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关键词： 泡沫混凝土   静态   SHPB   破坏形态   应变率   动态本构关系  

摘要： 随着我国基础建设的大力发展,各类建材用量迅速增加,为满足施工建设需求,不同种类、功能的新型建材被开发出来并应用于实际工程。泡沫混凝土作为特种混凝土的一种,以其优异的性能在多数工程中得到广泛应用。工程实际中,除防火、隔音等性能外,泡沫混凝土的力学性能指标尤为重要。现有研究除了对其功能性和静态力学性能有所研究外,其动态力学性能稍有涉及,但其抗冲击应用又极为广泛,因此研究泡沫混凝土动态力学性能具有重要的现实意义。本文在综合考虑其静、动态力学性能的基础上,提出了泡沫混凝土近似动态本构模型。本文主要做了下述工作:（1）测得泡沫、普通混凝土的基本物理指标并分别对其进行准静态力学测试以得出相关力学参数。对比分析了泡沫混凝土静态应力-应变关系及其破坏形态,从实验视频记录分析了其裂纹产生及发展的过程。（2）通过φ50mm和φ75mm霍普金森压杆实验系统分别对泡沫混凝土和普通混凝土进行了不同撞击速度下的冲击实验,分别得到其不同应变率下的动态应力-应变曲线和破坏形态。通过实验数据及试件碎块详细分析了泡沫混凝土受冲击下的应变率效应,解释了不同应变率下内部破坏的发展过程及整体破坏的表现形式。对比分析两种混凝土均为应变率敏感材料,其动态应力增长因子（DIF）均随着应变率增加而增大且与应变率的增长保持良好的线性关系。（3）对“朱-王-唐”本构方程进行简化,在相关物理意义可以准确表述的情况下,定义量纲Ee,使得改进后的“朱-王-唐”本构方程仅含有Ee、A、α、β四个参数,建立了泡沫维混凝土动态近似等效本构模型,拟合实验数据得到其本构方程的具体参数值。建立的动态本构方程参数较少,便于推广。（4）通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对泡沫混凝土进行SHPB模拟研究,为了保证模拟准确和实验结果相匹配,将静、动态真实实验数据导入到材料模型中。模拟结果验证了动态实验的准确性,为进一步的实验提供了可靠依据。

