【摘 要】
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超高性能混凝土是一种具有超高强度、突出韧性和优异耐久性的水泥基材料,能够使结构实现更大的跨度和更轻巧的尺寸。已有研究结果表明UHPC材料存在抗拉强度和拉伸韧性不足的问题,进一步提高UHPC的拉伸性能对其应用和推广具有重要意义,单轴拉伸实验则是反映纤维混凝土中基体和纤维真实协同作用最直接和有效的方法。针对既有研究大多采用的二维薄板试件与实际不符的缺陷,本文研究设计了三维哑铃型拉伸试件,通过单轴拉伸实
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超高性能混凝土是一种具有超高强度、突出韧性和优异耐久性的水泥基材料,能够使结构实现更大的跨度和更轻巧的尺寸。已有研究结果表明UHPC材料存在抗拉强度和拉伸韧性不足的问题,进一步提高UHPC的拉伸性能对其应用和推广具有重要意义,单轴拉伸实验则是反映纤维混凝土中基体和纤维真实协同作用最直接和有效的方法。针对既有研究大多采用的二维薄板试件与实际不符的缺陷,本文研究设计了三维哑铃型拉伸试件,通过单轴拉伸实验获得了初裂强度、极限抗拉强度、初裂应变、极限拉伸应变等拉伸指标,分析了不同纤维单掺以及混杂对UHPC三维单轴拉伸性能的影响,并采用基体能量吸收能力对各组试件的拉伸韧性进行了评价,主要结论如下:首先,论文分析4种钢纤维(短直型S、长直型LS、短钩型H和长钩型LH)和5种PE纤维(PA、PB、PC、PD和PF)单掺对UHPC力学性能的影响。实验结果表明:随钢纤维掺量和长径比的增加,UHPC基体抗压强度和拉伸性能有一定提升,其中长直型LS(掺量2.0 vf.%)的抗拉强度和拉伸应变达到10.36MPa和0.605%;相比于直钢纤维,端钩型钢纤维对基体抗拉强度的提升更为明显,掺有短钩型H(掺量2.5vf.%)的UHPC抗拉强度和拉伸应变可以达到11.64MPa和0.303%;掺有PF(掺量2.0 vf.%)的UHPC拉伸应变最高可达到1.155%。钢纤维与PE纤维对UHPC的增韧方式不同,研究表明掺有PE纤维的UHPC曲线的应力峰值相对较低,但软化段更为平缓。其次,论文开展了钢纤维混杂及钢纤维/PE纤维混杂实验,实验结果表明:不同类型钢纤维体积掺量的增加均能提升UHPC的拉伸性能,但对其抗压性能提升效果有限;相同纤维体积掺量下,短直型S与短钩型H钢纤维混杂的拉伸性能和抗压强度均优于短直型S与长直型LS钢纤维混杂,其中短直型S(掺量1.0 vf.%)与短钩型H(掺量1.5 vf.%)混杂的效果最好,抗拉强度和拉伸应变分别为12.34MPa和0.462%。PE纤维与钢纤维混杂实验结果表明:UHPC的抗拉强度随着PE纤维的增加下降,但是其极限拉伸应变上升、基体的裂缝控制能力有所提升;PA纤维(掺量1.5 vf.%)与短直钢纤维S(掺量0.5 vf.%)混杂的应变最高达到1.390%,抗拉强度为4.86MPa。最后,论文计算了各组试件的能量吸收能力并对其拉伸韧性进行评价,实验研究结果表明:在单掺组中,纤维体积掺量和纤维长径比的提升都能有效提高基体的能量吸收能力,长直型LS钢纤维(掺量2.0 vf.%)和PF(掺量2.0 vf.%)具有较高的拉伸韧性;掺有PE纤维的UHPC一般表现为高应变低强度,而掺钢纤维UHPC则具有高强度低应变特征,钢纤维的增韧效果高于PE纤维;混杂纤维UHPC的韧性与纤维体积掺量的关系并没有明显的规律,但两种纤维的比例关系对基体的韧性有很大的影响;在PE/钢纤维混杂组由于PE纤维分散不均匀的问题导致其拉伸韧性相对较低,提升PE和钢纤维的有效分散是提升其拉伸性能的关键。
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