高韌性水泥混凝土鋪裝材料特性與結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、普通水泥混凝土具有抗拉強度低、韌性差和開裂后裂縫發(fā)展迅速等缺點,給結(jié)構(gòu)物的耐久性帶來極大的影響,尤其是隨著混凝土強度的提高其固有缺點更加突出。隨著我國交通基礎設施建設的快速發(fā)展,重軸載和高速化的交通流特點給混凝土的彎拉強度和變形性能提出了更高的要求。本文采用混雜纖維增強體系,綜合考慮從工作性到宏觀力學性能的多維度因素,制備出具有應變硬化和多縫開裂特征的高韌性水泥混凝土鋪裝材料,采用室內(nèi)試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對其材料性能和結(jié)構(gòu)特征進

2、行了深入研究。
　　論文從原材料性能分析入手,對聚乙烯(PE)和聚丙烯粗合成纖維(CPP)的耐酸堿性能進行了測試,結(jié)果表明所選纖維均具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。為提高拌合物的流動性并保證纖維的均勻分散及其與基體的粘結(jié),自主配制了纖維分散助劑(M1)和功能復合粉體材料(M2),M1的加入能顯著提高纖維分散均勻性,M2的加入則大幅提高了纖維與基體的粘結(jié),在單摻M1與復摻M1和M2的情況下,拌合物的流動性和均勻性均較好。
　　為檢測兩種

3、纖維的分散性能,采用數(shù)字圖像處理與分析技術,建立了CPP纖維識別與分散性評價系統(tǒng),并提出了相應的評價指標。該評價方法不僅適合有機粗合成纖維,對于鋼纖維同樣適用。采用SEM微觀觀測對PE纖維的分散性進行了定性評價,結(jié)果表明M1與M2的配合使用可以促進PE纖維的均勻分散,CPP和PE纖維的分散性具有相同的規(guī)律。
　　采用四點彎曲試驗和落錘沖擊試驗對制備的高韌性混凝土強韌化特性進行了評價。在彎拉荷載作用下制備的高韌性混凝土具有明顯的變形

4、硬化特征,試件的開裂模式均較曲折,且在開口附近都可觀察到大量微細裂縫。在沖擊荷載作用下高韌性混凝土的初裂和破壞沖擊次數(shù)均遠大于普通混凝土,根據(jù)沖擊開裂發(fā)展規(guī)律推薦了沖擊韌性指標,該指標與纖維混凝土的變形能力有較好的相關性,抗彎變形能力強的纖維混凝土其沖擊抗力也大。
　　基于纖維水泥基復合材料的橋聯(lián)法則,對高韌性混凝土裂縫發(fā)展規(guī)律進行了分析。采用SEM測試手段分析了CPP纖維/基體界面的微結(jié)構(gòu),結(jié)果表明,CPP纖維與水泥基體的粘結(jié)較

5、差,界面區(qū)內(nèi)部有少量的孔隙和微裂縫,同時有大量板狀C-H晶體聚集。功能材料M2的加入導致C-S-H凝膠的大量產(chǎn)生并提高了界面區(qū)的密實性,應力和變形的傳遞效果得以改善,界面區(qū)力學特征由脆性轉(zhuǎn)變成韌性,纖維增韌效應范圍增大,所以混凝土的韌性性能被明顯提高。
　　采用單軸拉伸和壓縮試驗對高韌性混凝土的單軸受力特征進行了評價,其彈性模量約是同等抗壓強度普通混凝土的2/3,極限抗壓和抗拉應變均大大提高;六組推薦配比在單軸受拉條件下出現(xiàn)明顯的

6、應變硬化和多縫開裂現(xiàn)象。根據(jù)應力-應變?nèi)€特點,建立了高韌性混凝土本構(gòu)關系模型,該模型在峰值前和峰值后均能準確擬合高韌性混凝土的變形特征。結(jié)合材料彎曲與受拉力學特征,推薦出高韌性混凝土單軸極限抗拉強度和拉應變的簡易反算公式。
　　基于細觀層次建立了高韌性混凝土彎曲、受壓與受拉試件的二維數(shù)值模型,并對這三種試驗過程進行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果能夠較好的反應出高韌性水泥混凝土在三種受力狀態(tài)下的應力-應變特點以及開裂損傷發(fā)展規(guī)律。

7、　　采用彎曲疲勞試驗對高韌性混凝土的疲勞性能進行了評價,在疲勞荷載作用下高韌性混凝土試件的跨中撓度-循環(huán)次數(shù)比曲線同樣符合3階段模式。基于威布爾分布模型,建立了在0.05和0.50失效概率下的雙對數(shù)疲勞方程,并推導得出高韌性混凝土面板的疲勞應力系數(shù)計算公式。
　　建立三維有限元模型對高韌性混凝土路面結(jié)構(gòu)力學行為進行了分析,結(jié)果表明,在設計參數(shù)常規(guī)變化范圍內(nèi),高韌性路面板的受力特征變化較小;高韌性混凝土面板抵抗荷載和溫度應力綜合疲勞