关键词： 再生大骨料   自密实混凝土   应力应变曲线   损伤试验  

摘要： 再生大骨料自密实混凝土(Recycled large aggregate self compacting concrete)简称SCASCC,是以废弃混凝土块为大骨料并采用堆石混凝土施工技术为主要施工方式的新型混凝土材料。该材料不仅大大的提高了大体积混凝土的施工效率,还能有效的利用废旧混凝土块等建筑垃圾,为绿色建筑技术创造了很好的技术效益和社会效益。本文以再生大骨料自密实混凝土为研究对象,采用试验的方法研究再生大骨料自密实混凝土的力学性能。分别进行了再生大骨料自密实混凝土的立方体抗压强度试验、立方体劈裂抗拉强度试验、棱柱体轴心抗压强度试验和轴心抗压损伤试验。根据试验结果得到不同构件的轴心抗压强度和弹性模量,并根据轴心构件受压时的破坏形态分析,得到再生大骨料自密实混凝土单轴受压的应力应变曲线,分析得到再生大骨料自密实混凝土单轴受压的应力应变的本构关系模型。此外,本文采用超声探测法对再生大骨料自密实混凝土单轴受压的损伤进行了测试,分析再生大骨料自密实混凝土在受压过程中的损伤特性。主要结论有:1)再生大骨料自密实混凝土的立方体抗压强度试验结果表明:再生大骨料自密实混凝土立方体试块的抗压破坏形态与普通混凝土基本一致。再生大骨料自密实混凝土的立方体抗压强度随着骨料粒径、再生骨料的强度等级和自密实混凝土的强度等级的增大而增大。随着骨料粒径、再生大骨料强度等级和自密实混凝土强度等级的增大,再生大骨料自密实混凝土的劈裂抗拉强度随之增大。随着立方体抗压强度的增大,再生大骨料自密实混凝土的劈裂抗拉强度随之增大。2)再生大骨料自密实混凝土的轴心受压破坏由初期的裂缝开展,最终形成多条贯通的竖向或斜向裂缝,并伴随着试块表面的混凝土脱落,最终试件发生破坏,失去承载力。破坏形态基本上为纵向和斜向的裂缝开展破坏。再生大骨料自密实混凝土的轴心抗压强度随再生骨料粒径、自密实混凝土强度等级和再生骨料强度的增大而增大。3)再生大骨料自密实混凝土棱柱体轴心受压的应力应变曲线在加载初期,应力应变曲线基本为直线;当应力达到极限强度的80%～100%时,应力应变曲线斜率开始变小,开始发生塑性变形。当达到峰值应力时,曲线接近水平段,大部分构件的水平段很小或几乎不明显。随着荷载到达峰值应力时,构件发生破坏。对再生大骨料自密实混凝土棱柱体轴心受压各组构件的应力应变曲线进行拟合,基于过镇海公式拟合的三次多项式型曲线和基于Young公式拟合的三角函数型曲线与实际测得的应力应变关系吻合程度较高,而基于CEB-FIP公式拟合的有理式型曲线和基于Sahlin公式拟合的指数型曲线略低于实测值,偏保守一些,但四者吻合程度都符合要求。4)再生大骨料自密实混凝土与普通混凝土的损伤演化参数都是随着变形增加而增大。损伤演化参数分别随着再生骨料粒经、再生骨料强度和自密实混凝土强度的增加而减小。其中自密实混凝土的强度对再生大骨料自密实混凝土损伤演化参数的影响最为显著。再生大骨料自密实混凝土在加载初期的损伤演化参数微小;当应变达到峰值应变的20%左右时,试件开始有损伤发生。随着荷载的进一步加大,试件的表面有微小的裂缝产生,裂缝的开裂方向沿着主应力的方向,试件开始发生损伤;此后随着荷载的逐渐增大,损伤值随之持续递增,损伤曲线的曲率很小。最终当试件的强度接近峰值应力时,损伤曲线的曲率逐渐增大,构件的损伤速率开始加快,构件表面的裂缝开始贯通,最终发生破坏。发生破坏时的损伤值大约在0.27～0.35之间。

关键词： 堆石混凝土   随机骨料   力学性能   冻融损伤特性   细观数值仿真试验  

摘要： 堆石混凝土是一种结合了自密实混凝土和预填堆石技术而发展起来的新型大体积混凝土,具有施工速度快、温控措施简单、经济成本低及绿色环保等诸多优点,未来将具有良好的应用前景。工程实践表明,力学性能和耐久性是影响堆石混凝土广泛应用的两个重要因素,但目前受到试件制作及缩尺效应等试验条件的制约,采用传统物理试验方法进行堆石混凝土力学性能和耐久性能的研究还存在资源消耗大、难以进行真实尺寸试件试验研究等问题与不足。为此,本文首先利用Python自主编制程序,通过ABAQUS软件建立了堆石混凝土的随机骨料模型;然后,运用ABAQUS软件针对堆石混凝土的力学性能进行了数值模拟试验,揭示了堆石率及各相材料参数(堆石、自密实混凝土及界面过渡区)对堆石混凝土抗压强度的影响规律;最后,针对自密实混凝土的冻融损伤特性进行了模拟冻融循环试验,并在此基础上开展了针对堆石混凝土冻融损伤性能的数值仿真试验研究,揭示了堆石混凝土抗压强度和弹性模量在冻融循环过程中的变化规律。研究结果表明:(1)堆石混凝土在不同堆石率下的破坏过程是相似的:从界面过渡区开始出现损伤,损伤沿着堆石表面发展萌生出微裂纹,微裂纹随着荷载的增加逐渐扩展、汇聚,直至贯通试件导致其破坏。(2)堆石对于堆石混凝土内部微裂纹萌生、汇聚和扩展的过程有较大影响,对微裂纹的扩展起到了一定的抑制作用,进而使得堆石率较高的堆石混凝土表现出了较高的抗压强度。(3)自密实混凝土强度等级的提高可有效提高堆石混凝土的抗压强度和弹性模量;堆石弹性模量的增加会显著增大堆石混凝土的弹性模量,但对其抗压强度影响不大;界面过渡区力学性能的提升能有效提高堆石混凝土的抗压强度,但对其弹性模量几乎没有影响。(4)自密实混凝土和堆石混凝土的抗压强度和弹性模量均随着冻融循环次数的增加而呈现出线性降低的规律,且堆石混凝土抗压强度和弹性模量降低的幅度均小于自密实混凝土降低的幅度,说明堆石混凝土表现出了更好的抗冻耐久性。本文运用ABAQUS软件针对堆石混凝土的力学性能及冻融损伤性能分别进行了细观数值仿真试验研究,对堆石混凝土在实际工程中的应用有一定的借鉴意义。

