混杂纤维增强再生混凝土基本力学性能研究

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再生混凝土由于再生粗骨料的加入提高了吸水性和脆性,降低了力学性能和弹性模量。尽管单掺纤维对再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)性能有一定改善,但在抗压、抗折、劈拉等方面仍存在不足。为此,本文提出混掺玄武岩-钢纤维再生混凝土,并进行系列试验研究和分析,探讨混杂不同体积掺量的两种纤维再生混凝土立方体抗压、轴压、劈拉和抗折等力学性能,主要研究内容及结论如下:1.试验设计玄武岩-钢纤维再生混凝土强度等级为C40,再生粗骨料取代率为50%,钢纤维体积率为0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%,玄武岩纤维体积率为0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.2%。设计了26组混杂纤维RAC试件立方体抗压、劈裂抗拉和抗折性能试验,利用响应面法对比分析不同掺量纤维RAC试件基本力学性能,揭示了试件的破坏机理与破坏过程。结果显示,纤维的掺入能显著改善RAC的基本力学性能,其中混杂纤维RAC试件在抗压、劈裂抗拉和抗折极限承载力方面都有不同程度的增加,试件裂缝数量降低,延性较好。2.用同上所述的RAC强度等级和纤维体积掺量,设计了26组混杂纤维RAC试件单轴受压性能试验,标准棱柱体试件,对比分析了单轴受压状态下各试件的承载力大小、应力-应变全曲线变化趋势、基体韧性系数大小、弹性模量大小及变化趋势、能量吸收大小和破坏特征,揭示了单轴受压状态下不同体积掺量纤维增强再生骨料混凝土受压破坏机理。结果显示,由于钢纤维的掺入,RAC试件韧性和延性显著增加;玄武岩纤维的掺入增加了RAC试件的基体均匀性;混杂纤维RAC试件轴压应力-应变全曲线下降段更加平滑完善,轴心抗压强度、弹性模量和韧性指数也随着混杂纤维掺量的增加而增加。3.通过电子扫描显微镜对试件内部的细微裂缝、基体孔隙分布、新-旧砂浆界面、玄武岩纤维断裂面和钢纤维周围环境等进行微观分析,发现玄武岩纤维和钢纤维在再生骨料混凝土中的微观机理。随着玄武岩纤维和钢纤维掺量的增加,试件内部微观分析发现,钢纤维能有效桥接再生骨料混凝土界面;玄武岩纤维可以提高试件均匀性,降低试件孔隙分布;混杂玄武岩-钢纤维可以分阶段发挥两种纤维的优质性质。4.结合试验结果,利用多元非线性回归方法,提出了玄武岩-钢纤维混杂纤维RAC的力学强度预测模型计算公式,结合设计规范与实测混杂纤维RAC单轴受力测量数据,建立单轴受压全曲线方程,并分析了设计参数对轴压性能的试验影响。玄武岩-钢纤维混杂纤维增强再生骨料混凝土的力学强度预测模型,对比验证模型预测精度较高;单轴受压全曲线方程能高精度拟合实测曲线,其中引入的纤维特征值,解释了纤维的长径比及掺量对试件弹性模量、韧性系数及全曲线的变化规律。
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