教学课程资源库 更多>>

关键词： 超高性能混凝土   中空钢纤维   不锈钢纤维   力学性能   耐久性能  

摘要： 现今超高性能混凝土(UHPC)已经成为混凝土的重要发展方向之一,因其具有优秀的强度、耐久性,已经开始应用于各种超高层及大跨度建筑。为了确保其性能的充分发挥,需要加入纤维,现阶段使用量最大的纤维为镀铜钢纤维。但是UHPC的成本又因钢纤维的大量使用而居高不下,同时工程需要UHPC具有的高性能又取决于钢纤维。为此本文通过使用中空不锈钢纤维来替代镀铜钢纤维,来研究钢纤维中空化结构及不锈钢对UHPC性能的影响。主要做了以下研究:通过制作胶砂试块并进行抗折、抗压强度测试,分析了中空不锈钢纤维对UHPC力学性能的影响;通过干湿循环试验、盐雾试验、长期浸泡试验研究了中空不锈钢纤维对UHPC耐久性能的影响;并使用三维CT测试了中空钢纤维在UHPC中的分布情况;研究结果表明:(1)随着中空不锈钢纤维掺量及长径比的增加,UHPC力学性能逐渐增加,尤其是抗折强度的增加极为显著。但是钢纤维的掺量及长径比存在临界点,一旦超过将会形成结团现象,导致力学性能下降;(2)相比镀铜钢纤维及实心不锈钢纤维,中空不锈钢纤维对UHPC力学性能提升效果更加明显。当钢纤维体积掺量为2.0%、长径比为75时,掺中空不锈钢纤维UHPC的抗折强度比镀铜钢纤维及实心不锈钢纤维高20.0%以上;(3)中空不锈钢纤维可以极大的提升UHPC耐久性能。在干湿循环实验结束后(150 d),掺镀铜钢纤维的UHPC性能下降了28.1%,而掺中空不锈钢纤维仅下降了6.0%。盐雾实验开始时掺中空不锈钢纤维的UHPC比掺镀铜钢纤维的抗折强度高18.4%,等到实验结束(180 d)二者差距扩大到34.0%。而使用10%Na Cl溶液进行的长期浸泡实验,二者的性能差从开始的23.7%增加到51.4%(18个月);(4)在碱性环境下,镀铜钢纤维表面镀铜层将自动脱落。并且在混凝土这种碱性环境下可能会加快镀铜钢纤维的腐蚀速度,尤其是在钢纤维互相连接的地方;(5)三维CT结果表明,中空钢纤维在UHPC中分布更加均匀,互连概率更低,对于2.0%掺量的0.4 mm钢纤维,实心钢纤维的连接概率为71.4%,而中空钢纤维仅为46.7%。并且钢纤维中空化可以降低单根钢纤维质量,使其降低在制作工程中造成的沉降现象;(6)掺加中空钢纤维的UHPC耐电化学腐蚀性能更加优秀。在2.0%掺量下,0.3 mm的中空钢纤维相比掺加实心钢纤维的UHPC体积电阻高66.5%。这是因为中空化结构在导电时载流量更小,并且中空钢纤维在UHPC中互连概率更低。

