活性粉末混凝土RC力学特性大学毕业设计

中文摘要活性粉末混凝土（RPC）作为一种高性能结构材料，具有超高强度、高韧性、高耐久性等优良特点。用RPC材料进行结构设计，可以使结构轻型化，并改善结构的耐久性，减少使用期间的维修费用。RPC材料的本构关系是进行RPC结构非线性有限元分析和研究其设计理论的基础。由于RPC材料配制原理及性能的特殊性，常规混凝土的本构关系已无法适用于RPC材料。本文以**教授负责的国家自然基金50568005项目为依托，基于经典弹塑性理论，在RPC200二轴受压强度与变形特性试验研究的基础上，对其本构关系和力学性能进行了研究，成果如下：1.得到二向应力状态下RPC的破坏强度，并初步认识应力比的变化对RPC破坏形态的影响；2.得到二向应力状态下RPC的变形特性，即：不同应力比作用下，二轴受压状态下RPC的应力-应变关系全曲线；3.绘制出RPC的主应力空间二轴强度包络图，及峰值应变强度包络图，为RPC的设计理论发展提供必要的依据；4.基于得到的试验数据，拟合得到二向应力状态下RPC破坏准则和本构关系；5.初步对RPC二向应力状态下的破坏全过程进行分析。关键词：活性粉末混凝土；二轴受压；应力-应变曲线；本构关系；破坏机理；强度包络图ABSTRACTReactivePowderConcrete(RPC)possessesexcellentpropertiessuchasultra-highstrength,hightoughnessandhighdurabilityetc.ApplicationofRPCforstructuraldesigncanlightentheweightofbuildings,improvestructuredurabilityandreducethemaintenanceexpense.RPC200constitutiverelationshipisthefoundationfornonlinearfiniteelementanalysisandresearchonstructuraldesigntheory.Astheparticularityofproducingprincipleandmechanicsperformance,conventionalconcreteconstitutiverelationshipisunfitforRPC.ThisstudyispartoftheNationalNatureScienceFundsprojectNo.50568005inthechargeofAnMingZheadjunctprofessor.Inthispaper,RPC200constitutiverelationshipandmechanicsperformancehavebeenstudiedbasedonelasto-plastictheoryandexperimentalinvestigationofRPC200strengthanddeformationunderbiaxialcompressionstate.Theresultsareasfollows:1.ThedestroyingstrengthofRPC200isconfirmed,andtheimpactcausedbythechangeofthestressratiotothedestroyingtypeisstudied.2.ThedistortioncharacteristicofRPC200underbiaxialcompressionisstudiedandstress-strainfullcurveismadebasedontheexperimentdata.3.Basedonthestress-strainfullcurve,thestress&strainpeakvaluecirclefigismade,offeringbasaldatafortheapplicationanddesignofRPC.4.Basedontheexperimentdataandthestress-strainfullcurve,theconfigurationrelationisstudiedandtheequationdescribingtheconfigurationrelationisconformed.5.Eachphaseofthewholedestroyingcourseisstudied,andsomequalitativeanalyseismade.KEYWORDS：ReactivePowderConcrete,biaxialcompression;stress-straincurve,constitutiverelationship,strengthcirclefig.