钢纤维在超高性能混凝土中增强增韧作用的研究

摘要

超高性能混凝土(UltraHigh PerformanceConcrete,UHPC)是通过掺加超细辅助性胶凝材料和高效减水剂，在满足工作性能的前提下降低水胶比、减小孔隙率和增加密实性而得到的一种具有超高强度、高韧性和优异耐久性的新型水泥基材料。这些优异性能可使UHPC构件的尺寸和自重显著变小，抗震性和抗海水腐蚀性能明显提高。然而其胶凝材料用量大，高温蒸汽养护导致高耗能和低生产效率，掺入钢纤维后其成本也大大提高，这都使得其在实际工程中的广泛应用受到限制。
　　本文通过流动性、抗压强度、抗折强度和弯曲韧性、单轴压缩和冲击压缩试验，研究了钢纤维单掺和混杂对UHPC静态和动态力学性能的影响。结果表明：
　　随着钢纤维体积掺量的增加，UHPC的流动度呈线性下降，抗压强度逐渐增大，但增幅在减小，抗折强度也逐渐增大，但增幅差异较大，初裂强度和初裂挠度变化不大，但峰值强度和峰值挠度不断增加，韧性显著增强。当依次掺入2％的直线形、波纹形和端钩形钢纤维时，UHPC的抗压强度、初裂强度和初裂挠度提高不大，但抗折强度、峰值强度和峰值挠度提高较大，韧性逐渐增强。根据荷载-挠度曲线的特点提出了UHPC的荷载-挠度曲线模型，并结合最小二乘拟合方法对实测的荷载-挠度曲线进行了拟合，发现拟合结果较好。
　　当钢纤维总体积掺量保持2%不变时，随着短纤维体积掺量的增加，UHPC的流动度、抗压和抗折强度都先提高后降低，当0.5%的长纤维和1.5%的短纤维混杂时，流动度最大，而当1.5%的长纤维和0.5%的短纤维混杂时，抗压和抗折强度最大。混杂纤维对UHPC的初裂强度和初裂挠度影响不大，但对峰值强度和峰值挠度影响较大，当1.5%的长纤维和0.5%的短纤维混杂时，韧性指数η5最大，而当2%的长纤维单掺时，韧性指数η10和η20最大，此后随着短纤维体积掺量的增加，韧性指数逐渐减小，韧性不断下降。
　　混杂纤维对峰值应力前UHPC的轴压全应力-应变曲线影响不大，但对峰值应力后轴压全应力-应变曲线影响显著。当2%的长纤维单掺时，UHPC的压缩韧性指数最大，此时其压缩韧性最好，而当1.5%的长纤维和0.5%的短纤维混杂时，其峰值应力、峰值应变和弹性模量最大，此后随着短纤维体积掺量的增加，其峰值应力、峰值应变、弹性模量和压缩韧性指数都不断减小，压缩韧性逐渐降低。UHPC的单轴压缩破坏形态可能为剪切破坏，也可能为劈裂破坏，未掺入钢纤维时，其单轴压缩破坏形态为劈裂破坏，当钢纤维总体积掺量为2%且长纤维体积掺量高于1%时，其单轴压缩破坏形态为剪切破坏，而当钢纤维总体积掺量为2%且长纤维体积掺量小于或等于1%时，其单轴压缩破坏形态为劈裂破坏。
　　当钢纤维总体积掺量保持2%不变时，随着短纤维体积掺量的增加，UHPC的冲击压缩破坏程度逐渐提高，破坏后的碎片逐渐变多变小。随着应变率的增加，UHPC的峰值应力和动力增长系数都逐渐增大，但增强效应逐渐减弱。混杂纤维UHPC的动态抗压强度明显高于单掺纤维UHPC的动态抗压强度，当冲击速度分别为8.9、11.7和13.9m/s时，混杂1.5%的长纤维和0.5%的短纤维UHPC的动态抗压强度最大，当冲击速度分别为8.9m/s和13.9m/s时，混杂1.5%的长纤维和0.5%的短纤维UHPC的冲击压缩韧度最大，此后随着短纤维体积掺量的增加，UHPC的动态抗压强度和冲击压缩韧度都逐渐降低。

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第1章 绪论

1. 1 引言

1. 2 研究目的和意义

1. 3 论文的内容

第2章 实验原材料及方法

2. 1 主要原材料及其性能

2. 2 配合比设计及依据

2. 3 试件制备及养护

2. 4 分析测试方法

第3章 钢纤维单掺对超高性能混凝土增强增韧作用的研究

3. 1 前言

3.2 钢纤维体积掺量和形状对 UHPC流动性的影响

3.3 钢纤维体积掺量和形状对 UHPC强度的影响

3.4 钢纤维体积掺量和形状对 UHPC弯曲韧性的影响

3.5 UHPC荷载-挠度曲线的拟合

3. 6 本章小结

第4章 混杂纤维对超高性能混凝土力学性能的影响

4. 1 前言

4.2 混杂纤维对UHPC流动性的影响

4.3 混杂纤维对UHPC强度的影响

4.4 混杂纤维对UHPC弯曲韧性的影响

4.5 混杂纤维对UHPC单轴压缩性能的影响

4.6 混杂纤维对UHPC冲击压缩性能的影响

4. 7 本章小结

结论与建议

结论

建议

参考文献

致谢

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