【摘 要】
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再生混凝土中按一定比例掺入两种或两种以上不同尺寸和性能的纤维,可在不同应力阶段发挥各自优势,发挥互补协同效应,弥补单掺纤维的不足,进而提升再生混凝土的综合性能。本文通过试验研究、机理分析和理论建模等方法研究了端钩钢(HES)-塑钢(MPP)混杂纤维再生粗骨料混凝土(HFRRCAC)的混杂纤维优化和在不同加载条件下的压缩性能,主要研究工作和结论如下:(1)通过正交试验设计,研究了端钩钢-塑钢混杂纤维
【基金项目】
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长安大学博士研究生创新能力培养资助项目(300203211121); 陕西省交通运输厅科研项目(21-67K); 河南省科技攻关项目(182102311091);
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再生混凝土中按一定比例掺入两种或两种以上不同尺寸和性能的纤维,可在不同应力阶段发挥各自优势,发挥互补协同效应,弥补单掺纤维的不足,进而提升再生混凝土的综合性能。本文通过试验研究、机理分析和理论建模等方法研究了端钩钢(HES)-塑钢(MPP)混杂纤维再生粗骨料混凝土(HFRRCAC)的混杂纤维优化和在不同加载条件下的压缩性能,主要研究工作和结论如下:(1)通过正交试验设计,研究了端钩钢-塑钢混杂纤维再生粗骨料混凝土的参数优化组合及四项性能指标的预测模型。结果表明:再生粗骨料取代率对性能指标影响显著,再生粗骨料与纤维之间的相互作用以及纤维之间的交互作用对其影响不大。通过本文提出的评价方法得到了最优的参数组合。多元回归模型中的混合回归模型计算结果与试验结果吻合较好。剔除非显著项的缩减混合回归模型具有更可靠的预测值。提出的评价方法和预测模型可广泛应用于多指标系统的参数优化和性能指标预测。(2)研究了端钩钢-塑钢混杂纤维再生粗骨料混凝土工作性和单轴压缩性能。为此,设计了A、B、C三个系列混杂纤维再生粗骨料混凝土,包含三种再生粗骨料取代率和五种混杂纤维组合形式(总体积分数为1.5%)。结果表明:①HES纤维对新拌混凝土工作性的影响远大于MPP纤维。②对于普通混凝土和部分取代率再生粗骨料混凝土,体积含量1.0%HES纤维和0.5%MPP纤维混杂在压缩特性和损伤演化方面的协同效应最佳。③当再生粗骨料完全取代天然粗骨料时,单掺HES纤维在提升韧性和延缓损伤演化方面优于混杂纤维。考虑混杂纤维增强系数和再生粗骨料取代率等因素的影响,提出了分段本构模型的特征参数和形状参数的经验公式。此外,重新定义的损伤因子能准确描述HFRRCAC损伤演化过程。内聚力模型可较好模拟在压缩荷载作用下HFRRCAC断裂破坏过程。(3)为探究端钩钢-塑钢混杂纤维再生粗骨料混凝土动态压缩力学性能,采用了四种加载应变率。试验表明:①随应变率增加,混杂纤维再生粗骨料混凝土峰值应力、弹性模量和压缩韧性增大,峰值应变减小。②在试验应变率范围内,再生粗骨料显著提高峰值应力应变率敏感性、弹性模量应变率敏感性和压缩韧性应变率敏感性,对峰值应变应变率敏感性并无明显影响;掺入纤维降低混凝土峰值应变应变率敏感性和弹性模量应变率敏感性,提高普通混凝土峰值应力应变率敏感性和压缩韧性应变率敏感性,降低再生混凝土峰值应力应变率敏感性和压缩韧性应变率敏感性。提出的动态损伤本构模型考虑了纤维增强系数、再生粗骨料取代率和应变率,计算结果与试验结果吻合良好。(4)对端钩钢-塑钢混杂纤维再生粗骨料混凝土进行了微观结构分析和单轴循环加卸载试验。结果表明:①再生粗骨料混凝土的基体和骨料界面微观结构疏松、密实度差。②纤维的掺入改变了水化产物的取向度,改善了基体和骨料界面结构,抑制了混凝土凝结硬化时的自收缩。同时,掺入纤维也引入了更多的薄弱界面过渡区。③再生混凝土刚度退化速率略高,掺入纤维减缓刚度退化。④再生粗骨料取代率和纤维对塑性应变的影响不显著。⑤再生粗骨料取代率和纤维对应力退化过程的影响也无明显规律。⑥滞回环面积在峰值应力后的若干个循环次数中达到最大值;混杂纤维提高混凝土的能量耗散能力,协同效应明显。考虑再生粗骨料替代率和纤维的影响,提出了HFRRCAC单轴循环压缩本构模型拟合公式,并与试验曲线符合较好。
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