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聚丙烯纤维混凝土冻融循环作用下的损伤模型研究

滕飞  
【摘要】:冻融破坏是我国北部寒冷地区混凝土结构的主要破坏形式,是由于材料内部正负温度差交替作用而产生的结构劣化现象。普通混凝土因为其抗冻性能较差,在冻融作用下使用寿命大幅度降低,不足以满足寒冷地区混凝土耐久性要求。聚丙烯纤维具有抑制混凝土微裂缝发生及发展等特点,聚丙烯纤维混凝土冻融作用下的抗冻性能是本文研究的重点。在一般情况下,材料内部存在初始损伤,材料的冻融劣化过程实际上就是这种微缺陷、微裂缝发展直至形成宏观裂缝,最终导致材料整体破坏的过程。而损伤力学恰是研究材料微缺陷发生和发展并最终导致材料破坏的过程和规律的学科。所以本文采用损伤力学的理论方法研究纤维混凝土冻融损伤过程及抗冻性能。本文进行了不同纤维掺量的聚丙烯纤维混凝土冻融试验,纤维掺量分别为0%、0.75%、1.5%,当冻融循环次数为25、50、75、100、125、150、175、200时,分别测量不同纤维掺量试件的质量、动弹性模量、抗压强度和三点弯抗折强度,对不同纤维掺量试件冻融损伤程度进行对比分析,并研究了纤维混凝土力学性能随冻融过程的衰减规律。本文基于混凝土损伤力学研究现状,总结国内外学者对混凝土损伤力学的研究,介绍具有代表性的混凝土损伤模型。分析了混凝土冻融损伤机理及聚丙烯纤维对混凝土材料抗冻性能的增益机理。通过混凝土冻融损伤特征的研究,发现冻融损伤从其特征及其作用方式上与疲劳损伤类似,且具有随机性,损伤随机变量满足一定分布规律。本文利用Weibull分布模型,建立材料冻融损伤本构关系,通过试验数据拟合方法,估计模型参数,从而建立不同纤维掺量聚丙烯纤维混凝土损伤模型,并绘制损伤演化趋势曲线。最后根据冻融作用下纤维混凝土力学性能衰减规律,建立冻融作用下纤维混凝土的力学衰减模型,并结合损伤模型探讨了损伤与强度的关系。本文研究结果表明,1.5%纤维掺量混凝土抵抗冻融损伤能力最强,素混凝土最弱;0.75%掺量混凝土抗压性能最差,抗折性能相较于素混凝土有明显提升;1.5%掺量混凝土抗折强度相较于0.75%掺量混凝土变化不明显。总体来看,聚丙烯纤维的掺入明显改善了混凝土抗冻性能,尤其是抵抗冻融损伤的能力。


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