关键词： 矿渣-胶粉轻骨料混凝土   矿粉   力学性能   冻融循环   盐蚀-冻融循环   核磁共振   孔结构   灰色系统理论  

摘要： 本文使用矿粉等质量替代部分水泥制成矿渣-胶粉轻骨料混凝土,对混凝土进行了立方体抗压试验、清水冻融循环试验、5%Na2SO4盐蚀-冻融循环耦合试验,研究混凝土的宏观力学和耐久性能,同时借助气泡间距分析仪、环境扫描电子显微镜、核磁共振仪、能谱分析仪,分析混凝土的微观变化规律,利用灰色系统理论将混凝土力学性能、耐久性能与微观分析结合。主要研究内容和成果如下:(1)通过混凝土力学试验和微观试验研究表明:适量矿粉的掺入能够改善矿渣-胶粉轻骨料混凝土的力学性能。矿粉掺量小于15%时,混凝土力学性能随掺量的增加呈增大趋势,矿粉掺量大于15%时,混凝土力学性能随掺量的增大呈减小趋势,矿粉掺量15%时,混凝土力学性能最优。适量矿粉的掺入使混凝土内部结构更加致密。(2)通过混凝土清水冻融循环试验和微观试验研究表明:适量矿粉的掺入能改善矿渣-胶粉轻骨料混凝土的抗清水冻融耐久性能,用相对动弹性模量指标来测评混凝土抗清水冻融耐久性更加精准。矿粉掺量小于10%时,混凝土抗冻耐久性能提高,反之,抗冻耐久性降低,矿粉掺量为5%时,混凝土抗冻性能最优。增加硬化气泡弦长小于240μm的气泡数量可提高混凝土抗冻耐久性能,从大于10μm的孔隙变化率可以对混凝土冻融损伤情况进行初步判定。(3)通过混凝土 5%Na2SO4盐蚀-冻融循环试验和微观试验研究表明:适量矿粉的掺入能改善矿渣-胶粉轻骨料混凝土的抗盐蚀-冻融循环耐久性,混凝土盐蚀-冻融循环作用下的损伤程度高于清水冻融,用相对动弹性模量指标来测评混凝土抗盐蚀-冻融耐久性更加精准。矿粉掺量小于10%时,混凝土抗盐蚀-冻融耐久性能提高,反之抗盐蚀-冻融耐久性能降低,矿粉掺量为5%时,混凝土盐蚀-冻融耐久性最优。随着盐蚀-冻融循环的增加,混凝土内小孔隙会向大孔隙演变。0～1μm和>1μm的孔隙变化能够反映混凝土的盐蚀-冻融损伤程度。(4)通过灰色系统理论分析表明:比表面积和0-0.1mm的孔径区间分布为影响混凝土的28d抗压强度的最主要因素。谱面积和1～10μm的孔径区间分布为影响混凝土清水冻融循环耐久性损伤度的最主要因素。自由流体饱和度和0.1～1μm的孔径区间分布为影响混凝土盐蚀-冻融循环耐久性损伤度的最主要因素。(5)矿粉掺量小于10%的矿渣-胶粉轻骨料混凝土能较好的同时满足力学性能和耐久性能的要求。

