【摘 要】
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传统混凝土是一种脆性材料,在服役过程中必然会产生许多不同程度的裂缝和表层剥落等损坏,加速钢筋腐蚀,严重影响钢筋混凝土结构的使用性和耐久性。纤维增强水泥基材料(Fiber Reinforced Cementitious Composite,简称FRCC)是一种高性能材料,纤维具有增强、增韧、阻裂的优异力学性能,能够有效解决传统混凝土抗拉性能差和受拉易碎等问题。本文选用超高性能改性聚丙烯宏观合成纤维(
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传统混凝土是一种脆性材料,在服役过程中必然会产生许多不同程度的裂缝和表层剥落等损坏,加速钢筋腐蚀,严重影响钢筋混凝土结构的使用性和耐久性。纤维增强水泥基材料(Fiber Reinforced Cementitious Composite,简称FRCC)是一种高性能材料,纤维具有增强、增韧、阻裂的优异力学性能,能够有效解决传统混凝土抗拉性能差和受拉易碎等问题。本文选用超高性能改性聚丙烯宏观合成纤维(简称改性聚丙烯纤维),通过抗折试验、抗压试验、四点弯曲试验和抗冲击试验研究了FRCC的静态力学性能和动态力学性能以及抗腐蚀性,并对形状记忆合金(Shape Memory Alloys,简称SMA)的基本力学性能及表面改性SMA-FRCC复合材料梁的力学性能进行了分析,研究结果表明:(1)搅拌工艺研究表明,后掺纤维法和慢速搅拌能有效避免纤维成团、结絮,有利于纤维在水泥基体中的均匀分散。(2)通过抗折和抗压强度试验,描述了FRCC的不同失效模式,并分析了骨料粒径、纤维体积掺量和长径比等因素对3d、7d和28d龄期FRCC强度和荷载-位移曲线的影响。综合各项试验结果,得到的最佳配合比为最大骨料粒径100目、纤维体积掺量2.0%、纤维长度12mm。(3)通过薄板四点弯曲试验,研究了纤维体积掺量和长径比对FRCC弯曲性能的影响,对多裂缝开裂特征和荷载-跨中挠度曲线进行了分析,并采用ASTM-C1018推荐的弯曲韧性指数法对FRCC弯曲韧性进行了评价。结果表明,掺加改性聚丙烯纤维能明显提高试件的峰值挠度和韧性指标,改善材料的韧性和延性。(4)通过落球抗冲击试验,研究了纤维体积掺量和长径比对3d、7d和28d龄期FRCC动态抗冲击性能的影响,并引入裂后耗能ΔW、冲击延性比PINPB和韧性系数C等作为FRCC抗冲击韧性的评价指标。结果表明,掺加改性聚丙烯纤维可以有效提高FRCC的动态抗冲击性能,降低FRCC的脆性,延缓裂缝的形成和扩展。(5)通过对冲击试验数据的拟合分析,双参数Weibull分布模型可以合理的描述FRCC的冲击寿命,在不同失效概率(Pf=0.10,0.20,0.30,0.40和0.50)下FRCC的冲击寿命理论值和试验值具有很好的一致性。基于双参数Weibull分布模型建立了FRCC的损伤演化方程,并绘制了冲击破坏损伤演化图。(6)抗腐蚀性研究表明,改性聚丙烯纤维经过酸、碱和氯盐溶液腐蚀90d后,FRCC抗折强度损失率和抗压强度损失率趋于稳定。三种腐蚀介质对FRCC抗折强度的影响程度依次为:碱<酸<氯盐,对FRCC抗压强度的影响程度依次为:酸<碱<氯盐。(7)用SMA筋代替普通钢筋后,SMA-FRCC复合材料梁的裂缝恢复率由3.99%增加到21.68%。改变光滑SMA表面形态(光滑和覆砂)、覆砂粒径(40目、60目和100目)和无粘结长度(0%、30%、60%和100%),提高了SMA-基体界面的粘结强度,明显加强了SMA-FRCC梁的极限荷载Pu和残余荷载Pr及梁的整体弯曲强度,并进一步改善了SMA的超弹性驱动效果。
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