目录毕业设计任务书……………Ⅳ开题报告……………………ⅥHYPERLINK\l"_Toc200964790"中文摘要XIVHYPERLINK\l"_Toc200964791"ABSTRACTXVHYPERLINK\l"_Toc200964792"第一章绪论1HYPERLINK\l"_Toc200964793"1.1概述.1HYPERLINK\l"_Toc200964794"1.1.1活性粉末混凝土的定义及发展历程.1HYPERLINK\l"_Toc200964795"1.1.2RPC材料的设计思想及制备原理.3HYPERLINK\l"_Toc200964796"1.1.3RPC原材料选择5HYPERLINK\l"_Toc200964797"1.2活性粉末混凝土材料的性能及应用前景7HYPERLINK\l"_Toc200964798"1.2.1RPC材料的主要性能和优越性7HYPERLINK\l"_Toc200964799"1.2.2RPC材料在工程中的应用11HYPERLINK\l"_Toc200964800"1.2.3RPC材料的应用前景14HYPERLINK\l"_Toc200964801"1.3RPC材料存在的问题和两轴受力特性研究的意义.15HYPERLINK\l"_Toc200964802"1.3.1RPC材料研究存在的问题15HYPERLINK\l"_Toc200964803"1.3.2RPC材料需要进行的研究16HYPERLINK\l"_Toc200964804"1.3.3RPC两轴受力特性研究的意义17HYPERLINK\l"_Toc200964805"1.4本文研究内容18HYPERLINK\l"_Toc200964806"第二章试件制备与试验方案19HYPERLINK\l"_Toc200964807"2.1活性粉末混凝土试件的制备19HYPERLINK\l"_Toc200964808"2.1.1原材料19HYPERLINK\l"_Toc200964809"试件的制作及养护22HYPERLINK\l"_Toc200964810"2.1.3试件制备的设备：23HYPERLINK\l"_Toc200964811"2.2试验方案24HYPERLINK\l"_Toc200964812"2.2.1试验设备24HYPERLINK\l"_Toc200964813"2.2.2界面层处理24HYPERLINK\l"_Toc200964814"2.2.3加载制度和应力比25HYPERLINK\l"_Toc200964815"2.2.4试验步骤：26HYPERLINK\l"_Toc200964816"第三章试验数据及其处理27HYPERLINK\l"_Toc200964817"3.1实际应变的获取27HYPERLINK\l"_Toc200964818"3.2应力比1：0.1的σ-ε曲线32HYPERLINK\l"_Toc200964819"3.3．应力比1：0.3的σ-ε曲线35HYPERLINK\l"_Toc200964820"3.4．应力比1：1的σ-ε曲线38HYPERLINK\l"_Toc200964821"第四章试验结果分析42HYPERLINK\l"_Toc200964822"4.1破坏模式42HYPERLINK\l"_Toc200964823"4.2RPC双轴受压破坏全过程描述48HYPERLINK\l"_Toc200964824"4.3.本构方程50HYPERLINK\l"_Toc200964825"4.4.强度包络线55HYPERLINK\l"_Toc200964826"应力空间强度包络线55HYPERLINK\l"_Toc200964827"峰值应变包络线57HYPERLINK\l"_Toc200964828"第五章结论与展望59HYPERLINK\l"_Toc200964829"5.1结论59HYPERLINK\l"_Toc200964830"5.2工作展望60HYPERLINK\l"_Toc200964831"参考文献61HYPERLINK\l"_Toc200964832"致谢64HYPERLINK\l"_Toc200964833"附录错误！未定义书签。HYPERLINK\l"_Toc200964834"附录一.实习报告错误！未定义书签。HYPERLINK\l"_Toc200964835"附录二.英文文献原文错误！未定义书签。HYPERLINK\l"_Toc200964836"附录三.英文文献翻译错误！未定义书签。第一章绪论1.1概述.活性粉末混凝土的定义及发展历程.活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，简称RPC）是继高强（High-strengthconcrete）、高性能混凝土（HighPerformanceConcrete，简称HPC）后，于90年代初期开发出的一种新型水泥基复合材料，具有超高强度、高韧性、高耐久性、收缩徐变小、体积稳定性良好等优越性能。