玄武岩纤维活性粉末混凝土的断裂性能试验研究

作     者：张克勇 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭轶宏;马海纯

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：玄武纤维活性粉末混凝土 双K断裂模型 断裂能 起裂韧度 失稳韧度 

摘      要：玄武岩纤维活性粉末混凝土是一种新型复合建筑材料,具有抗压强度高,韧性相对较好,低渗透性等特点。目前对玄武岩纤维活性粉末混凝土的研究应用仍处在初级阶段。从已有的研究成果显示,对其断裂性能的研究很少。探寻玄武岩纤维活性粉末混凝土受力特性与裂缝发展关系,揭示其裂缝发展机理及其定量描述是混凝土结构理论的一个基础性课题。所以本论文开展了以下研究来确定其断裂破坏准则,揭示其断裂发展规律和开裂特点。本文主要探讨研究玄武岩纤维活性粉末混凝土的断裂性能。采用基于虚拟裂缝模型的三点弯曲法对BFRPC梁进行断裂试验,根据试验结果绘制荷载-加载点位移(P-?)曲线与荷载-裂缝开口位移(P-CMOD)曲线。通过它们能直观看到随着玄武岩纤维掺量的不断增加,试件的破坏荷载与极限位移也是逐渐增加。根据P-?曲线计算三点弯曲梁的断裂能,继而算出特征长度与延性指数,结果显示这三个断裂参数随纤维掺量呈单调递增变化,比起素活性粉末混凝土最多可分别提高7.79、7.65、3.6倍。断裂韧度是衡量材料断裂性能的重要参数,本文摒弃了早期断裂模型中提出的断裂韧度,该韧度是用来表征混凝土构件从裂缝稳定扩展阶段到失稳扩展阶段的转折点。徐世烺与Reinhardt联合提出的双K断裂模型不但保留了早期断裂模型中的断裂韧度,即失稳韧度K ,又提出了一个新的断裂韧度:起裂韧度K。起裂韧度是控制混凝土从线弹性阶段到非线性的转折点,为更好的了解混凝土的断裂过程提供了全面的理论基础。本文即此模型来计算BFRPC的K 与K。结合P-CMOD曲线得到BFRPC试件的弹性模量E,算出等效临界裂缝长度a以及临界裂缝尖端位移CTODc与黏聚韧度K,失稳韧度K可由公式直接算出,最后根据K 、K 与K 三者的关系求出K。根据试验数据算出的与断裂韧度有关的各参数随玄武岩纤维掺量的变化如下:K随BF的增加呈现单调递增的变化趋势,BF体积率为2%时,K最大,相比素活性粉末混凝土而言提高0.23倍。临界等效裂缝长度、失稳韧度与临界裂缝尖端位移随玄武岩纤维掺量的不同没有呈现单调变化,但整体上来看,无论掺入玄武岩纤维的体积率是多大试件的这三个断裂参数都比不掺纤维的高,都在纤维体积率为2%时最大,最多分别提高10.17倍、10.34倍与31.35倍,说明BF改善了活性粉末混凝土的延性,对其韧性的增加有促进作用,综上,针对BFRPC的断裂性能BF的最佳掺量为2%。本文还对玄武岩纤维活性粉末混凝土的基本力学性能进行了相关试验研究,包括轴心抗压试验、棱柱体抗压试验、圆柱体劈裂抗拉试验,试验结果显示这三个试验所对应的强度均随玄武岩纤维掺量的变化呈现先增后减的趋势,当纤维的体积率为0%%时三个强度值逐渐增加,从1%%时强度值又随之递减,可得出结论基本力学性能的BF最优掺量为1%。较不掺纤维的活性粉末混凝土而言,三个强度最大分别提高10.56%、7.9%、38.4%。