基于云南昆明地区材料的ECC配合比优化设计
发布时间：2020-04-11 22:05
【摘要】：高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简写为ECC)相对于普通混凝土材料具有较高的极限拉伸应变能力。由于ECC的力学性能严重依赖于原材料性能,而各地材料的性能均有差异,同时更重要的是ECC性能的优异性主要由配合比进行控制,所以进行ECC配合比设计至关重要。本研究基于云南昆明地区材料和工业废料,采用基于微观力学和断裂力学模型(Micro-Mechan-ics and Fracture Mechanics,简称MMFM)的配合比设计方法和均匀试验设计方法(Uniform Design Experimentation Method,简称UDEM)与ACE(Alternating Conditional Expectations,简称ACE)非参数回归分析(Non-Parametric Regressio-n Analysis,简称NPRA)相结合的配合比设计方法进行ECC配合比设计。相对于目前广泛采用的粗放式配合比列表法、绝对体积法、全面试验设计法和正交试验法的材料配合比设计方法,采用MMFM配合比设计方法和UDEM-ACE配合比设计方法具有更好的理论性和科学性。其中,MMFM配合比设计方法在水泥基质和纤维参数的选择上具有更好的理论和科学依据。由于MMFM配合比设计方法对试验仪器、试验过程、试验样本数有较高的要求;同时此方法只能基于ECC预定试验目标进行配合比设计,不能基于某地区特定材料进行ECC配合比优化设计。为了实现基于云南昆明地区材料ECC配合比优化设计,本研究继续采用UDEM-ACE配合比设计方法进行ECC配合比设计。UDEM-ACE配合比设计方法可以实现以设计目标为导向的材料配合比优化设计,提高试验效率并在相同的试验条件下降低试验成本。基于UDEM-ACE配合比设计方法,本研究首先分析并获得了基于云南昆明地区材料的ECC最优配合比范围:W/B在0.35~0.42之间,S/B在0.25~0.3之间,F/B在0.02附近。然后通过轴心抗压试验、轴心抗拉试验和薄板四点弯曲试验进行ECC最优配合比试验验证。得到ECC的极限拉伸应变在3.8%~6.7%之间,与普通混凝土极限拉伸应变(约为0.01%)相比,是普通混凝土的300~600倍。同时,随机抽样的5组配合比的断裂能为2546.78~5980.43 N/m,是普通混凝土断裂能(约为200~300 N/m)的10~20倍。同时,本研究对在优化配合比范围中的ECC试件采用扫描电子显微镜仪器随机检测纤维分散情况,验证了本研究提出的ECC配合比及拌和工艺具有较好的可行性,为基于云南昆明地区材料ECC配合比及其拌合工艺的应用提供一定的参考价值。基于UDEM-ACE方法的ECC配合比优化设计,为其他地区的ECC配合比优化设计以及其他水泥基材料配合比设计提供了一定的理论及实践指导意义。
【图文】：
图 2.2 ECC 拉拔试验样本 图 2.3 单根纤维-基体拉拔试验装置由于单根纤维-拉拔试验对试验样本的制作、试验仪器和试验设备的操作有着较高的要求，基于本研究试验条件的限制，没有进行纤维-基体拉拔试验。所以本试验纤维-基体之间参数根据 Victor. C Li[37]的纤维-基体拉拔试验确定纤维基体参数。其中，选择摩擦粘结强度 为 2MPa，滑移-硬化系数 β 为 1.4，纤维-界面缓冲因子 g=2。根据文献[34]和[36]提供的纤维临界嵌固长度 Lc和纤维长径比的计算公式进行验算，本试验选择的纤维长度和长径比满足要求。本试验根据临界纤维体积分数式（2.6）计算得到临界纤维体积掺量为 0.9%，选择纤维体积掺量为 1%进行试验。可以初步得到 ECC 的配合比，如表 2.3 所示：表 2.3 基于云南昆明地区材料的 MMFM-ECC 配合比设计配合比（质量比）水泥 I 级粉煤灰 石英砂 水灰比 减水剂纤维体积掺量
图 2.2 ECC 拉拔试验样本 图 2.3 单根纤维-基体拉拔试验装置由于单根纤维-拉拔试验对试验样本的制作、试验仪器和试验设备的操作有着较高的要求，基于本研究试验条件的限制，没有进行纤维-基体拉拔试验。所以本试验纤维-基体之间参数根据 Victor. C Li[37]的纤维-基体拉拔试验确定纤维基体参数。其中，，选择摩擦粘结强度 为 2MPa，滑移-硬化系数 β 为 1.4，纤维-界面缓冲因子 g=2。根据文献[34]和[36]提供的纤维临界嵌固长度 Lc和纤维长径比的计算公式进行验算，本试验选择的纤维长度和长径比满足要求。本试验根据临界纤维体积分数式（2.6）计算得到临界纤维体积掺量为 0.9%，选择纤维体积掺量为 1%进行试验。可以初步得到 ECC 的配合比，如表 2.3 所示：表 2.3 基于云南昆明地区材料的 MMFM-ECC 配合比设计配合比（质量比）水泥 I 级粉煤灰 石英砂 水灰比 减水剂纤维体积掺量
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：
图 2.2 ECC 拉拔试验样本 图 2.3 单根纤维-基体拉拔试验装置由于单根纤维-拉拔试验对试验样本的制作、试验仪器和试验设备的操作有着较高的要求，基于本研究试验条件的限制，没有进行纤维-基体拉拔试验。所以本试验纤维-基体之间参数根据 Victor. C Li[37]的纤维-基体拉拔试验确定纤维基体参数。其中，选择摩擦粘结强度 为 2MPa，滑移-硬化系数 β 为 1.4，纤维-界面缓冲因子 g=2。根据文献[34]和[36]提供的纤维临界嵌固长度 Lc和纤维长径比的计算公式进行验算，本试验选择的纤维长度和长径比满足要求。本试验根据临界纤维体积分数式（2.6）计算得到临界纤维体积掺量为 0.9%，选择纤维体积掺量为 1%进行试验。可以初步得到 ECC 的配合比，如表 2.3 所示：表 2.3 基于云南昆明地区材料的 MMFM-ECC 配合比设计配合比（质量比）水泥 I 级粉煤灰 石英砂 水灰比 减水剂纤维体积掺量
图 2.2 ECC 拉拔试验样本 图 2.3 单根纤维-基体拉拔试验装置由于单根纤维-拉拔试验对试验样本的制作、试验仪器和试验设备的操作有着较高的要求，基于本研究试验条件的限制，没有进行纤维-基体拉拔试验。所以本试验纤维-基体之间参数根据 Victor. C Li[37]的纤维-基体拉拔试验确定纤维基体参数。其中，，选择摩擦粘结强度 为 2MPa，滑移-硬化系数 β 为 1.4，纤维-界面缓冲因子 g=2。根据文献[34]和[36]提供的纤维临界嵌固长度 Lc和纤维长径比的计算公式进行验算，本试验选择的纤维长度和长径比满足要求。本试验根据临界纤维体积分数式（2.6）计算得到临界纤维体积掺量为 0.9%，选择纤维体积掺量为 1%进行试验。可以初步得到 ECC 的配合比，如表 2.3 所示：表 2.3 基于云南昆明地区材料的 MMFM-ECC 配合比设计配合比（质量比）水泥 I 级粉煤灰 石英砂 水灰比 减水剂纤维体积掺量
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【参考文献】
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5 薛会青;邓宗才;;高韧性水泥基复合材料试验研究[J];东南大学学报(自然科学版);2010年S2期
6 徐世p
本文编号：2623890
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