PVA纤维混凝土损伤演化声发射监测及破坏机理研究

【摘要】：聚乙烯醇纤维(PVA)是一种理想的环保型水泥增强材料,它分散性好,易于施工,与水泥具有良好的亲和性,与混凝土复合之后提高了其耐久性、抗裂性能与韧性,目前在土木工程结构中得到了广泛的应用。外界因素如盐碱腐蚀、温度变化、机械振动等都会造成混凝土的内部损伤和性能的退化,影响混凝土材料的使用寿命。因此研究和分析PVA纤维混凝土材料的特性并掌握混凝土结构状态是非常必要的,本文提出采用声发射技术监测其损伤演化过程。本文主要研究内容如下： 首先,利用唐春安教授课题组研发的真实破裂过程分析(RFPA-2D)软件对水泥基胶结材料的渐进破坏过程进行模拟。建立混凝土材料在三点弯曲荷载条件下的数值模型,利用数值分析结果定性分析混凝土中PVA纤维对混凝土抗弯强度和韧性的影响。此外,还建立水泥胶砂材料在温度影响下的数值模型,分析PVA纤维在水泥基体中的抗冻阻裂作用。 其次,通过对掺入聚乙烯醇(PVA)纤维混凝土试件进行三点抗弯的声发射试验,来研究它的损伤失效机理。通过三点弯曲试验,得到了PVA纤维腐蚀前后混凝土的抗弯强度；基于加载全过程的声发射特征信号,根据声发射幅值、计数和能量相关图,并通过比较腐蚀前后PVA纤维混凝土声发射信号,揭示了PVA纤维腐蚀混凝土抗弯强度下降的原因及其损伤机理；借鉴NDIS-2421定量评定标准、裕度指标、Kurtosis指标、b值指标等对PVA纤维混凝对混凝土试件的损伤情况做出定性评价,分析PVA纤维在腐蚀前后混凝土中的作用。发现PVA纤维混凝土弯曲损伤明显分为三个阶段,未腐蚀PVA纤维混凝土试件的裕度值较均匀。 最后,通过对掺入聚乙烯醇(PVA)纤维的水泥胶砂试件进行温度疲劳声发射试验,来研究PVA纤维水泥胶砂材料的损伤演化机理。通过温度疲劳试验,得到了PVA纤维水泥胶砂试件实时的声发射监测数据；基于试验全过程的声发射特征信号,根据声发射信号相关图,并比较不同掺量PVA纤维水泥胶砂试件的声发射信号,揭示了PVA纤维水泥胶砂材料的损伤演化过程；利用裕度指标分析声发射信号,对水泥胶砂的损伤程度做出定性的评估。此外,通过计算声发射特征信号的Kurtosis指标和b值指标,发现PVA纤维水泥胶砂材料的温度疲劳损伤有三个明显的阶段。 以上研究初步获得了PVA纤维对水泥基胶结材料的耐久特性与损伤的影响。文中给出盐雾腐蚀和温度疲劳荷载条件下PVA纤维混凝土损伤声发射监测及其评价方法,为进步研究PVA纤维混凝土的性能提供参考,并对PVA纤维混凝土的应用具有一定的指导意义。