关键词： 混凝土   人造细骨料   制备工艺   建筑废弃物   资源化利用  

摘要： 随着城镇化和工业化的快速发展，城市建设规模也在不断扩大。天然骨料作为混凝土工程、路基填充和园林绿化的主要材料之一，是需求量巨大的建筑材料，但是，过度的开采将会对环境造成严重的影响。出于对环境保护的目的,国家正逐步禁止或限制砂石骨料的开采，可能会使建筑用骨料价格暴涨，寻找天然骨料的替代品成为了研究人员关注的热点。另外，在基础设施建设过程中,新城区的建设和老城区的拆迁两方面加剧了我国建筑垃圾的产生。基于这两个问题，本文提出用建筑废弃物砖粉和混凝土粉为主要原材料，利用新型造粒技术制备人造细骨料，以提高我国建筑废弃物循环利用率，缓解建筑工程对天然骨料的需求，本文主要开展了以下几项研究:　　（1）探究人造细骨料制备工艺:通过对人造骨料造粒方法的研究，在搅拌制粒工艺的基础上，采用旋转和高速混合造粒相结合的方式制备建筑废弃物人造细骨料，并研究了造粒机各项参数、原料配比、养护方式对人造细骨料性能影响，提出最优造粒方案。结果表明:1）造粒机的造粒参数对人造细骨料性能和成型效率影响较大，合适的造粒参数不仅可以提高人造细骨料的物理性能，还能显著提高骨料成型效率;2）水泥掺量对人造细骨料强度影响很大，通过添加矿渣、氢氧化钙和粉煤灰不仅可以提高人造细骨料的性能，还能降低水泥掺量;3）相比于自然养护条件，标准养护可在很大程度上提高人造细骨料的密实度，从而使骨料的性能大幅提升。　　（2）研究人造细骨料的物理性能:在最佳造粒参数、原料配比的基础上制备两种人造细骨料，并测定人造细骨料的各项物理性能。结果表明:相较于天然骨料河砂，A20人造细骨料（一种人造骨料配比编号）压碎指标、吸水率、松散空隙率、紧密空隙率、胶砂需水量比和胶砂强度比分别提高47％、104％、25％、27％、90％、1％,表观密度、松散堆积密度、紧密堆积密度分别降低18％、33％、31％。　　（3）制备人造细骨料砂浆并研究其工作性能、力学性能、干燥收缩性能以及界面过渡区微观形貌。结果表明:1）在配合比相同条件下，人造细骨料砂浆的工作性能较天然骨料砂浆差，要达到天然骨料砂浆相同的工作性能就需要更多的附加水量;2）在采用附加水量配合比设计的条件下，A20人造细骨料砂浆（强度等级为M30时）28天抗压强度相较于天然细骨料砂浆提高11％;3）A20人造细骨料砂浆干缩性能良好，和天然细骨料砂浆相当，且远好于再生细骨料砂浆;4）人造细骨料砂浆界面过渡区缺陷较少，整体性较强，性能稳定。　　（4）制备人造细骨料混凝土并研究其工作性能、力学性能以及界面过渡区微观形貌。结果表明:1）人造细骨料混凝土需要额外添加附加水，才能达到和天然骨料混凝土相同的工作性能;2）在采用附加水量配合比设计的条件下，A20人造细骨料混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度相较于天然骨料混凝土分别提高5.5％、3.4％;人造细骨料混凝土界面过渡区缺陷较少、整体性较好、性能稳定。

