【摘 要】
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活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)是二十世纪九十年代研制出的一种新型结构材料,其具有优异的强度(抗压强度超过150MPa,抗拉强度不低于8MPa)、韧性和耐久性,尤其掺入钢纤维后受拉应变硬化和多元开裂特性受到工程界广泛关注。试验及施工过程中发现,钢纤维的取向和分布对RPC构件的力学性能,特别是抗拉性能和韧性具有显著影响。当纤维分布不均匀且垂直于加载方向时,钢
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活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)是二十世纪九十年代研制出的一种新型结构材料,其具有优异的强度(抗压强度超过150MPa,抗拉强度不低于8MPa)、韧性和耐久性,尤其掺入钢纤维后受拉应变硬化和多元开裂特性受到工程界广泛关注。试验及施工过程中发现,钢纤维的取向和分布对RPC构件的力学性能,特别是抗拉性能和韧性具有显著影响。当纤维分布不均匀且垂直于加载方向时,钢纤维对复合材料的拉伸性能的提高程度几乎为零。因此,探究钢纤维的取向和分布对RPC力学性能的提高具有重要意义。为研究准静态荷载下纤维分布对RPC构件力学性能的影响,本文利用电磁场定向装置制备出单向分布钢纤维活性粉末混凝土试件(ASFRPC),并对不同纤维掺量(Vf=1.0%、1.5%、2%),不同纤维长度(lf=13mm、16mm、20mm)的单向分布(ASFRPC)和乱向分布钢纤维RPC(SFRPC)试件开展了双面直剪试验和劈裂抗拉试验,主要研究内容及结果如下:(1)对单向分布和乱向分布钢纤维RPC试件开展了双面剪切试验并结合图像分析方法(DIC)研究了纤维掺量、纤维长径比对其剪切性能的影响。试验结果表明,钢纤维的取向和分布显著影响基体的剪切性能。其中,单向分布钢纤维RPC试件的剪切峰值强度、峰值变形、剪切韧性相比于乱向分布均有大幅提高,且试件进入峰值后状态时,其等效残余剪切强度fp1,2.、fp1,5.、fp,2.0较乱向分布也有一定提高。因此单向分布钢纤维用于RPC受剪结构中具有较高的安全可靠性。(2)分析了ASFRPC试件和SFRPC试件在剪切面上的纤维间距、统计了破坏断面上钢纤维的数量,并基于纤维间距理论,分析了上述参数与纤维掺量的关系。研究结果表明,ASFRPC试件具有较小的纤维间距,发生剪切变形时有效发挥桥接作用的钢纤维数量更多,断面处纤维与基体间的粘结面积更大,从而在粘结力被克服过程中吸收更多的能量,宏观上表现出较高的抗剪强度和韧性。(3)通过劈裂抗拉试验研究了纤维方向、纤维掺量和纤维长径比对钢纤维RPC试件的影响。试验结果表明,钢纤维在主拉应力上的方向效应系数对基体的劈裂抗拉性能具有一定影响,由于试件尺寸较小,限制单根纤维活动区域,纤维在磁场作用下单向排布效率低,单向分布钢纤维RPC试件的劈裂抗拉强度比乱向分布仅有略微提高。
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