本論文主要研究了多個尺度纖維組合對超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)應(yīng)變硬化效果的影響。不同尺度的纖維摻入UHPC后,能夠協(xié)同互補,在不同的受力階段和結(jié)構(gòu)層次上充分發(fā)揮作用,達到逐級阻裂和增韌增強的目的。首先,通過比較兩種聚合物纖維(PVA纖維和PE纖維)分別摻入UHPC后試件的強度和韌性,優(yōu)選出較好的聚合物纖維。其次,將優(yōu)選出的聚合物纖維以不同比例與大尺度端鉤型鋼纖維雙摻,研究兩尺度纖維混雜對UHPC應(yīng)變硬化效果的影響,并尋找最佳聚合物-鋼纖維雙摻比例。同時,將大尺度端鉤型鋼纖維與中尺度的平直型鋼纖維按不同比例雙摻以確定最佳鋼纖維-鋼纖維雙摻比例。然后,將上述最佳雙摻比例應(yīng)用在聚合物纖維、中尺度鋼纖維和大尺度鋼纖維上進行三摻組合,同時選用小尺度鋼纖維代替聚合物纖維進行對照,以探索三尺度纖維混雜對UHPC應(yīng)變硬化行為的影響。最后,在纖維三摻組合的基礎(chǔ)上,添加納米纖維,從而在納米級、微米級、毫米級多個尺度多個層次上對UHPC進行增強增韌,進一步實現(xiàn)更好的應(yīng)變硬化效果。試驗測試的力學(xué)性能包括抗壓強度、劈裂抗拉強度、三點彎曲斷裂能、四點彎曲性能和直接拉伸性能。研究結(jié)果表明,在0.18水膠比下,PE纖維對UHPC的增韌效果比PVA纖維更好。鋼-PE、鋼-鋼兩尺度纖維組合時,隨著大尺度端鉤型鋼纖維摻量的增加,UHPC的抗壓強度、劈裂抗拉強度、三點彎曲斷裂能、彎曲韌性值和抗拉強度均呈增大趨勢,強度和韌性均有所提高,應(yīng)變硬化也效果更加明顯。其中,大尺度鋼纖維1.5%、中尺度PE纖維0.5%的纖維組合和大尺度鋼纖維1.5%、中尺度鋼纖維0.5%的纖維組合,對提高UHPC的應(yīng)變硬化效果最優(yōu)。三尺度纖維組合在兩尺度纖維組合的基礎(chǔ)上調(diào)整了大尺度鋼纖維的比例,峰值荷載變化不大,三點彎曲斷裂能和彎曲韌性值均有所提高。四尺度纖維組合在三尺度維組合的基礎(chǔ)上摻加納米纖維,強度和韌性均有一定的提高。其中納米碳纖維(CNF)和羧基化碳納米管(CNT2)的摻入更有利于UHPC韌性、直接拉伸性能的提高。0.lwt%摻量下,摻入CNF和CNT2后,UHPC三點彎曲斷裂能分別提高37.4%和4.3%。四點彎曲等效彎曲強度分別提高20.0%和22.4%,極限拉應(yīng)變提高14.3%和75%,直接拉伸斷裂能分別提高26%和95.4%。同時,微觀試驗結(jié)果表明,納米纖維能通過填充水泥水化產(chǎn)物之間的孔結(jié)構(gòu)將粗大孔細化,改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu),從而使微觀結(jié)構(gòu)更加致密,有效地限制了有害孔的形成。多尺度纖維組合的阻裂效果是逐級和多層次的,這使得UHPC經(jīng)歷了一個裂縫穩(wěn)定產(chǎn)生和擴展的過程才達到破壞。因此相較于單一尺度纖維,多尺度纖維組合UHPC強度、韌性更好,應(yīng)變硬化效果更佳。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