关键词： 石灰石煅烧粘土复合胶凝材料   再生混凝土   力学性能   本构模型   氯离子传输  

摘要： 建筑原材料资源紧缺和建筑废弃物的堆放处理问题是制约建筑行业可持续发展的两大难题,为了应对天然砂石以及淡水资源日益匮乏的困境,海水海砂和再生粗骨料日益受到全世界研究人员的关注,海水海砂被认为是淡水河砂的可靠替代品,而再生粗骨料在混凝土中使用是应对天然碎石紧缺和废弃混凝土处理难题的有效举措。此外,由煅烧粘土和石灰石组合替代部分水泥组成的LC3（Limestone Calcined Clay Cement）复合胶凝材料将大幅度减少传统水泥熟料的使用,从而减少了传统水泥的能耗和碳排放。本文为了实现充分利用绿色资源和减少碳排放的双向效益,采用LC3胶凝材料、海水海砂、再生粗骨料组合制备新型绿色低碳混凝土,对LC3海水海砂再生混凝土的力学性能和耐久性能进行了研究,主要研究内容和结论如下: （1）研究了不同LC3替代率（35%和50%）的海水海砂混凝土抗压强度及其微观孔隙结构的演化规律。结果表明,当LC3替代率为35%时,LC3海水海砂普通粗骨料混凝土的28d抗压强度提高了2.8%,LC3海水海砂再生粗骨料混凝土的7d抗压强度提升了5.0%,说明35%替代率的LC3胶凝材料促进了混凝土的早期强度的发展;当LC3替代率为50%时,水泥熟料的显著减少会降低混凝土的抗压强度。LC3的加入显著减少了20～50nm孔体积,同时明显增加了<20nm孔体积,说明LC3胶凝材料细化了混凝土的孔隙结构,但是LC3与海水海砂的组合增大了混凝土的孔隙率,从而导致LC3海水海砂混凝土强度的下降;混凝土抗压强度受到孔隙率和>50nm孔体积的影响,但孔隙率是影响抗压强度的主要因素,混凝土的抗压强度随着孔隙率的减少呈线性增加的趋势。 （2）建立了LC3海水海砂再生混凝土受压力学本构。开展混凝土圆柱体轴心抗压试验,获得了LC3海水海砂再生混凝土的应力应变关系。结果表明,35%替代率的LC3体系可以获得与OPC体系基本相当的峰值应力和弹性模量,但当LC3替代率为50%时,混凝土的峰值应力和弹性模量都会明显降低。LC3胶凝材料对海水海砂再生混凝土在弹性阶段的泊松比影响较小,但是混凝土进入弹塑性阶段后,LC3混凝土表现出了更大的环向变形;LC3海水海砂再生混凝土的泊松比随龄期增加明显,28d龄期时在0.17～0.22之间,240d龄期时在0.27～0.30之间。利用既有的经典应力-应变本构模型对试验数据进行拟合分析,并通过参数分析建立了基于Guo模型和Sargin模型应力应变本构。与实验结果对比表明,本文建立的LC3海水海砂再生混凝土的应力应变模型具有较好的精度。 （3）研究了LC3海水海砂水泥基材料的氯离子传输特性,并从微观结构上分析LC3胶凝材料对氯离子传输性能的影响。结果表明,LC3胶凝材料能够促进游离氯离子的结合生成水铝钙石或Friedel’s盐,并通过显著减小孔隙结构的最可几孔径和临界孔径,降低了孔隙的连通性并使渗透路线更加曲折,从而有效阻碍了氯离子的传输;测试结果表明替代率为35%和50%的LC3砂浆的氯离子表观扩散系数均降低了90%以上。氯离子扩散系数随着暴露时间的增加而减少,但随着LC3替代率的增加先减后增,即存在最优LC3替代率使氯离子扩散系数最小。背散射和能谱的测试结果表明,LC3砂浆基体具有更少的氯离子分布,但再生骨料表面附着的旧砂浆使氯离子可以通过再生骨料内部进行传输,降低了再生混凝土抗氯离子渗透性能。

