【摘 要】
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超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)是具有高韧性、优异耐久性的一种超高强水泥基复合材料,但实际应用中由于造价高、生产工艺复杂等问题使其推广应用受到限制,因此降低造价是目前UHPC研究应用的关键。本文使用废轮胎钢纤维和聚合物纤维分别替换钢纤维和聚丙烯纤维来降低UHPC的成本,并进行宏观性能、微观性能和弯曲试验研究,再应用结构受力状态理论探究弯曲试
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超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)是具有高韧性、优异耐久性的一种超高强水泥基复合材料,但实际应用中由于造价高、生产工艺复杂等问题使其推广应用受到限制,因此降低造价是目前UHPC研究应用的关键。本文使用废轮胎钢纤维和聚合物纤维分别替换钢纤维和聚丙烯纤维来降低UHPC的成本,并进行宏观性能、微观性能和弯曲试验研究,再应用结构受力状态理论探究弯曲试验中UHPC板的受力状态演变过程,主要研究内容如下:(1)通过测试不同纤维替换率UHPC的流动性、抗压强度、抗折强度和动弹性模量探究废轮胎纤维对UHPC宏观性能的影响。结果表明:UHPC的流动性随着废轮胎钢纤维替换率的增大而减小;废轮胎钢纤维会显著影响3-7天的抗压强度和替换率大于50%组别的7和28天的抗折强度和强度增长率。UHPC的流动性随着废轮胎聚合物纤维替换率的不断增大而减小;废轮胎聚合物纤维会显著影响28天的抗压强度和3、7和28天的抗折强度;UHPC的动弹性模量随着废轮胎钢纤维和聚合物纤维替换率的增大不断下降。(2)通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)以及热重-差热分析(TG-DTA)探究UHPC的微观性能。结果表明:通过SEM发现水化产物随着龄期的增长会相互联结使基体更加均匀密实;通过对照组的EDS发现元素颜色明暗可判别基体密实程度;通过对照组XRD可以发现随着龄期的增长,C2S、C3S等的衍射峰变得逐渐不明显,C-S-H和钙沸石变得显著;通过对照组的热重-差热分析结果可以发现随着龄期的增长,曲线第一次吸热峰和失重现象越来越明显,但第二次和第三次吸热峰和失重现象越来越不明显。(3)通过7块不同纤维替换率的UHPC板探究废轮胎纤维对板弯曲性能的影响。结果表明:废轮胎钢纤维的掺入可以增强UHPC板在进入钢筋屈服阶段之前的韧性,但在破坏阶段随着替换率的增大表现出越来越明显的脆性。废轮胎聚合物纤维会显著影响加载初期聚丙烯纤维限制微裂缝的扩展与延伸。随着废轮胎聚合物纤维替换率的增大,表现出明显的脆性破坏特征,其进入破坏阶段后的承载能力越来越小。(4)通过参数GSED和值来表征UHPC板的受力状态,再利用M-K判别方法识别7块板的GSED和趋势图中弹塑性分支点和失效荷载点,进而将受力状态划分为线弹性阶段、弹塑性阶段和失效阶段,再通过UHPC板的受力状态模式图验证特征荷载前后的突变特征,揭示UHPC板的受力状态演变规律,最后对比根据规程确定的设计荷载与根据本文方法确定出的设计荷载,验证将失效荷载作为设计荷载的必要性。结果表明:随着废轮胎钢纤维替换率的增大,弹塑性分支点荷载和失效荷载不断减小,当增大到一定程度时弹塑性分支荷载就逐渐对其不敏感;随着废轮胎聚合物纤维替换率的增大,弹塑性分支点荷载和失效荷载不断减小;根据规程确定的设计荷载Mu相比于根据本文方法确定出的设计荷载Mu Q仍有较大的安全裕量,这会造成材料的浪费。
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