而在靠近裂紋的纖維界面將產(chǎn)生與裂紋尖端擴展應(yīng)力反向的應(yīng)力場，降低裂逡逑紋尖端的應(yīng)力集中程度，限制裂紋的發(fā)展，從而對混凝土起到增強效果。逡逑圖１－１為Ｒｏｍｕａｌ纖維理想分布受約束模型，該模型假設(shè)纖維在基體中沿拉應(yīng)逡逑力方向呈棋盤式均勻分布，且纖維平均間距為ｓ，裂縫半寬為ａ，裂縫位于四根纖逡逑維所圍區(qū)域的中心，見圖１（ｂ）。在拉力作用下，裂縫附近的纖維周圍會產(chǎn)生粘結(jié)力逡逑ｒ，可以有效降低裂縫尖端處的應(yīng)力集中，起到約束裂縫開展的作用。假定總應(yīng)力逡逑弓＃度因子為外荷載作用下未加纖維的混凝土應(yīng)力強度因子為，加入纖維逡逑＾產(chǎn)生的反向應(yīng)力強度因子為＆，則逡逑９逡逑

逑加基體韌性和能量吸收能力，而能量吸收體現(xiàn)在纖維的作用形式：纖維斷裂、纖逡逑維拔出、纖維橋接、纖維脫粘，見圖１－２。逡逑１２邐３邐４逡逑＼邋＼邋ｎ逡逑／Ｔ＞ｒＴＴＨｒ．？－榯ｎ一＂ｒｒ．邋一、逡逑［＼邋；ｈ逡逑－邋P邋Ｐ邋Ｉ邋—，逡逑ｎ邋ｔ邋ｍｍ￡邐＼逡逑卜纖維斷裂；２邋？纖維拔出；３邋－纖維橋接；４邋－纖維脫鈷逡逑圖１－２纖維與混凝土基體粘結(jié)作用形式［５７］逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｂｏｎｄｉｎｇ邋ｍｏｄｅ邋ｏｆ邋ｆｉｂｅｒ邋ａｎｄ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ邋ｍａｔｒｉｘ＾５７１逡逑１．３．４應(yīng)變硬化效果逡逑Ｓｉｎｇｌｅ邋Ｃｒａｃｋ逡逑ａｉｘｌ逡逑ｔｔｔｔｔ邐Ｊ１邋Ｓｔｒａｉｎ－Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ邋ＦＲＣ＇邐Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ逡逑婭邋ｉｓＩ＾Ｆｃ邋ｐ逡逑乫■邐邋乫逡逑ｓｔｒａｉｎ邐＾邋Ｃｒａｃｋ邋Ｏｐｅｎｉｎｇ逡逑＜邐？逡逑ｉ邋｛邋Ｓｔｒａｉｎ－Ｈａｒｄｅｎｉｎｇ邋ＦＲＣ逡逑Ｍｕｌｔｉｐｌｅ逡逑（７聲■邋？？？？？？？一一－，邋Ｂ邐Ｃｒａｃｋｉｎｇ邋ａｎｄ逡逑＼邐Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ逡逑—邐Ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋Ｃｒａｃｋｉｎｇ邐１逡逑；（ｓｔｒａｉｎ邋ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）邐／Ｓ邐Ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ邐＾＾３：逡逑／邐：邐Ｂｒａｎｃｈ逡逑ｆｈ－邋Ｓｌｏｐｅ邋＝邋Ｅｌａｓｔｉｃ逡逑丨１邋Ｍ0ｄｕ

、纖維橋接、纖維脫粘，見圖１－２。逡逑１２邐３邐４逡逑＼邋＼邋ｎ逡逑／Ｔ＞ｒＴＴＨｒ．？－榯ｎ一＂ｒｒ．邋一、逡逑［＼邋；ｈ逡逑－邋P邋Ｐ邋Ｉ邋—，逡逑ｎ邋ｔ邋ｍｍ￡邐＼逡逑卜纖維斷裂；２邋？纖維拔出；３邋－纖維橋接；４邋－纖維脫鈷逡逑圖１－２纖維與混凝土基體粘結(jié)作用形式［５７］逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｂｏｎｄｉｎｇ邋ｍｏｄｅ邋ｏｆ邋ｆｉｂｅｒ邋ａｎｄ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ邋ｍａｔｒｉｘ＾５７１逡逑應(yīng)變硬化效果逡逑Ｓｉｎｇｌｅ邋Ｃｒａｃｋ逡逑

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本文編號：2826686