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新型活性粉末混凝土(RPC)为基底材料的断裂性能研究

姚志雄  
【摘要】:RPC(Reactive Powder Concrete活性粉末混凝土,简称RPC)是随材料(硅灰、减水剂等材料)应用发展,制备工艺提高和工程建设需要而发展起来的一种新型建筑材料,它具有超高的力学性能(具有超高的抗压强度,优异的抗渗性和耐久性),因而具有广阔的应用前景。这种材料问世不到10年,便引起了学术界的广泛关注,并相继开展了一系列关于RPC基本力学性能的试验研究,但是对其断裂性能的研究还是处于刚刚起步阶段。极少文献有对这种材料断裂过程中的各种断裂参数做定量的分析,更少对该材料的断裂特性进行深入研究,做出定性分析。 本文制备了尺寸为300*60*40mm3,缝深比为0.25的三点弯梁,用线弹性断裂力学结合虚拟裂缝模型初步研究了该材料的基本力学性能和断裂韧性。研究中探讨了粉煤灰掺量、养护制度不同、纤维品种不同(钢纤维、聚丙烯纤维)以及纤维掺量不同对RPC的抗压强度、劈拉强度、弯折强度以及各断裂参数如断裂韧度、裂缝的亚临界扩展量和特征长度等的影响。研究结果表明,以粉煤灰代替石英粉在较低的水胶比下就可以达到较好的工作性能,但其强度有所降低,且脆性有所加大;热水养护后材料的极限荷载提高,脆性加大;聚丙烯纤维对材料强度的贡献几乎为零,但可在一定程度上提高材料的延性,分析得出体积掺量为0.15%是较优掺量;钢纤维或混杂纤维对RPC增强增韧效果明显,特别是在提高材料延性方面。结果显示,弯折强度和断裂能随纤维体积掺量的增大而增大,而断裂韧度、延性指数、起裂韧度和裂缝的亚临界扩展量等参数随钢纤维或混杂纤维体积掺量体现出不同的影响规律,不是随体积掺量呈单调变化,而是存在一较优掺量。分析结果显示钢纤维掺量在0.5~1.0%增强效果较佳,而混杂纤维掺量为钢纤维1%聚丙烯纤维0.5%时增强增韧效果较佳。对本次试验得到的数据进行分析,本文给出了各力学参数之间的相关关系以及各力学参数随纤维体积掺量的变化趋势;在分析数据的基础上,本文对RPC 断裂过程、断裂机理做了初步探讨,并从结构层次、界面力学和断裂力学等不同角度剖析了纤维对RPC的增强增韧机理。 从试验的结果看出,RPC的断裂韧度、断裂能等明显优于普通混凝土,是一种具有广阔发展前景的建筑材料。


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