超高性能混凝土弯曲疲劳性能及破坏中裂缝发展研究

发布时间：2020-05-29 12:03

【摘要】：超高性能混凝土是由高强水泥基材料和纤维复合而成的一种新型复合建筑材料,具有高强度、高韧性及高耐久性的特点,在土木工程中应用越来越广泛。在桥梁、铁路、公路等混凝土设施中,由于重复荷载作用,疲劳破坏是常见的破坏形式。因此,开展超高性能混凝土的疲劳性能研究,对提高超高性能混凝土结构安全性和耐久性具有重要意义。但目前对超高性能混凝土的研究还处在试验阶段,在工程中的应用少,且对其弯曲疲劳特性和疲劳开裂后裂缝的发展情况研究较少,而混凝土裂缝是影响耐久性的重要因素。针对上述问题,本论文利用间断级配的颗粒最紧密堆积原理,制备出了性能优良的超高性能混凝土,并研究其弯曲疲劳性能,对疲劳过程中开裂及裂缝的发展进行了分析,为超高性能混凝土更好的在实际工程的应用提供理论指导和技术支撑。本论文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)根据间断级配的颗粒最紧密堆积原理,利用间断级配的160μm~315μm、630μm~1250μm河砂和水泥、超细矿渣及硅灰三种胶凝材料,以及采用钢纤维、聚丙烯纤维进行组合,制备出了三种性能优良的钢纤维、钢纤维-聚丙烯纤维、聚丙烯纤维超高性能混凝土。测试了三种超高性能混凝土的弯曲韧性,结果表明钢纤维超高性能混凝土和钢纤维-聚丙烯纤维超高性能混凝土弯曲韧性相差不大,且远远优于聚丙烯纤维超高性能混凝土的弯曲韧性。(2)对钢纤维、钢纤维-聚丙烯纤维、聚丙烯纤维超高性能混凝土开展了0.65、0.7、0.75、0.8、0.85等不同应力水平的弯曲疲劳实验,分析了不同应力水平下超高性能混凝土的弯曲疲劳寿命。相同应力水平下的弯曲疲劳寿命能较好的符合两参数威布尔分布检验,给出了可用于确定钢纤维、钢纤维-聚丙烯纤维、聚丙烯纤维超高性能混凝土的弯曲疲劳寿命的S-logN二次抛物线疲劳方程和考虑失效概率的S-logN-P_f二次抛物线疲劳方程,对比分析了钢纤维、钢纤维-聚丙烯纤维、聚丙烯纤维超高性能混凝土的弯曲疲劳寿命方程,得到了钢纤维、钢纤维-聚丙烯纤维、聚丙烯纤维超高性能混凝土的弯曲疲劳强度分别为:58.5%、59.1%、50.9%。(3)采用三维数字图像相关(3D-DIC)技术对钢纤维、钢纤维-聚丙烯纤维、聚丙烯纤维超高性能混凝土疲劳过程中的开裂行为和裂缝、应变的发展及刚度的衰减进行了研究,进一步分析了钢纤维、钢纤维-聚丙烯纤维、聚丙烯纤维超高性能混凝土的疲劳开裂机理。结果表明:聚丙烯纤维超高性能混凝土出现脆断现象,钢纤维-聚丙烯纤维和聚丙烯纤维超高性能混凝土开裂路径曲折,钢纤维超高性能混凝土裂缝、应变的发展及刚度的衰减呈现三阶段发展规律,阶段一、二、三分别占总时间的百分比为2%-15%、77%-95%、3%-15%,钢纤维-聚丙烯纤维超高性能混凝土裂缝、应变的发展及刚度的衰减大都只监测到阶段二、三,只在应力水平为0.8时监测到明显的三阶段,占比分别为11%、74%、15%。在超高性能混凝土弯曲疲劳过程中,钢纤维主要表现为阻止宏观裂缝的发展,聚丙烯纤维主要表现为阻止微观裂缝的发展,进而造成超高性能混凝土有不同开裂行为。本研究中制备的超高性能混凝土可应用于实际土木和建筑工程中,对其弯曲疲劳性能和疲劳过程中裂缝发展的研究为超高性能混凝土在工程中的应用提供理论指导和技术支撑。
【图文】：

原理图,数字图像相关,原理图

华南理工大学硕士学位论文算的图像子区，通过立体的相关匹配在变形前的右相机根据预先标定的摄像机内外参数可以获得要计算的图像标（X0，Y0，Z0），同样道理，在物体变形之后的左右相位置，同样可获得变形后的图像子区中心点的坐标。变区中心点位置坐标记为（X1，Y1，Z1），同理，第 N 张N，ZN）。变形前后的空间坐标差为所求的三维位移，，对计算方法[50,54,55]得到相应的应变场。

镀铜,钢纤维

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000直径d（μm）图 2-4 河砂粒度分布Fig. 2-4 Particles gradation curves of river sand2.1.5 镀铜钢纤维赣州大业金属纤维有限公司提供的镀铜钢纤维。其主要性能参数及实物图如表图 2-5 所示。表 2-6 镀铜钢纤维主要参数Tab 2-6 Major parameters of coppered steel fibers长度(mm) 直径(mm) 长径比抗拉强度(MPa) 密度(kg/m3) 熔点(℃13 0.2 65 2850 7800 1200
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】