碳纤维织物增强混凝土薄板力学性能研究

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织物增强混凝土(TRC)是一种将精细混凝土基材与高性能的纤维织物结合起来的新型水泥基复合材料。TRC具有非常显著的增强增韧特性和优良的耐久性,国内外普遍认为 TRC拥有巨大的发展潜力,目前有关 TRC构件的推广及应用尚在基础研究阶段,其力学性能的试验研究十分必要,可为理论研究、数值模拟、设计提供依据。鉴于此,本文分别对TRC薄板进行单轴拉伸试验、四点和三点弯曲试验,探讨织物层数、短切钢纤维以及预应力对TRC薄板强度、延性、裂缝模式、破坏模式等力学行为的影响。通过研究获得了如下成果:  (1)TRC板的单轴拉伸试验表明:未掺入短切钢纤维的TRC板随着配网率的增加,碳纤维织物利用率降低,试验过程中纤维层与水泥基层逐渐分离,最终薄板发生剥离破坏;对碳纤维织物施加预拉力能使薄板的开裂应力提高;在TRC板中掺入短切钢纤维提高了界面性能,进而提高了 TRC板抗拉强度、极限应变;在试验工况内,钢纤维的掺量、预应力水平能够明显改善 TRC板轴向拉伸性能。掺入2%体积含量的钢纤维可使板材的抗拉强度比未掺加钢纤维的板材提高了1倍左右。对碳纤维织物施加预拉力的同时在薄板中掺入1%的短切钢纤维可以显著提高碳纤维的利用率。  (2)TRC板的四点和三点弯曲试验表明:随着碳纤维织物层数的增加,TRC板的开裂后刚度和抗弯强度增大,薄板的裂缝数目也增多,呈现出多缝开裂模式,但薄板受力过程中织物层与基体层的界面均出现明显剥离。在碳纤维织物网格中和基体混凝土中掺入1%的短切钢纤维可以改善TRC板的界面性能,且薄板的承载能力、变形能力和弯曲韧性均有较大的提高。TRC板的预应力、短切钢纤维都能提高TRC板的开裂荷载、极限荷载;在试验工况内,钢纤维掺量越大TRC板弯曲力学性能的改善越明显。在预应力TRC板中掺入1%短切钢纤维,可以显著改善碳纤维织物与水泥基材之间的界面粘结性能,薄板在裂缝发展模式方面得到了进一步的提升,TRC板的破坏形式也由剥离破坏或者伴有剥离的剪切破坏转变为弯曲破坏。  (3)理论推导出了TRC板开裂荷载的计算式,对TRC板的抗裂能力进行了计算分析;给出了不同破坏模式下TRC板正截面抗弯承载力的计算方法。理论分析与试验结果较为吻合。
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