关键词： 粉土   超固结比   力学特性   微观结构   颗粒流模拟  

摘要： 工程实际中,由于土体固结历史的变化,如地基预压来控制地基沉降、深基坑开挖过程中上部土体的转移,地基土常处于超固结状态,其力学特性与正常固结状态下有较大差异。而郑州粉土属于黄河冲积粉土,由于长时间水力冲刷,工程性质存在其特殊性,既往研究较少关注超固结比对其力学特性影响,同时,对其微观结构变化也缺乏深入研究。本文以郑州粉土为研究对象,开展考虑超固结比的三轴固结不排水剪切试验,同时,结合电镜扫描试验,开展超固结状态郑州粉土微观结构分析,并采用PFC3D颗粒流软件进行数值模拟,从细观角度对郑州粉土颗粒变化规律进行分析,探讨超固结下郑州粉土力学特性与微观结构变化的内在联系,主要结论如下: (1)开展了三轴固结不排水剪切试验,试验考虑不同固结围压与超固结比的影响,试验研究表明,在超固结比的影响下,应力与应变发展关系呈现明显的非线性关系,且应力峰值随着超固结比的增大而显著增大,此时应力应变曲线均表现为明显的硬化型。超固结状态下,土体的剪胀性增强,表现为应力路径的整体右移。随着超固结比的增大,郑州粉土固结不排水抗剪强度指标显著上升,且超固结比对黏聚力影响较内摩擦角更为显著。 (2)在三轴试验基础上,开展郑州粉土微观电镜扫描试验,观察了不同超固结比试验条件下剪切后土体的微观结构变化,结果表明,随着超固结比的增大,土体孔隙率降低,土颗粒之间接触面积增大,颗粒间的滑动摩擦和咬合摩擦增大,表现为土体的强度峰值越大,土体抵抗外界变形的能力越强。在孔隙结构上,随着超固结比的增大,土颗粒形状更接近圆形,而孔隙向着均一化方向发展,孔隙的复杂程度进一步降低;同时,概率熵逐渐减小,孔隙排列的有序性和定向性增强,结构趋于稳定。 (3)基于三轴试验与电镜扫描试验结果,确定接触模型并对模型参数进行标定,开展了粉土颗粒流数值模拟三轴试验,模拟试验结果与室内三轴试验结果的应力应变曲线较为吻合。试验过程中,颗粒位移场表现为上、下两端颗粒向中部运动而中部颗粒运动不明显的现象,未出现明显剪切破坏面,与室内试样硬化型对应。接触力链、力学配位数等细观参数变化与土体的强度变化关系相符,验证了离散元方法模拟粉土三轴试验的可行性。随着超固结比的增大,颗粒间接触更新,力学配位数初始值增大。

关键词： 再生混凝土   力学性能   玄武岩纤维   多轴应力   应力-应变关系  

摘要： 随着社会的发展,绿色发展的理念深入人心,对建筑垃圾的处理与再利用受到人们的关注,特别是将废弃的混凝土材料变废为宝实现再次利用逐渐成为学者们研究的热点,对建筑垃圾的回收再利用能够有效节约土地资源,推动绿色城市、绿色经济发展。对于再生骨料而言,其自身力学性能较差,使得一定再生骨料取代率下的再生混凝土难以应用于实际工程中,而玄武岩纤维的掺入能够一定程度上限制裂缝的开展,有效提高再生混凝土力学性能。玄武岩纤维抗拉强度高、耐腐蚀性强、成本低,是一种绿色环保高性能纤维材料,近年来逐渐成为纤维增强混凝土材料领域的研究热点。本文通过开展室内试验分析玄武岩纤维对再生骨料混凝土的增强增韧效果,围绕纤维掺量、龄期等方面探究玄武岩纤维对再生骨料混凝土力学性能影响规律,结果如下:(1)进行不同玄武岩纤维掺量下再生混凝土的坍落度试验,研究玄武岩纤维掺量对再生混凝土工作性能的影响,结果表明,纤维的掺入显著降低了再生混凝土流动性,纤维掺量大于0.3%时,拌合物工作性能便不能满足后续的实验要求。通过增加减水剂用量能够有效改善再生混凝土工作性能。(2)以纤维掺量及龄期为变量参数,室内开展再生混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度试验,试验结果表明,玄武岩纤维对再生骨料混凝土强度影响效果显著,结合试验数据可知,玄武岩纤维对抗压强度提升幅度在3.0%～8.6%之间,最大提高率不到10%;对抗拉强度提升幅度在11.16%～30.28%之间,提升效果显著;对抗折强度提升幅度在0.3%～16.2%之间,提升效果居于抗压强度与抗拉强度之间。对比分析不同龄期下再生骨料混凝土基本力学性能,研究纤维再生混凝土前期强度增长规律,结果表明,玄武岩纤维对再生混凝土前期强度增长速度有一定提升作用,结合试验数据可知,0.2%的纤维掺量对再生混凝土强度增长速度提升效果最显著。(3)开展再生混凝土单轴及常规三轴试验,以侧向围压及纤维体积掺量作为变量,研究玄武岩纤维再生混凝土处于单轴及多轴应力状态下的力学性能,结果表明,侧向围压对试件的约束作用大大减弱了纤维对再生混凝土力学性能的影响效果,结合试验结果对纤维再生混凝土峰值应力、应变和弹性模量进行分析,并结合数据给出相关指标计算式。(4)结合试验数据,建立分段表达的玄武岩纤维再生混凝土单轴及常规三轴状态下的应力-应变全曲线本构关系模型,结果表明,侧向围压及纤维掺量对曲线上升段形态影响不大,曲线下降段随着围压的施加形态变化明显。通过计算得到再生混凝土压缩应变能及脆性指数计算式,随着围压的增大,再生混凝土压缩应变能整体呈逐渐增大的趋势,而脆性指数在施加了围压后其数值显著减小。

