行车振动对桥面后浇PVA—ECC拉伸和弯曲性能的影响研究

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PVA纤维水泥基复合材料(PVA-ECC)作为“新兴混凝土”,其优越的延伸性能使其在桥梁路面上广泛应用,通常桥面的修复施工采用半幅通车半幅施工的方式进行,车桥耦合振动难以避免,本文通过实验室振动设备模拟此种情况下现场施工时,过往的车辆引起桥梁的振动对新浇PVA-ECC拉伸性能和弯曲性能的影响,测试了不同参数的振动作用下的拉伸性能、弯曲性能以及孔结构参数,基于试验结果结合水泥水化进程的不同特点,分析了振动对PVA-ECC宏观力学性能的影响机理。本文的主要结论有:(1)振动对PVA-ECC的力学性能有较大的影响,并且绝大多数情况是不利影响,振动主要通过两方面来影响其宏观力学性能,一:振动会影响水化进程中的孔结构以及水化程度从而影响基体的密实度和强度,另一方面振动会破坏凝结过程中水泥颗粒形成的骨架结构,从而产生裂隙进而影响基体的强度;二:振动还会影响基体与界面处游离水的分布,从而影响基体与纤维界面的粘结强度;根据开裂强度准则和稳态开裂准则,以上两方面的原因是影响PVA-ECC宏观力学性能的根源所在。(2)在初凝前起振,频率较低的振动对单轴受拉极限强度和延伸率有不利影响,不利影响程度最大为-19.4%,频率较高的振动对单轴受拉极限强度和延伸率的影响是有利,其影响程度最大为18.15%。此阶段影响程度都不大。初凝到终凝阶段起振,振动对单轴受拉的极限强度和延伸率的影响非常不利,影响程度明显,最大达到-34.58%。终凝后起振,频率较低的振动会对极限强度和延伸率有不利影响,不利影响程度最大为-13.94%,影响程度不大;频率较高的振动对极限强度和延伸率的影响是有利,其影响程度最大为34.60%,有明显影响。(3)研究了在初凝到终凝阶段起振时,不同振动持续时间对单轴拉伸性能的影响,研究结果表明,此阶段随着频率的增大,振动对强度的影响逐渐减小,对延伸率的影响相对的增大。同样在加水拌合后8h起振,在振动频率较低(频率为2和3Hz)的情况下,持续振动8h时对单轴拉伸性能的影响是最有利的,其中强度影响程度最大为35.32%,延伸率的影响程度最大为17.17%;而在振动频率较高的情况下,持续振动5h时对单轴拉伸性能的影响是最有利的。(4)针对振动频率对PVA-ECC单轴拉伸性能有着一定的影响,分析了振动频率为2Hz、3Hz、4Hz、5Hz时单轴拉伸性能,研究结果表明:随着振动频率的增大极限拉伸强度基本呈现增加的趋势,其中频率从3增加到4时强度增加较大,其余增加平缓。此外,当频率为2和3 Hz时,振动对极限拉伸强度、拉伸应变以及体积能的影响相对于未振动组都是减小的,而频率为4和5 Hz时,相对于未振动组上述三者都是增大的。(5)PVA-ECC孔径主要集中在100nm到1000nm之间,且接近1000nm,还有少部分分布在10nm到100nm之间,其中在100nm到1000nm的孔对强度的影响起主要作用,一方面由孔径的大小决定,另一方面此区间的孔占总孔隙的绝大部分;(6)对比分析了在不同凝结硬化阶段开始起振对PVA-ECC孔结构参数的影响,研究结果表明:极限拉伸强度与孔隙率、孔体积分形维数和平均孔径之间分别是反相关的关系,不同起振时间的振动通过影响孔隙率进而影响着极限拉伸强度等宏观的力学特性。从微观空隙各个参数的变化趋势角度分析,PVA-ECC的终凝时间为36h更合适。总孔面积与极限抗拉强度存在着指数正相关的关系。
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