它是DSP（Densifiedsystemcontainingultra-fineParticles）材料与纤维增强材料相复合的高技术混凝土，即以水泥、细石英砂、硅灰、磨细石英粉组成基材，以钢纤维为增强材，在高效减水剂配合下配置而成，然后经高温、加压养护成型。活性粉末混凝土根据其抗压强度分为两个等级：RPC200和RPC800，前者抗压强度为170MP-230MP；后者达490MP-810MP。作为一种新型水泥基材料，活性粉末混凝土的产生是混凝土技术不断发展前进的必然结果。回顾混凝土的发展历程，可以加深对活性粉末混凝土的认识和理解。混凝土以其原料丰富、造价低廉、制作简单、造型方便、坚固耐久、耐火抗震、维护费低等诸多优点，而被广泛应用于土木工程各领域，成为目前使用量最大的建筑材料，全世界年消耗量达45亿吨，而且在未来一段时期内还将继续增长。自1824年硅酸盐水泥问世并出现混凝土、尤其是钢筋混凝土以来，混凝土作为一种革命性的建筑材料，在房屋建筑、桥梁、地下结构等诸多领域发挥了重要的作用，为人类做出了巨大贡献。但直到20世纪70年代，在工程中实际使用的混凝土最高强度还只有34.2MPa，低于木材抗压强度（50MPa）。随着土木工程的不断发展，大量新型、大跨度、超高层、轻型化、高抗渗要求等结构的出现，对混凝土的要求、尤其是强度要求也不断提高。继普通混凝土之后，高性能混凝土又是一项重大进步。20世纪70年代之后，随着高效减水剂的出现和广泛应用，相继出现了无宏观缺陷水泥（MDF）、超细粒聚密水泥（DSP）、化学结合陶瓷（CBC）等超高强水泥基材料，由于高效减水剂使得获得同等和易性混凝土的需水量大幅度减少，水灰比下降，混凝土抗压强度也提高至100MP。但超高强度的出现，同时也伴随着高脆性、自收缩严重、抗冲击性能差、制作工艺复杂、生产成本高等问题，严重限制了超高强混凝土的应用。目前，国际上较为通用的配制超高强混凝土（≥100MPa）的技术为“硅酸盐水泥＋硅灰＋高效减水剂”，但高强混凝土（HSC）抗弯拉强度仍然不高，必须通过配筋来增强，而大量配筋又带来施工浇注的困难，同时增加工程成本。此外，由于混凝土收缩变形受钢筋约束还会引起收缩应力，导致结构开裂，减小构件截面面积，降低结构承载能力，同时加速钢筋锈蚀，对耐久性产生不利影响。而且，在高强混凝土中，粗骨料与浆体的界面薄弱区形成的缺陷也造成了混凝土强度和耐久性的降低。正是上述各项缺陷，成了高强度混凝土在工程应用中的瓶颈。根据1995年全国公路合作研究计划的调查结果，约有10万座桥梁的桥面板，在混凝土浇筑后一个月内就出现了间隔1～3mm的贯穿性裂缝，致使结构承载力大幅度下降，直接影响工程安全。高强混凝土在早期的弹性模量随强度升高而增大，同时变形受约束产生的应力松驰作用（徐变）减小，因此导致它比中低强度的混凝土更易开裂。因此，许多学者在改善混凝土性能、开发其功能等方面进行了大量的研究工作，虽然取得了不少改进性成果，但仍未出现具有革命性的新型混凝土。针对以上问题，1993年，法国BOUYGUES公司率先研制出一种具有超高强度、高韧性、高耐久性、收缩徐变小、体积稳定性良好等优越性能的新型水泥基复合材料，由于增加了组分的细度（组分中剔除了粗骨料，以水泥、细石英砂、硅灰、磨细石英粉组成基材）和反应活性（活性硅灰与水泥水化产物发生二次水化，在微观上提高材料结构密实度），因此它被称为活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，简称为RPC）。1998年8月，在加拿大召开的高性能混凝土及活性粉末混凝土国际研讨会上，就RPC的原理、性能和应用进行了广泛而深入的讨论。与会专家一致认为：作为一类新型混凝土，RPC具有广阔的应用前景。1.1.2RPC材料的设计思想及制备原理.RPC是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高性能混凝土。它的基本配制原理是：使材料含有的微裂缝和孔隙等缺陷最少，就可以获得由其组成材料所决定的最大承载能力，并具有特别好的耐久性。根据这个原理，RPC所采用的原材料平均颗粒尺寸在0.1μm到1mm之间，目的是尽量减小混凝土中的孔间距，从而使拌合物更加密实。RPC的制备采取了以下措施：（1）去除粗骨料以提高匀质性，骨料主要采用粒径在0.1mm左右的细石英砂；（2）优化颗粒级配，并且在凝固前和凝固期间加压，尽量排除拌合物中残存的空气，以提高拌合物的密实度；（3）凝固后采用90℃以上热水养护，促发二次水化作用，改善微结构，以获得更加致密的混凝土；（4）掺入微细的钢纤维以提高韧性。应用前三条措施制备的基质具有很高的抗压强度，但是其韧性并不比普通的砂浆高很多。掺入钢纤维后明显提高了抗弯拉强度，同时可以获得所需要的高韧性和延性。

