关键词：
聚丙烯
长度
体积掺量
全珊瑚混凝土
SHPB
破坏形态
摘要：
本研究旨在寻找一种既经济又能提升全珊瑚混凝土力学性能的配比方法,这对于岛屿建设和海洋经济的进步有着极其关键的作用。通过结合静态和动态力学测试以及数字图像相关技术(DIC),深入分析了聚丙烯纤维增强的珊瑚混凝土在实际应用中的力学表现。实验设计包括15种不同体积掺量和纤维长度的聚丙烯纤维珊瑚混凝土试样,以及一个未掺入聚丙烯纤维的对照试样。具体而言,实验设置了三组纤维长度(6mm、9mm、12mm),每组纤维长度下又分别设置了五个不同的体积掺量(0.05%、0.1%、0.]5%、0.2%、0.25%)。通过比较不同配比下的聚丙烯纤维珊瑚混凝土的力学性能,结合DIC技术对其在冲击荷载作用下的动态力学和裂纹发展情况进行了详细研究,从而得出了最佳的配比方案。研究的主要内容和结论概述如下:
(1)通过对试样进行一系列的静态抗压与抗拉测试,研究发现,当加入不同掺量和长度的聚丙烯纤维时,其力学性能表现出显著的提升。具体而言,与未添加纤维的基准试样相比,含有聚丙烯纤维的试样在抗压强度上有9%至24%的提高,而在劈裂抗拉强度方面,增幅则在12%至41%之间。特别是当聚丙烯纤维的长度设置为9mm,其体积掺量达到0.15%时,试样的抗压与抗拉强度达到最优表现。随着聚丙烯纤维掺量的增加,这两项力学性能先是提升,然后都有所下降,显示出一定的规律性。
(2)通过SHPB实验系统,对其中掺入了不同体积掺量和长度的聚丙烯纤维,进行了动态劈拉测试。通过比较,研究了聚丙烯纤维的不同体积掺量和长度对珊瑚混凝土的动态劈拉强度、应力-应变关系、能量耗散以及动态增加因子(DIF)的影响。研究发现,在保持聚丙烯纤维长度和气压不变的条件下,不同体积掺量比例的聚丙烯纤维对珊瑚混凝土的动态劈拉强度的提升效果依次为:0.15%>0.1%>0.25%>0.2%>0%。同时,在聚丙烯纤维的体积掺量一定的情况下,纤维长度对珊瑚混凝土的动态劈拉强度的提升效果依次为:9mm>6mm>12mm。此外,动态劈拉实验对聚丙烯珊瑚混凝土的测试表明,该材料明显展示了应变率效应。在近似相同的应变率条件下,含有相同长度聚丙烯纤维的珊瑚混凝土应力值随聚丙烯纤维体积比例的增加先上升后下降,特别是当聚丙烯纤维长度为9mm,体积掺量为0.15%时,试样的应力达到最高。在应变率大致相同的条件下,试样的DIF随聚丙烯纤维的体积掺量及其长度的增大,大致呈现出先上升后下降的趋势。
(3)通过运用DIC数字散斑技术,本研究对比了含有不同体积掺量和长度的聚丙烯纤维珊瑚混凝土试样,在受到不同冲击荷载作用时的破坏模式。分析了这些试样在不同应变率影响下,沿Y方向(即垂直于杆件方向)的位移场变化。研究发现,相比于未掺入聚丙烯纤维的基准混凝土试样,含有聚丙烯纤维的珊瑚混凝土试样显示出显著的位移差减少,其中位移差减少的最大幅度为327.74%。特别是当聚丙烯纤维的体积掺量为0.15%,且纤维长度为9mm时,观察到位移差值最小。
图[58]表[13]参[80]
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