纤维混凝土损伤后渗透特性试验研究

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在水利工程中,混凝土结构多为带裂缝工作状态,裂缝的存在会影响结构的使用寿命。纤维的掺入可以改善混凝土的力学性能,改变混凝土的裂缝形态,提高混凝土的抗渗性。为了系统地研究带裂缝混凝土的渗透特性,本文以带裂缝的纤维混凝土为研究对象,采用室内试验的方法,主要展开了基本力学性能试验、圆盘劈裂试验、裂缝形态观测、损伤渗透试验,结合混凝土水力裂缝宽度揭示了混凝土渗透中的非线性机理,主要研究内容与成果如下:(1)通过抗压强度试验及弯曲强度试验,探究不同纤维掺量(0.6 kg/m3、0.9 kg/m3、1.2 kg/m3和1.5 kg/m3)的聚丙烯纤维及纤维素纤维对混凝土抗压性能及弯曲性能的影响。结果显示纤维的掺入能改善混凝土抗压性能及弯曲性能,提高了抗压强度及弯曲强度,且均在纤维掺量为0.9 kg/m3时强度达到最大值。(2)通过圆盘劈拉试验预制了不同裂缝宽度范围的混凝土试件,对试件的裂缝形态进行观测,采用自主设计的损伤渗透性检测装置对混凝土试件进行渗透性试验,以探索纤维掺量及种类、水压大小(0.1MPa~0.6MPa)、裂缝形态对开裂混凝土渗透性能的影响。结果表明:纤维混凝土试件的渗透流量范围均小于普通混凝土试件的流量范围;随着有效裂缝宽度be的增加,渗透流量逐渐增加;当纤维掺量增加时渗透流量值大致呈递减趋势;同一块试件的渗透流量均随着水压的增加而大幅度增长。(3)探索混凝土渗透的非线性特性,研究不同水力裂缝宽度bh与临界雷诺数的关系,阐明了在水力裂缝宽度变化的过程中非线性参数的演化机理。结果表明:临界雷诺数随着水力裂缝宽度的增加表现为减小的趋势。采用Forchheimer方程可以描述水在带裂缝混凝土渗透过程中的非线性关系,其中线性系数a与非线性系数b均与bh的立方成负相关。
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