匀质性提高普通混凝土是一种在力学上（骨料和砂浆弹性模量的差异）、物理上（硬化砂浆和骨料的线膨胀系数的差异）、化学上（化学收缩性质的差异）都不匀质的材料。RPC通过以下的手段来减小非匀质性：（1）去除粗骨料，而用细砂代替。RPC与HSC的最大粒径比为：φmax(RPC)／φmax(HSC)＝1／50～1／30；（2）水泥砂浆的力学性能提高。RPC与HSC的骨料与水化水泥浆体的杨氏弹模之比为：HSC：Ea／Ep≈3.0，RPC：Ea／Ep＝1.0～1.4；（3）消除了骨料与水泥浆体的界面过渡区。

堆积密度增大

RPC由细石英砂、水泥、硅粉、硅尘或沉淀硅等颗粒混合物组成。通过以下方法来优化RPC的颗粒级配：（1）由不同粒级组成的混合物在每一粒级中有严格的粒级范围；（2）对于相邻的粒级选择高的平均粒径比；（3）研究水泥－高效减水剂的相容性，并通过流变学分析决定最佳掺量；（4）优化搅拌条件；（5）通过流变学和优化相对密度来决定需水量。

提高密实度和抗压强度的一个有效的方法是在新拌混凝土的凝结前和凝结期间加压。这一措施有三方面的益处：其一，加压数秒就可以消除或有效地减少气孔；其二，在模板有一定渗透性时，加压数秒可将多余水分自模板间隙排出；其三，如果在混凝土凝结期间（通常为拌和后6～12h）始终保持一定的压力，可以消除由于材料的化学收缩引起的部分孔隙。

通过凝固后热养护改善微结构

根据组分和制备条件不同，RPC分为RPC200和RPC800两个等级，其中RPC200抗压强度达170～230MPa，而RPC800达500～800MPa。RPC200研究较多并已经应用到实际工程中，RPC800还处于试验室试配阶段。

RPC200的热养护是在混凝土凝固后进行加热，90℃的热养护可显著加速火山灰反应，同时改善水化物形成的微结构，但这时候形成的水化物仍是无定形的；更高温度（250～400℃）的热养护用于获得RPC800，养护使水化生成物C－S－H凝胶体大量脱水，形成硬硅钙石结晶。通过热养护引发二次水化作用，使RPC在微结构层次上获得更高的致密性。掺钢纤维增加韧性

未掺钢纤维的RPC呈线弹性，断裂能低，为了进一步提高其韧性，必须掺入微细的钢纤维。RPC200中掺的纤维长度为3～13mm，直径约0.15～0.20mm，体积掺量为1.5％～3％。

