層布式鋼纖維混凝土基本性能與應用研究

層布式鋼纖維混凝土基本性能與應用研究如何在保證路面混凝土強度的同時提高其耐久性能已成為工程界十分關注的熱點問題。目前,通過合理地選擇材料,將高強高彈模鋼纖維與低彈模合成纖維混凝土混雜或與柔性混凝土組合,使它們在不同層次和受荷階段相互取長補短,發(fā)揮“正混雜效應”來增強混凝土,是解決這一問題的重要研究方向之一。本文立足于層布式鋼纖維混凝土的結構形式,在大量試驗和理論研究的基礎上,就層布式鋼纖維混凝土（LSFRC,LayeredSteelFiberReinforcedConcrete）、層布式混雜纖維混凝土（LHFRC,LayeredHybridFiberReinforcedConcrete）和層布式鋼纖維柔性混凝土（LSFFC,LayeredSteelFiberFlexibleConcrete）三種不同結構形式,進行了各項性能和路面設計研究。其主要研究工作和獲得的重要成果如下:1.討論了LSFRC材料性能對彎拉強度的影響,獲得了鋼纖維的力學參數(shù)、幾何參數(shù)和鋼纖維與基體的粘結狀態(tài)對LSFRC彎拉強度的影響規(guī)律,指出鋼纖維體積率是提高彎拉強度最主要的因素（體積率由1.0%增加至2.0%時,彎拉強度提高率可達28.42%）。2.在對LSFRC、LHFRC和LSFFC的抗壓性能、抗拉性能和彎拉性能試驗研究的基礎上,得出層布式鋼纖維混凝土結構形式對素混凝土的抗壓強度和抗拉強度的提高率在5%左右;極限壓應變提高率在30%左右;彎拉強度提高率在40%左右;LSFRC、LHFRC和LSFFC的彎曲韌性指數(shù),I₁₀分別是素混凝土的5.47、7.04和10.32倍。3.根據(jù)混凝土彎拉試件的裂縫開展過程、破壞特點和斷面掃描電鏡照片,在分析LSFRC、LHFRC增強機理的基礎上,得出層布式鋼纖維混凝土試件的破壞屬于塑性破壞。其彎拉試件從受荷到破壞經(jīng)歷了微觀裂縫產(chǎn)生、裂縫穩(wěn)定擴展、裂縫貫通和構件破壞四個階段。4.在系統(tǒng)試驗和理論分析的基礎上,研究了LSFRC和LHFRC的概率分布規(guī)律,獲得了不同失效概率下的疲勞壽命和雙對數(shù)疲勞方程;研究了LSFRC和LHFRC的損傷規(guī)律;獲得了層布式鋼纖維混凝土結構疲勞變形曲線的影響規(guī)律。5.在系統(tǒng)試驗和理論分析的基礎上,研究了層布式鋼纖維混凝土結構主要的耐久性能指標（孔隙率、干縮性能、抗?jié)B性能、抗凍性能、抗沖擊性能和耐磨性能等）;分析了其耐久性增強機理;得出結論:LHFRC的孔隙率比素混凝土（C,PlainConcrete）低43.9%,且小直徑孔所占比例多,孔隙分布更均勻;齡期180天時,LHFRC的干縮率比C的降低了26.9%;LHFRC的滲水高度比C降低了21.3%;75次凍融循環(huán)后,LHFRC的抗壓強度僅降低了1.9%,相對動彈性模量降低了19.1%,質(zhì)量基本上沒有損失;LSFRC的抗沖擊韌性比C的提高了127.85%;LSFFC的單位面積磨損量比C的提高了26.31%。6.構建了LSFRC梁的彎拉本構模型;給出了LSFRC梁模擬結果和破壞特征;比較了LSFRC與C的荷載-撓度曲線和受力特征;得出了層布式鋼纖維能有效提高混凝土后期延性的結論;模擬分析了不同參數(shù)下層布式鋼纖維混凝土的力學特性。7.構建了LSFRC、LHFRC和LSFFC復合路面板的有限元計算模型;研究了路面板板長、板厚、鋼纖維體積率和基體混凝土彈性模量在行車荷載、溫度作用下的變化規(guī)律;得出了荷載應力隨板厚的增加而降低（板厚每增加2cm,LHFRC和LSFFC路面板的荷載應力降低最大幅度約6%）、溫度應力隨著板厚的增加表現(xiàn)為先增加后降低的結論。8.給出了LSFRC、LHFRC和LSFFC復合路面板設計的主