关键词： 混凝土   早龄期荷载   微观特性   力学性能   渗透性能  

摘要： 混凝土结构的施工要经过搅拌、输送、浇筑、振捣、抹平等多道工序，并需要在20±2℃，湿度95％规定环境中进行28天的养护才能达到其设计强度及刚度要求，而实际工程中混凝土往往在浇筑完毕后就要经受各类载荷的作用。此时，混凝土承载能力远没有达到其设计要求，易于出现安全与质量事故。因此，系统了解混凝土在早龄期受到荷载作用后的各项力学性能变化是确保工程结构耐久性、抗裂性、安全性的关键，掌握混凝土在其早龄期受到外界荷载扰动后其强度、渗透性以及内部结构随荷载变化规律，是确保混凝土结构运行安全，提高混凝土质量与施工进度，实现混凝土长期服役于建设工程中的理论基础。本文以早龄期受荷混凝土为研究对象，探究开始持荷时间及荷载大小两种因素作用对混凝土力学、渗透性能以及微观特性的影响规律。具体成果如下:　　(1)对混凝土在其龄期ld、3d、7d、14d、28d进行抗压及劈裂抗拉强度测试，结果表明:混凝土在其养护龄期内强度是不断发展的，但在浇筑完成后l至7天内是混凝土强度发展的黄金期，试验测得7d时混凝土抗压强度可达28d抗压强度的67％，劈裂抗拉强度可达28d抗拉强度的66％。　　(2)对受早龄期荷载作用混凝土试块进行力学性能试验，结果表明:在混凝土浇筑完成后ld或3d施加较小水平早龄期荷载时，其28d力学性能指标均较未受荷试件发生变化不明显。当施加的早龄期荷载水平较大时，混凝土力学性能开始发生改变，主要表现为随荷载水平加大其力学性能下降愈发明显，而此时开始持荷时间对混凝土力学特性的影响也逐步显露，当早龄期荷载施加时间越早，对混凝土力学性能指标的削弱程度越大。　　(3)对早龄期荷载作用后玄武岩纤维混凝土立方体抗压强度及劈裂抗拉强度发展特征进行了初探，当早龄期荷载水平为其当时抗压强度的40％时，其强度变化表现为与普通混凝土相同趋势。引入强度衰减百分比将玄武岩纤维混凝土与普通混凝土进行对比发现，对ld龄期时开始受载的混凝土，纤维掺入进一步加剧了早龄期荷载对混凝土的损伤程度，并未起到对强度特性增益的效果，而对3d时开始受载的混凝土，纤维的掺入能够有效降低早龄期荷载对混凝土损伤程度。　　(4)对受早龄期荷载作用混凝土试块进行渗透性试验，结果表明:混凝土初始渗透率与其早龄期所受荷载状态密切相关，当早龄期荷载作用时间越早，荷载越大，混凝土初始渗透率变化越明显。有效应力加载过程中，混凝土渗透率随有效应力的增加而逐渐降低，当混凝土在早龄期受到较大外荷载作用时，混凝土各应力点应力敏感性增强，而随着开始持荷时间的延长，应力敏感性将会降低。有效应力卸载过程中，混凝土各应力点渗透率均有所恢复，但受较大早龄期荷载作用试件其各应力点渗透率恢复程度将大幅度降低。　　(5)通过核磁共振试验结果可以看出，无论试样是否经过早龄期荷载损伤，混凝土内部孔隙分布均以小孔隙为主，但早龄期荷载主要是对中、大型孔隙造成影响，各峰对早龄期荷载的敏感程度从高到底依次为峰3、峰2、峰1。　　(6)核磁共振试验结果可以很好的表征早龄期荷载作用后混凝土孔隙大小及数量的变化情况，从微观角度揭示了受早龄期荷载作用后混凝土强度、弹性模量、泊松比等力学性能变化以及混凝土初始渗透率、应力敏感性增大以及渗透率恢复程度降低的原因。

