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山西建筑 2024年第20期50卷 6-11,22页

作者：王一林栾宇钱济章李明飞柳龙辉沈阳工业大学建筑与土木工程学院辽宁沈阳110870 江西省公路投资有限公司江西南昌330008

压强拉弱是混凝土材料的显著特征,使用具有优异抗拉性能的纤维来弥补混凝土的抗拉缺陷是一种传统的方法。文章提出一种新型混凝土材料,该材料是在普通混凝土中掺入经特定方式处理的杨柳纤维制作而成的,并将其称为“杨柳纤维混凝土”。... 详细信息

压强拉弱是混凝土材料的显著特征,使用具有优异抗拉性能的纤维来弥补混凝土的抗拉缺陷是一种传统的方法。文章提出一种新型混凝土材料,该材料是在普通混凝土中掺入经特定方式处理的杨柳纤维制作而成的,并将其称为“杨柳纤维混凝土”。通过设计正交试验对杨柳纤维混凝土试件的抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度进行了试验研究,并通过直观分析、极差分析和方差分析可知,杨柳纤维混凝土材料在强度和耐久性方面的表现均优于普通混凝土,可有效抑制混凝土裂缝的产生和扩展。最后运用有限元软件分别建立杨柳纤维混凝土梁和同尺寸的素混凝土梁的数值模型,对二者的极限荷载和跨中挠度进行了对比分析,进一步验证了杨柳纤维混凝土良好的抗拉阻裂性能。

关键词：杨柳纤维混凝土力学性能正交试验直观分析极差分析方差分析有限元数值模拟

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杨柳纤维混凝土力学性能试验与耐久性研究

杨柳纤维混凝土力学性能试验与耐久性研究

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作者：孙舒剑沈阳工业大学

学位级别：硕士

植物纤维混凝土以取材方便、环保、韧性高以及保温性能好等优点在建材行业中得到了广泛的应用。本文提出一种新型混凝土材料,该材料与普通混凝土材料的区别是在普通混凝土材料中掺入杨柳纤维(将柳条修剪为小段,泡入Na OH溶液制成,本论... 详细信息

植物纤维混凝土以取材方便、环保、韧性高以及保温性能好等优点在建材行业中得到了广泛的应用。本文提出一种新型混凝土材料,该材料与普通混凝土材料的区别是在普通混凝土材料中掺入杨柳纤维(将柳条修剪为小段,泡入Na OH溶液制成,本论文将此种材料称作“杨柳纤维”)制作而成,对比普通混凝土材料,此材料的抗拉强度可在原有基础上提升约20%,且不增加经济成本。本文将这种在混凝土材料中掺入杨柳纤维的新型材料统一称作“杨柳纤维混凝土”。本文通过设计正交试验,分别对杨柳纤维混凝土试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度进行了试验研究。同时,也进行了杨柳纤维混凝土的抗冻性试验和抗硫酸盐侵蚀试验研究。以上试验的结果均表明,杨柳纤维混凝土材料在强度和耐久性方面的表现均优于普通混凝土材料。为了进一步验证杨柳纤维混凝土材料的优势,分别建立了杨柳纤维混凝土梁和同尺寸素混凝土梁的数值模型,对二者的极限荷载和跨中挠度进行了对比分析。本文主要研究内容如下:(1)本文进行了杨柳纤维的改性试验:将杨柳纤维分别进行冷水处理、煮沸处理以及碱处理后,称量其在处理前后的质量变化,分别计算杨柳纤维的质量损失率和吸水率,以确定杨柳纤维的最佳处理方式(即保证低质量损失率的同时最大程度降低吸水率)。试验结果表明,杨柳纤维在2%Na OH溶液浸泡12h后可以保证其低质量损失率的同时最大程度降低吸水率,并达到改善杨柳纤维与混凝土基体的相容性的目的。(2)为研究杨柳纤维混凝土材料的最优配比,并使其达到最优的力学性能,本文运用正交试验方法设计了杨柳纤维混凝土材料的三种力学性能试验,采用极差分析和多因素方差分析,探究不同的正交试验因素对杨柳纤维混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度以及抗折强度的影响,在此基础上得到了使杨柳纤维混凝土材料达到最优力学性能时的最优配比。试验结果表明,纤维处理方式对杨柳纤维混凝土试件的三种力学强度影响最大;对比素混凝土,经最优配比制成的杨柳纤维混凝土试件的抗压强度降低了4.03%,劈裂抗拉强度提升了21.7%,抗折强度提升了28.5%。(3)本文采用混凝土快冻法进行抗冻性试验,分别以质量损失率、相对动态弹性模量、抗压强度和劈裂抗拉强度为指标研究正交试验中的最优配比杨柳纤维混凝土试件在冻融循环作用下的损伤劣化规律。试验结果显示,对比素混凝土试件:杨柳纤维混凝土试件的质量损失率相对较小,相对动弹性模量较高,抗压强度和抗拉强度的衰减率基本一致;同样冻融条件下,杨柳纤维混凝土具有较高的抗拉强度。(4)将正交中的最优配比杨柳纤维混凝土试件和素混凝土试件分别浸泡在浓度为5%的NaSO溶液中,研究了不同腐蚀龄期下硫酸盐对两种混凝土的侵蚀效应。结果表明,对比素混凝土,杨柳纤维混凝土外观保持良好,相对动弹性模量较高,质量损失率较小,具有更好的抗硫酸盐侵蚀性能。(5)基于有限元数值模拟软件,分别对两个工况进行了数值模拟研究:工况1模拟了杨柳纤维混凝土和素混凝土的劈裂抗拉强度试验,二者对比可以看出,数值模拟结果与试验结果基本一致,验证了本文数值模型的正确性;工况2采用工况1的数值模型,分别模拟了杨柳混凝土梁和素混凝土梁的正截面受弯试验,计算结果显示,对比素混凝土梁,杨柳纤维混凝土梁的极限荷载提高了13.4%,跨中挠度下降了6%,进一步体现了杨柳纤维混凝土材料较好的力学性能。

关键词：杨柳纤维混凝土正交试验劈裂抗拉强度耐久性能有限元数值模拟

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