracking strength, the ultimate strength and the ultimate tensile strain at the same time, the crack width decreased significantly. The higher the base material strength, the more obvious the effect of the steel fiber. This study obtained the compressive strength 70 MPa, the ultimate tensile strain 10000-18000 micro strain, the crack width 30-60? M high strength and low slit wide hybrid fiber cement base material. The relationship between the stress crack width of the bridge between the cracks and the stress crack width of the hybrid fiber composite material is solved by the inverse bending test, and the relationship between the stress and the crack width based on the fiber, substrate and interface parameters is established for reference. The influence of the steel fiber size on the bridge stress is analyzed by the theoretical model. The bending performance of hybrid fiber composites is simulated by the fracture mechanics principle. The bending properties of hybrid fiber composites are simulated. The simulation results are in good agreement with the bending test results. The flexural performance of the hybrid system is greatly improved by the steel fiber size optimization. The model has established the base material, fiber and interface parameters and macroscopic mechanical properties of the model. It provides a basis for the construction of performance based hybrid fiber composite design method. In view of the practical problems of engineering, the application of LSECC in two aspects of concrete structure protection surface layer and concrete pavement slab ductile joint is carried out. First, the bending performance of LSECC- concrete composite beams is studied by simulation and test, and the results are studied. It is shown that composite LSECC at the bottom of concrete can effectively improve the bending resistance of composite beams. At the same time, the effect of material strength and LSECC layer thickness on the bending resistance of composite beams is analyzed. Secondly, a seamless pavement design concept is put forward to replace the slit of concrete pavement with LSECC ductility section. The feasibility of the design concept is verified by the simulation test and pilot project. The results show that the ductility section can effectively prevent the cracking of the concrete slab through the formation of fine cracks in the concrete pavement slab on both sides, and the seamless concrete pavement can be realized.
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU528.04

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本文編號(hào)：2021740