关键词： 再生粗骨料   粉煤灰   破碎卵石再生混凝土   力学性能   收缩性能  

摘要： 为响应可持续发展战略目标,建设文明邯郸,本文针对邯郸地区破碎卵石及废弃混凝土展开试验研究。由于我国城市化建设加快,混凝土材料的生产量加大,从而需要大量山石资源制备天然粗骨料,山石被过度开垦,资源匮乏,严重破坏自然环境,而破碎卵石却鲜为人用。我国河流众多,化学性能稳定、质地坚硬且耐磨的河卵石遍布河床及河两岸,将其破碎作为天然粗骨料用于制备混凝土,可解山石匮乏之急。另一方面,大量废弃混凝土,它们体形较大,无法合理安置,不仅污染环境而且影响城市容貌。综合以上两大难题,本文对邯郸地区破碎卵石和废弃混凝土展开利用,研究破碎卵石再生混凝土,以工业废料粉煤灰及废弃混凝土制成的再生粗骨料为变量,研究分析其对破碎卵石再生混凝土力学性能及收缩性能的影响。本文的研究内容及完成的工作主要为以下几点:(1)本文首先对国内外关于再生混凝土性能的研究现状做出介绍;针对邯郸地区的破碎卵石、由废弃混凝土制成的再生粗骨料进行基本物理性能测试,试验得到破碎卵石及再生粗骨料的物理性能指标;介绍了试验种类及各试验所需试件个数,给出各试件组的试验配合比。(2)通过对破碎卵石再生混凝土进行力学性能试验,观察分析各试验的破坏过程及形态,研究得出粉煤灰、再生粗骨料对其力学性能的影响,基于试验数据,建立出适合破碎卵石再生混凝土的轴心抗压强度与立方体抗压强度的计算模型,为破碎卵石再生混凝土的工程应用提供理论基础。(3)对破碎卵石再生混凝土进行弹性模量试验及超声波波速无损检测,得到弹性模量随粉煤灰掺量、再生粗骨料取代率的变化规律,绘制出破碎卵石再生混凝土的应力-应变曲线,并建立弹性模量与抗压强度、超声波波速之间的计算模型,为破碎卵石再生混凝土的损伤评价提供基础。(4)对不同龄期(3d、7d、14d、28d、45d、60d、90d、120d、150d、180d)的破碎卵石再生混凝土进行收缩试验,研究分析破碎卵石再生混凝土收缩变形随不同粉煤灰掺量、再生粗骨料取代率的变化规律,并基于BS EN收缩变形预测模型,建立出关于破碎卵石再生混凝土的收缩变形预测模型,其中考虑了再生粗骨料取代率以及粉煤灰掺量因素。

关键词： 高温作用   混凝土   力学性能   抗压强度   劈裂抗拉强度   灾后评估  

摘要： 随着社会快速发展,日常生活充盈丰富,导火因素变多,以至于建筑频繁发生火灾,给社会带来巨大损失,针对这种情况,建筑物火灾后力学性能的检测和鉴定成为社会热点。本文以工程实例为研究背景,以普通混凝土的高温试验模拟混凝土结构的火灾过火过程,整理并观察高温后普通混凝土的表观情况和力学性能状况,分析实测数据并总结出相应规律。结合工程实例,对普通混凝土结构高温过火后力学性能及混凝土建筑灾后的检测和鉴定进行较为系统的研究和分析,对过高温火后普通混凝土力学性能进行客观评定,对灾后建筑的再应用和修复提出建议。高温后的普通混凝土结构的各性能较复杂,其力学性能也随着多种影响因素的变化而发生变化,本次试验将设置多个变量,其中包含混凝土设计强度(C30,C50)、最高温度(20℃,200℃,400℃,600℃,800℃,1000℃)、恒温时长(30min,60min,90min),共设计了两组共192个普通混凝土立方体试块,其中一组做轴心受压试验,另一组做劈裂抗拉试验。根据各实测数据,结合工程实例,研究表明如下:(1)以烧失率来量化高温后普通混凝土的受损状况,烧失率越大表明混凝土受损情况越严重,普通混凝土的烧失率随最高恒温的升高而增高,随恒温时长的增加稍有增大,但影响不够明显。(2)高温后的普通混凝土的力学性能劣化程度主要受到最高恒温的影响,恒温时长对其影响基于最高恒温,虽然较小但不可忽视。(3)结合工程实例及试验总结,叙述普通混凝土结构火灾后的鉴定程序,总结灾后建筑的损伤评估和分析方法。图[54]表[15]参[68]