摘要： ~~

关键词： 冻结饱和砂土   真三轴   亚塑性模型   各向异性   单轴  

摘要： 人工冻结法在矿井建设、地铁工程、隧道工程等领域施工中被广泛应用,也是矿山和隧道穿越富水砂层开挖的主要技术手段。全面了解冻结饱和砂土的力学性质和复杂应力下的应力-应变关系,可以为人工冻结法施工提供重要的指导。在原位应力、冻胀升压等自然因素,以及人工开挖、堆载等人为影响下,地下冻土可能处于各种维度应力状态下,中主应力对冻土强度及变形特性同样具有显著影响。因此,研究饱和冻结砂不同加载条件下强度及变形特性,建立结构形式简单、参数物理意义明确的冻土本构模型可为富水砂层人工冻结法施工提供理论参考,为冻土本构模型的建立提供新的方向。本文采用室内力学试验、数值模拟和理论分析相结合的方式,以冻结饱和砂土为研究对象,对不同应力状态下强度及变形特性进行研究,并基于亚塑性理论,建立相应的本构模型。主要研究内容及成果如下:(1)开展3个温度、3个围压和5个中主应力系数的的三轴剪切试验,分析各因素对饱和冻结砂强度及变形特性影响,结果表明:温度降低,使冻结饱和砂土强度明显提升,剪胀增强;增大围压,强度提高,剪缩减弱;随着中主应力系数增大,其强度先增大后降低,剪胀性增强。(2)在Wu和Lin提出的亚塑性模型的中引入一个黏聚力张量和相对密实度状态变量,建立冻结砂土临界状态模型。将模型预测值与试验值对比,发现模型在不同温度、初始围压和中主应力系数条件下均有良好的性能,能够较好地描述饱和冻结砂土强度及变形规律。(3)结合Wu等各向异性亚塑性建模基本思路,建立冻土各向异性亚塑性模型。模拟了不同沉积角条件下静水压缩试验和常规三轴压缩试验路径下的应力应变响应,分析了各向异性系数和沉积角对模型预测结果的影响,验证了通过该方法建立冻土各向异性亚塑性模型的有效性和可行性。(4)结合损伤力学与应变能守恒原则,在Wu-Bauer亚塑性模型基础上引入黏聚力张量和修正函数,建立考虑孔隙压密的冻结砂土一维亚塑性损伤本构模型,提出参数确定方法。模型能够很好反映出冻结饱和砂土加载初期孔隙压密和达到峰值后应变软化特性,能够准确地描述出冻结砂在单轴压缩应力状态下的全应力-应变曲线。图[44]表[9]参[95]

