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(qiáng)度低、韌性差和開裂后裂縫發(fā)展迅速等缺點(diǎn),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(qiáng)度的提高其固有缺點(diǎn)更加突出。隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展,重軸載和高速化的交通流特點(diǎn)給混凝土的彎拉強(qiáng)度和變形性能提出了更高的要求。本文采用混雜纖維增強(qiáng)體系,綜合考慮從工作性到宏觀力學(xué)性能的多維度因素,制備出具有應(yīng)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(yàn)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(jìn)

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(jìn)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(fù)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(fù)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(shù),建立了CPP纖維識別與分散性評價(jià)系統(tǒng),并提出了相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)。該評價(jià)方法不僅適合有機(jī)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(jìn)行了定性評價(jià),結(jié)果表明M1與M2的配合使用可以促進(jìn)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(diǎn)彎曲試驗(yàn)和落錘沖擊試驗(yàn)對制備的高韌性混凝土強(qiáng)韌化特性進(jìn)行了評價(jià)。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(xì)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(yuǎn)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(biāo),該指標(biāo)與纖維混凝土的變形能力有較好的相關(guān)性,抗彎變形能力強(qiáng)的纖維混凝土其沖擊抗力也大。
　　基于纖維水泥基復(fù)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(jìn)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(dǎo)致C-S-H凝膠的大量產(chǎn)生并提高了界面區(qū)的密實(shí)性,應(yīng)力和變形的傳遞效果得以改善,界面區(qū)力學(xué)特征由脆性轉(zhuǎn)變成韌性,纖維增韌效應(yīng)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(yàn)對高韌性混凝土的單軸受力特征進(jìn)行了評價(jià),其彈性模量約是同等抗壓強(qiáng)度普通混凝土的2/3,極限抗壓和抗拉應(yīng)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(yīng)變硬化和多縫開裂現(xiàn)象。根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€特點(diǎn),建立了高韌性混凝土本構(gòu)關(guān)系模型,該模型在峰值前和峰值后均能準(zhǔn)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(xué)特征,推薦出高韌性混凝土單軸極限抗拉強(qiáng)度和拉應(yīng)變的簡易反算公式。
　　基于細(xì)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(yàn)過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果能夠較好的反應(yīng)出高韌性水泥混凝土在三種受力狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變特點(diǎn)以及開裂損傷發(fā)展規(guī)律。

7、　　采用彎曲疲勞試驗(yàn)對高韌性混凝土的疲勞性能進(jìn)行了評價(jià),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?；谕紶柗植寄Ｐ?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(dǎo)得出高韌性混凝土面板的疲勞應(yīng)力系數(shù)計(jì)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(xué)行為進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,在設(shè)計(jì)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(yīng)力綜合疲勞