关键词： BFRC   M-T理论   粘结裂缝模型   弹性模量   损伤破坏机理  

摘要： 玄武岩纤维是一种新型环保绿色高性能纤维材料,将玄武岩纤维掺入混凝土中,对混凝土有较好的阻裂作用,能够提高混凝土的韧性。因此玄武岩纤维混凝土的研究具有实际意义。近年来学者们对玄武岩纤维混凝土(Basalt Fiber Reinforced Concrete,简称BFRC)进行了大量的研究,其中大部分为宏观的试验研究,对其细观尺度的数值模拟研究较少。对于玄武岩纤维混凝土这种复合材料来说,细观组分的性质对其力学性能和损伤破坏机理有很大的影响,如细观骨料分布,组分材料的性质,界面过渡区的力学性质等。因此本文在细观尺度下对玄武岩纤维混凝土的弹性模量及损伤破坏机理进行了数值模拟研究,内容如下:(1)建立BFRC的细观均匀化模型,利用M-T理论(Mori-Tanaka,简称M-T理论)预测玄武岩纤维混凝土的弹性模量,并建立BFRC的细观随机骨料模型通过力学公式计算其弹性模量。将以上两个结果与实际实验结果作对比,验证其可靠性。利用以上方法研究BFRC,发现纤维掺量、长度,对BFRC弹性模量的影响较小。骨料的形状对BFRC弹性模量的影响效果较小。(2)完成对在Abaqus中已划分好单元的模型进行粘聚力单元的插入步骤。在骨料界面过渡区、砂浆单元之间、纤维界面过渡区三种细观结构中分别插入不同材料属性的Cohesive单元,由此来模拟BFRC的损伤破坏过程,并对结果进行验证。(3)基于粘结裂缝模型,研究在纤维长18mm,纤维掺量为0%、0.11%、0.2%、0.3%和不同纤维长度情况下BFRC的单轴拉压性能以及损伤破坏过程。从而得到纤维的最优掺量和长度,并得出不同掺量与长度的玄武岩纤维对混凝土损伤破坏机理的影响。(4)基于粘结裂缝模型,研究在纤维长12mm,纤维掺量为0%,0.11%,0.15%,0.2%,0.25%及不同纤维长度情况下BFRC的抗弯性能和损伤破坏过程。确定纤维的最宜掺量与长度,分析玄武岩纤维混凝土梁三点弯曲与四点弯曲的损伤破坏过程。

关键词： 废弃轮胎橡胶   玄武岩纤维   矿渣粉   聚合物改性剂   正交试验  

摘要： 废弃轮胎垃圾随汽车业发展而逐年剧增,形成的大面积“黑色污染”百年内难以降解消除,其毒害成分会对土壤、水体等造成损害。现阶段主要通过翻新、裂解炼油及破碎制造橡胶粉等方式对其处理利用,而将废弃橡胶粉掺入混凝土可增进其韧性及耐久性且减少原材消耗。近年来我国逐渐开始发展诸如跨海大桥、西部大开发等恶劣环境下的大型基建,迫切需要能够抵抗脆性开裂及环境侵害的混凝土材料。橡胶混凝土虽吻合要求但抗压强度损失较大,故以添加改性剂和复掺玄武岩纤维、磨细矿渣粉的方式拓宽其应用范围。本文针对使用改性剂后的橡胶混凝土进行性能试验,选出最适改性剂;通过单掺混凝土性能试验,确定各项材料适宜掺量范围;经正交试验及分析,确定橡胶-纤维-矿粉混凝土的最适配合比,并制备试件进行对比试验;最后对以最适配比复掺及各单掺混凝土进行电通量试验。研究成果表明:橡胶混凝土最佳改性为掺入水泥质量4%的环氧树脂;橡胶粉、玄武岩纤维、矿渣粉的适宜掺量范围为:5%～15%、0.10%～0.20%、35%～45%,最适配合比为:橡胶粉掺量6%、玄武岩纤维掺量0.15%、矿渣粉掺量40%;单掺6%的橡胶粉、0.15%的玄武岩纤维、40%的矿渣粉后,混凝土电通量降幅分别为初值的32.8%、26.1%、40.4%,组合复掺后降幅为48.6%。经由试验成果及分析可知,材料的复合掺加可改善混凝土的力学性能及耐久性,对拓宽橡胶混凝土应用领域具有一定的实际意义。

