钢-聚乙烯醇混掺纤维RPC弯曲韧性研究

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活性粉末混凝土(RPC)因其比普通混凝土优越的性能,在各个工程领域都有广阔的发展前景,许多学者通过掺加一定量的钢纤维来达到增强增韧的目的,但总体效果有限,随着聚乙烯醇纤维(PVA)等有机纤维的大量制备,学者们将不同种类、不同尺寸的纤维混掺入混凝土中以期进一步改善其强度、韧性、抗爆裂等性能。其中弯曲韧性是纤维混凝土力学性能的重要指标,但目前大部分的弯曲韧性评价方法都是针对钢纤维混凝土,各国标准试验与计算方法均不相同,且基于宏观试验的定性分析不能得到材料内部的应力应变过程,以及细观力学性能与宏观力学行为之间关联性的研究尚不多见。因此本文通过坍落度试验、立方体抗压强度试验以及四点弯曲试验进行分析,并结合有限元模拟、扩展有限元模拟,从细观角度分析纤维增韧性能得出以下结论:(1)在RPC中掺入不同体积分数的钢纤维、PVA纤维,进行坍落度试验以及基本力学性能试验,坍落度试验表明:钢纤维对RPC的工作性能影响不大,但PVA纤维影响显著,且其掺量在1.5%以上时容易出现结团现象;抗压强度试验以及四点弯曲试验表明:PVA纤维的桥接作用主要控制微裂缝,钢纤维主要抑制宏观裂缝扩展,表现延性特征,并且两种纤维都可显著提高RPC抗压强度,大部分混掺组合均可提高抗折强度,但混掺时钢纤维占比较大的组合增益效果更显著。(2)通过抗弯性能指标、纤维增韧指标以及根据日本JSCE-S4标准以及国内JGT472-2015标准改进的弯曲韧性评价三种方法分析发现,钢纤维可大幅度提高峰值荷载,对能量吸收能力的影响更加显著,增韧效果更强;PVA纤维可以提高峰值荷载对应挠度,其纤维掺量存在临界值大约为1%,掺入过多会导致增韧效果变差;两种纤维在峰值荷载前对纤维混凝土有显著增强效果,峰值荷载后对残余抗折强度以及维持荷载能力有很大贡献,综合得到最优混掺纤维组合为钢纤维体积分数2%,PVA纤维体积分数1%。(3)通过有限元模拟钢-PVA混掺纤维RPC的四点弯曲试验,从细观角度观察纤维增韧机理;通过模拟扩展试验,拟合得到钢纤维、PVA纤维体积掺量对RPC抗折强度影响计算公式;定量分析弯曲韧性混杂效应,通过曲面拟合得到钢-PVA混掺纤维RPC的弯曲韧性混掺效应函数,得到最优配比为钢纤维体积掺量2.08%,PVA纤维体积掺量1.21%。(4)通过扩展有限元模拟素RPC以及混掺纤维RPC可观察到模型破坏形态与试验类似,从开裂直到加载后期基体由于纤维的掺入依旧可承受较大应力,裂缝处纤维承受应力极大,且同等荷载条件下裂缝口张开位移更大。
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