共聚甲醛纤维混凝土力学性能及弯曲韧性研究

作     者：李知尚 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱建勇

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：共聚甲醛纤维 正交试验 力学性能 弯曲韧性 数值模拟 

摘      要：实际工程应用中普通混凝土因抗拉强度、弯曲韧性低等原因,限制了在桥梁或特种建筑中的应用,在复杂环境的桥梁工程一直面临耐久性不足、渗透及大变形导致的裂缝等问题,而纤维作为韧性材料具有吸水率低、强度高等优点,在混凝土中具有广泛应用。共聚甲醛纤维混凝土(Copolymer formaldehyde fiber reinforced concrete,POM-C FRC)是指在普通混凝土中掺加一定量共聚甲醛纤维制成的多相复合水泥基材料,具有高抗拉强度及抗弯强度,增韧阻裂、抗冲击及抗疲劳性能优异。通过掺入钢纤维或合成纤维可提高其抗拉强度、抗裂和抗冲击能力。本文以C50混凝土为基础,研究了POM-C FRC的工作性能、力学性能及弯曲韧性,具体研究工作和主要结论如下: (1)设计21组配合比,通过平行试验和正交试验分别研究了不同水胶比、硅灰和粉煤灰掺量对混凝土力学性能、坍落度的影响,以此甄选出最佳配合比。结果表明:对于单一因素条件下,水胶比为0.37、硅灰掺量为6%或粉煤灰掺量为20%时,在经济合理条件下,混凝土的抗压强度达到最佳值。 (2)采用三种长度的共聚甲醛纤维和钢纤维,分别设计0.6%、0.8%、1.0%和1.2%掺量的12组试件。结果表明:未掺入纤维的立方体试块呈脆性破坏,掺入纤维的试件呈延性破坏;共聚甲醛纤维掺量低于1.0%时,混凝土抗压强度及抗折强度随掺量增加逐渐增大,当掺量达到1.0%时,其强度达到最大值;钢纤维和共聚甲醛纤维1:1混掺时,12 mm共聚甲醛纤维和钢纤维混杂的抗折强度要比8 mm和20 mm混杂纤维抗折强度高。 (3)基于试验所得最佳配合比,通过四点弯曲试验开展POM-C FRC的弯曲韧性研究,并与钢纤维FRC作对比。结果表明:未掺入纤维的FRC试件发生脆性破坏,加入共聚甲醛纤维的FRC试件发生延性破坏,掺量为12 mm的共聚甲醛纤维混凝土时,POM-C FRC的极限荷载、等效抗弯强度及弯曲韧性达到最大值。 (4)建立考虑纤维特性的混凝土塑性损伤本构模型,利用有限元软件ABAQUS对纤维混凝土四点弯曲梁进行数值模拟,获得荷载-挠度曲线,并与试验获得的曲线进行对比,验证模型有效性。