关键词： 超高性能混凝土   施工性能   力学性能   水胶比   钢纤维   养护机制   振动搅拌   本构方程  

摘要： 超高性能混凝土,简称UHPC,是近三十年来最具创新性的水泥基材料,其凭借超高强度、超高韧性及超长耐久性已逐渐应用于大跨径桥梁、超高层建筑及其它特殊结构当中。兼顾良好施工及力学性能是UHPC进一步发展及应用的重要前提,而诸如材料组成、养护机制、搅拌工艺等均可对UHPC施工与力学性能产生较大影响。然而,目前我国针对UHPC材料性能尚处于探索阶段,因此,上述大多数影响因素,如水胶比、钢纤维掺量、振动搅拌等对UHPC材料性能影响规律尚未明晰或暂未统一,急需进行系统地试验研究。作为基本力学性能之一的单轴拉、压本构关系对于UHPC结构的设计与计算也至关重要。因UHPC配合比的较大差异及缺乏相关规范等缘故,导致目前关于UHPC单轴拉、压本构关系的研究成果大相径庭,缺乏普遍适用性。基于此,本文开展了水胶比、钢纤维掺量、钢纤维长径比、钢纤维形状、同形/异形钢纤维混掺、石英砂级配、硅灰掺量、养护机制、振动搅拌对UHPC施工与力学性能影响的试验研究。基于实测单轴拉、压应力-应变曲线,利用matlab批量拟合功能得到将各影响因素作为变量之一的本构方程。本文主要研究内容如下:(1)探明水胶比(0.15～0.2)对UHPC施工及力学性能的影响规律。进行不同搅拌时间及水胶比下的UHPC扩展度、新拌UHPC混合料静停一段时间后的扩展度损失率的试验,以及不同水胶比下的UHPC立方体抗压强度、抗折强度、弯曲韧性、单轴抗压强度、弹性模量及单轴抗拉强度试验,分析试验结果的变异性,确定相应影响规律。基于受弯应力-挠度曲线,结合CECS13:2009及其改进后的方法、Nemkumar法分别计算UHPC试件弯曲韧性指标,并通过对比确定适合计算UHPC弯曲韧性指标的计算方法。最后,基于实测的单轴拉压应力-应变曲线,拟合得到包含水胶比参数的UHPC单轴拉、压本构方程。(2)探明钢纤维参数对UHPC施工与力学性能影响规律。选用四种不同尺寸的平直形和两种端钩形钢纤维,进行不同钢纤维掺量、钢纤维长径比、钢纤维形状、同形/异形钢纤维混掺的UHPC扩展度及力学性能试验,分析试验结果的变异性,确定相应影响规律。采用适合计算UHPC弯曲韧性指标的方法分别计算各组UHPC试件的弯曲韧性指标。基于实测UHPC单轴受拉、压应力-应变曲线,拟合得到了包含钢纤维特征参数在内的单轴拉、压本构方程。(3)探究石英砂级配及硅灰掺量对UHPC施工与力学性能影响规律。选用3中不同粒径的石英砂,设计13组不同石英砂级配的UHPC试件及5种硅灰掺量试件,进行UHPC扩展度与力学性能试验,分析试验结果的变异性,确定相应影响规律。计算各组UHPC试件的弯曲韧性指标。最后,基于实测UHPC单轴拉、压应力-应变曲线,分别拟合得到各组试件的单轴拉、压本构方程。(4)探讨不同养护机制对UHPC力学性能影响规律。分别进行标准养护(养护龄期分别为1 d、3 d、7 d、14 d、28 d、56 d)、热水养护及蒸汽养护(养护龄期均为1d～4 d)下UHPC力学性能试验,分析试验结果的变异性,确定相应影响规律。结合非线性拟合与简单推导得到抗压强度、抗折强度、抗拉强度、弹性模量以及轴压峰值应变分别与养护龄期间的关系式。基于实测曲线数据,通过拟合得到了包含养护龄期参数在内的UHPC单轴拉、压本构方程。(5)研究振动搅拌和普通强制搅拌对UHPC扩展度及各项力学性能的影响。通过对比分析确定了振动搅拌对于提升UHPC施工及力学性能的增强效应。