粗骨料粒径对玄武岩纤维混凝土力学强度的影响研究

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纤维混凝土是一种多相复合材料,其主要组成成分有:粗骨料、纤维、水泥等。玄武岩纤维是一种天然的无机纤维,拥有优异的力学性能,价格低廉,将其加入混凝土中可以提升混凝土的各种性能。目前,将玄武岩纤维应用到水泥基材料中已成为一个研究热点,而水工混凝土中常用大粒径的粗骨料来制作混凝土,为了更好的将玄武岩纤维混凝土应用在水利工程中,本文通过试验以及模拟的方法对玄武岩纤维长度和粗骨料粒径的匹配性进行了初步研究,主要研究内容及结论如下:(1)通过对不同骨料粒径以及不同纤维长度所制成的108个试件进行力学试验后发现:随着骨料粒径的增长,在试验范围内基体混凝土抗压和劈拉强度都在增长。抗折强度随骨料粒径的增加而呈现先增大后减小的趋势,但不明显。掺入玄武岩纤维后,增强了混凝土的力学性能,且增大幅度较骨料粒径提升的影响大。当纤维长度一定时,其骨料粒径对力学强度的影响较小。30mm骨料粒径的玄武岩纤维混凝土在掺入18mm、24mm玄武岩纤维后表现的力学性能与40mm粒径的玄武岩纤维混凝土差距不大甚至要高于后者,在工程实际中可以考虑在纤维混凝土中用30mm粒径代替40mm粒径,以达到节能减排并增大强度的作用。(2)利用试验结果建立了双参数影响的纤维混凝土本构模型,利用混凝土本构模型有限元软件Abaqus中建立混凝土立方体模型并对其进行抗压试验的模拟,得出了应力应变曲线,将其与试验值相对比。试验结果曲线与数值模拟曲线基本吻合,说明建立的随机纤维模型能较好的反应纤维混凝土的抗压试验过程。(3)在建立的纤维混凝土模型的基础上继续利用软件对:不同强度混凝土、不同纤维直径、纤维掺量以及不同纤维强度等四个方面进行抗压模拟。得出数据发现,当纤维直径、纤维掺量、纤维强度、混凝土强度变化时,其抗压强度随之改变。
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