关键词： 蒸压加气混凝土   纳米碳酸钙   纳米二氧化硅   力学性能   导热性能  

摘要： 我国的建筑行业属于碳减排的重点领域之一,节能利废、保护环境成为人们的关注焦点。AAC(Autoclaved Aerated Concrete,蒸压加气混凝土)是一种具备保温隔热、轻质、吸声等多种优势的新型绿色建材,是唯一一种满足65%建筑节能设计标准的要求的单一墙体材料。由于AAC兼顾强度高且导热系数低的研究较为缺乏,因此改性AAC的力学性能和导热性能亟待研究。本文在AAC中添加适量的纳米碳酸钙和纳米二氧化硅。首先对其立方体抗压强度和导热系数进行试验检测;然后采用基于MATLAB的图像分析法,对不同掺量纳米材料的AAC进行图像的二值化处理进行孔信息的统计及分析;最后采用XRD和SEM进行物相分析及微观结构的检测,了解掺入纳米材料AAC的形貌及孔壁的晶相组成,研究微观结构对AAC的力学及导热性能的影响,从而促进AAC的推广与发展。本文的主要研究结论如下:(1)纳米碳酸钙AAC的强度随掺量的提高而增强,导热系数随掺量的提高而降低,在1.5%掺量时,立方体抗压强度最高,导热系数最低,达到最优掺量;纳米二氧化硅掺量为1.5%时,导热系数值最低且强度值基本不变。(2)不同配比的AAC经灰度化、中值滤波、图像增强、二值化处理后的图像导入EXCEL中可以得到孔信息,且AAC随着孔隙率的增大,平均孔径的减小,相对应的导热系数明显减小,抗压强度提高。结合宏观性能及孔结构可知,纳米碳酸钙最优掺量为1.5%,纳米二氧化硅最优掺量为1.5%。(3)XRD检测结果表明:掺入纳米材料的AAC中的水化产物主要为Si O、托勃莫来石、Ca CO和CSH。SEM检测结果表明:掺入纳米碳酸钙的AAC中发生的晶核作用,提升水化产物的结晶度,可以改善孔内结构,使得托勃莫来石等水热反应生成物形成小晶体并在空间结构上互相连接进而成为网络。掺入纳米二氧化硅的AAC,Si O与Ca(OH)反应生成大量的水化胶凝材料结构致密,纳米颗粒在孔隙中填充。

关键词： 铜渣   碱激发超高性能混凝土   高温   力学性能   微观结构  

摘要： 碱激发胶凝材料是一种绿色胶凝材料,它是通过在碱激发剂作用下对硅铝质废弃物等原材料进行生产的。碱激发胶凝材料在生产过程中,相对于传统的硅酸盐胶凝材料,具有工艺简单,能耗低的优势。用其制备的碱矿渣混凝土具有优良的力学性能和耐久性能,高温作用后,具有更好的耐高温性能,因为碱矿渣混凝土的水化产物几乎不含在高温情况下易分解膨胀的钙矾石(Aft)和氢氧化钙(CH)。铜渣属于有色金属渣,是冶炼铜过程中产生的固体废渣,质地坚硬耐磨,具有一定的火山灰活性,其主要成分为氧化铁、二氧化硅、氧化铝和氧化钙等,但是目前综合利用率较低,堆存量较大,导致土地资源浪费,环境污染严重。结合碱激发胶凝材料耐高温性能优异和铜渣质地坚硬、外形不规则、内部含一定硅铝成分的特点,本文在掺铜渣普通混凝土常温性能和碱矿渣超高性能混凝土高温性能的研究基础上,对掺铜渣碱矿渣超高性能混凝土(CS-AUHPC)的高温后力学性能退化规律和微观结构进行了试验研究,主要的工作和成果如下: (1)利用SEM、XRF、XRD和TG-DSC分析技术对铜渣中的外形样貌和主要成分进行描述、分析。通过10组混凝土立方体轴压试验和4组抗折试验,对比三种不同粒径和三种不同掺量铜渣对碱矿渣超高性能混凝土常温下抗压、抗折强度的影响。随着铜渣掺量的增加,抗压和抗折强度呈现先增后减的变化规律,转折点出现在30%掺量附近。在铜渣掺量一定的情况下,随着铜渣粒径的减小,抗压强度也随之降低。 (2)对高温后掺不同粒径、不同掺量铜渣的碱矿渣超高性能混凝土进行了立方体抗压强度和抗折强度试验,试验表明:掺不同粒径或不同掺量的铜渣对AUHPC高温后的破坏形态并无明显影响,主要与受热温度有关;CS-AUHPC的立方体抗压强度随温度的升高呈现先升后减的变化规律,而抗折强度随温度的升高呈现逐渐降低的趋势;在受热温度低于800℃时,CS-AUHPC的抗压和抗折强度会随着铜渣掺量的增加而逐渐降低。然而,在800℃作用后,铜渣掺量对CS-AUHPC的抗压和抗折强度的影响并不明显;掺加30%铜渣可使混凝土试件在高温下达到最佳性能;在高温作用后,抗折强度比抗压强度下降得更加明显。用CS-AUHPC-A30试验组与对照试验组的抗压强度和抗折强度比较发现:随着受热温度的升高,铜渣对混凝土高温力学性能的积极影响变得更加明显。 (3)对CS-AUHPC进行了扫描电子显微镜(SEM)等试验,观测分析结果显示:掺加铜渣可以改善CS-AUHPC的微观结构。铜渣颗粒虽然表面光滑,但是因其大多呈棱角状,边缘锋利,通过提供一定的物理锚固增强了铜渣骨料与浆体之间的互锁,进而提高了CS-AUHPC的力学性能。铜渣相较石英砂具有更低的热膨胀率,因此减少了界面过渡区的热致微裂纹。铜渣吸水率相对石英砂较低,随着铜渣掺量的提高,混凝土内部自由水的含量增加,高温作用后,自由水蒸发,孔隙数量增多,力学性能也随之下降。

