【摘 要】
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高弹模的钢纤维和高延性的PVA纤维作为两种具有代表性的水泥基增强材料,在理论上可通过不同尺度的搭配实现正混杂效应,提升混凝土的综合性能。为了探索最大程度提高钢-PVA混杂纤维混凝土（Steel-PVA Hybrid Fiber Concrete,简称SPHFC）在常温养护下力学性能的可能性,进一步提高其工程应用潜力,本文采用常规的制备工艺,利用我国地方原材料制备SPHFC,探索在控制造价的前提下,
【基金项目】
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陕西省教育厅专项科研计划项目（16JK1449）； 西安建筑科技大学人才科技基金项目（RC1233）； R/SPHFC新型联肢剪力墙结构地震破坏机理研究（LSZZ202019）；
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高弹模的钢纤维和高延性的PVA纤维作为两种具有代表性的水泥基增强材料,在理论上可通过不同尺度的搭配实现正混杂效应,提升混凝土的综合性能。为了探索最大程度提高钢-PVA混杂纤维混凝土（Steel-PVA Hybrid Fiber Concrete,简称SPHFC）在常温养护下力学性能的可能性,进一步提高其工程应用潜力,本文采用常规的制备工艺,利用我国地方原材料制备SPHFC,探索在控制造价的前提下,工作性能和力学性能均较优的具有工程应用前景的SPHFC。主要研究内容及成果如下:（1）SPHFC的配制机理研究。通过正交试验法研究水胶比、砂胶比、钢纤维掺量、PVA纤维掺量、粉煤灰掺量、硅灰掺量等6个因素对SPHFC的坍落度、扩展度、抗压强度和抗拉强度等4个性能指标的影响;重新定义纤维改性系数和纤维混杂系数2个参数,分别表示纤维的贡献和混杂效应,用以深入分析纤维作用机理;采用SEM电镜进行微观结构分析,发现钢纤维和PVA纤维混掺可以改善混凝土基体的内部空隙,增加混凝土的密实性,并且PVA纤维的加入还能加强钢纤维与混凝土基体之间的粘结。（2）SPHFC最优配合比的确定。采用功效系数法基于不同的性能需求得到最优配合比。若综合考虑SPHFC工作性能和力学性能时,最优配合比为:钢纤维掺量2.5%,PVA掺量0.1%,水胶比0.18,砂胶比1.12,粉煤灰掺量10%,硅灰掺量20%,对应指标值坍落度285mm,坍落扩展度640mm,抗压强度129.7MPa,抗拉强度7.94MPa;若仅考虑SPHFC抗压、抗拉强度时,最优配合比为:钢纤维掺量2.5%,PVA掺量0.3%,水胶比0.16,砂胶比1.32,粉煤灰掺量0,硅灰掺量20%,对应指标值坍落度185mm,坍落扩展度265mm,抗压强度137.66MPa,抗拉强度8.74MPa。（3）SPHFC立方体抗压强度与龄期和受压次数的关系。依据试验结果,确定SPHFC立方体抗压强度随龄期和受压次数的变化关系。SPHFC的7d抗压强度基本能达到28d的76%,二次抗压强度基本能达到首次的81%;建立SPHFC立方体抗压强度与龄期和受压次数的关系式。（4）SPHFC120混凝土强度等级配合比确定以及其单轴受拉本构方程的研究。根据相关规范中对混凝土配合比试配、调整和确定的方法,确定SPHFC120最终设计配合比为:钢纤维掺量1.5%,PVA掺量0.1%,水胶比0.16,砂胶比1.22,粉煤灰掺量5%,硅灰掺量25%。对应指标值坍落度210mm,坍落扩展度335mm,抗压强度147.3MPa,抗拉强度7.3MPa,拉压比1/20,市场成本约3403元/方,SPHFC120表观密度2476kg/m~3。通过单轴受拉试验获取SPHFC120受拉应力应变曲线,建立受拉本构方程。（5）SPHFC三维数值模拟研究。考虑了纤维交叉、纤维裹浆厚度、模具的壁效应、纤维倾角的影响,利用Matlab软件建立了纤维三维随机分布模型,将单根纤维拔出试验所获得的纤维载荷-滑移关系转化为纤维拉伸的应力-应变关系以间接考虑纤维与混凝土之间的粘结,结合Abaqus进行非线性有限元计算。解决了SPHFC的数值建模问题,进一步拓宽了SPHFC在细观层次上的研究手段。在验证数值模型合理性的基础上,研究了不同纤维掺量组合对SPHFC单轴受拉、受压破坏的影响。
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