关键词： 混凝土   钢纤维   聚丙烯纤维   力学性能   受弯构件正截面  

摘要： 近年来我国城镇化进程加快,基建领域迎来蓬勃发展时期,民用建筑、公路铁路桥梁等向着超高层与大跨度方向发展。普通混凝土抗拉强度低、抗裂性差等缺点,导致其无法应对当代土木工程对混凝土材料的需求。将纤维材料掺入混凝土,可对混凝土起到增强增韧作用,有效改善混凝土的不足。本文以C50混凝土为基础,将钢纤维与三种聚丙烯纤维分别混杂组合掺入混凝土制备纤维混凝土,进行力学性能试验、微观扫描试验、构件抗弯试验,研究不同类型钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的力学性能及受弯构件应用情况。本文的主要研究内容与结论如下: (1)通过力学性能试验,研究剪切型钢纤维对混凝土破坏形态的改善作用、不同体积掺量剪切型钢纤维对混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度的增强作用,得到钢纤维掺入混凝土的最佳体积掺量,并建立钢纤维混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度与钢纤维体积掺量的关系式。 (2)通过力学性能试验,研究钢纤维与三种聚丙烯纤维(波浪型聚丙烯、压花型聚丙烯、单丝型聚丙烯)混杂对混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度的增强作用,得到钢纤维体积掺量恒定时,各类型聚丙烯纤维的最佳体积掺量范围,并建立混杂纤维混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度与聚丙烯纤维体积掺量的关系式。 (3)通过SEM电镜扫描试验,从微观角度观察纤维混凝土内部微裂缝与孔洞分布、不同材料过渡界面、纤维微观形貌等,分析得出不同类型、掺量混杂纤维的工作机理、阻裂增强机理及宏观现象产生的原因。 (4)对4根尺寸为1800mm×150mm×300mm的梁进行四点抗弯试验,对比研究了普通混凝土梁与混杂纤维混凝土梁裂缝发展情况、破坏形态、开裂荷载、极限荷载、荷载-挠度曲线等。试验结果表明:混杂纤维提高了混凝土的抗拉强度和抗压强度,使得混杂纤维混凝土梁相较于普通混凝土梁无论开裂荷载还是极限荷载均有明显提高;此外,混杂纤维混凝土梁明显改善了裂缝发展方式和破坏形态,提高了构件的延性,为混杂纤维混凝土在受弯构件中的推广应用提供参考。 本文通过试验研究得出:在此次试验研究的掺量范围内,体积掺量1.0%的钢纤维与体积掺量0.6%的压花型聚丙烯纤维混杂组合,混凝土的力学性能和应用于受弯构件时的承载性能和延性最佳。