对于在250℃以上养护的RPC800，其力学性能（抗压强度和抗拉强度）的改善是通过掺入更短的（≤3mm）且形状不规则的钢纤维来获得的。这时，抗压强度、抗弯拉强度大幅度提高。1.1.3RPC原材料选择活性粉末混凝土的优越性能主要得益于组成材料和养护条件。在材料选择上主要包括以下几种：(1)细石英砂；(2)水泥；(3)磨细石英粉；(4)硅灰；(5)高效减水剂。对韧性有要求时，还需掺入钢纤维。细石英砂石英砂由于其具有很高的硬度和优良的界面性能，同时易于采取并且价格低廉，在活性粉末混凝土中主要充当集料的功能，故在选择细石英砂时，主要考虑其矿物成分、平均粒径、颗粒形状和其在混凝土中占有的比例。依据最大密实理论模型。在活性粉末混凝土中，仅次于细石英砂粒径的是水泥，其颗粒粒径范围为80～100μm，为避免与水泥颗粒粒径冲突。其平均粒径应选择为250μm左右，粒径范围限制在150μm-600μm之间，颗粒的形状应选择为球形，石英砂矿物成分中，SiO2的含量不低于99％。水泥首先，水泥要与减水剂相容，从化学成分上看，含量低的水泥效果较好，但粉磨得太细的水泥由于需水量大，效果并不是很好。从流变特性和力学性能看，高硅模量水泥效果最好，但这种水泥缓凝作用严重，不适宜于工程应用，因此通常含量高的水泥即可适于RPC混凝土的配制。硅灰在活性粉末混凝土中，硅灰主要有三个作用：(1)填充不同粒径颗粒间的孔隙；(2)由于硅灰顾粒具有良好的球形，起到很好的润滑作用，从而提高流咬特性；(3)硅灰具有高活性，起到第二次水化作用。因此选择硅灰时应考虑以下几个参数：颗粒聚积程度、硅灰的纯度和颗粒粒径。通常，在活性粉末混凝土中，硅灰与水泥的比例为0．25。这样，硅灰能发挥最佳的填充作用，同时能最大限度地与水泥水化产物进行第二次水化反应。磨细石英粉对于活性粉末混凝土热处理过程来说，磨细石英粉是不可缺少的组成成分。据研究，在热养护过程中。磨细石英粉活性发挥最大的粒径范围为5μm～25μm在活性粉末混凝土中采用的磨细石英粉平均粒径为10μm。这与水泥的粒径接近。另外，在活性粉末混凝土中，为提高其延性和韧性。需要掺入钢纤维，其直径约为0．15mm，体积掺量为1．5％-3．0％，从经济角度考虑，选择2．0％较佳。高效减水剂高效减水剂属于有机化学材料，根据其发挥减水性的主要成分，可把高性能减水剂分为改性木质素系、萘系、密胺系、氨基磺酸系、聚羧酸系等五大类。在我国．萘系高效减水剂应用大约有20多年历史，它主要成分为萘磺酸盐甲醛缩合物，但由于减水率不太高，混凝士塌落度损失过快，难以满足实际施工要求，而复合产品质量不稳定。往往影响到混凝土的凝结硬化和耐久性；另外，萘系产品的原料日益缺乏，价格上涨，急需研制非萘系减水剂。目前，我国研究聚羧酸系减水剂尚处于起步阶段。1.2活性粉末混凝土材料的性能及应用前景1.2.1RPC材料的主要性能和优越性（1）超高的力学性能RPC材料具有超高的强度和良好的韧性。表1-1列出了RPC200、RPC800与HSC的主要力学性能参数。混凝土种类RPC200RPC800HSC抗压强度/MPaa170-230500-80060-100抗折强度/MPPa30-6045-1406-10断裂能/J.m20000-4000001200-20000140弹性模量/GPaa50-6065-7530-40表1-1RPC与HSC的主要力学性能比较从表1-1中可以看出，RPC的抗压强度是HSC的3倍（RPC200）到12倍（RPC800）；RPC200的抗折强度高达60Mpa，是HSC的6倍，拉压比可达到1/4，远大于HSC的1/10而且断裂能大大提高。材料种类玻璃陶瓷及岩石普通混凝土金属RPC钢断裂能/J.mm5<100120>1000030000100000表1-2不同材料的断裂能表1-2所示的是不同材料的断裂能，从表中数据可以看出，掺加微细的钢纤维能显著地提高RPC的韧性和能量的吸收能力，其断裂能达30000J/m2，钢的断裂能为105J/m2，而普通混凝土的断裂能却只有120J/m2，所以RPC具有优良的韧性。图1-1显示是各种常用材料的断裂能和抗弯强度，从图上仍然能够看出，不同材料的断裂能具有很大的差别，RPC材料断裂韧性达20000-40000J/m2,比普通混凝土与高强混凝土高100倍，可与金属铝媲美。因此，RPC材料具有超高的强度和良好的韧性。图1-1各种常用材料的断裂能和抗弯强度（2）优异的耐久性能RPC材料凝结后采用热养护方式改善微观结构，具有极小的孔隙率，材料内部孔隙较小且不连通，因此渗透率非常低，具有超高的耐久性。表1-3列出了NC、HPC、RPC200的主要耐久性能指标。表1-3NC﹑HPC﹑RPC的主要耐久性能指标：性能NCHPCRPC200氯离子扩散2碳化程度/mm1020冰融剥落>10009007磨耗系数4.02.81.3吸水性—0.350.05表1-3NC﹑HPC﹑RPC的主要耐久性能指标由表1-3中数据可知，RPC200的耐久性大大优于NC和HPC，具有优异的耐久性能。（3）良好的环保性能表1-4给出了同等承载力条件下，普通型30MPa引气型混凝土、60MPa的HPC及RPC200的等效体积、水泥用量、生产水泥过程中CO2排放量及骨料用量。品种30MPa引气混混凝土60MPa级HPPCRPC200等效体积/m12610033水泥用量/t444023CO排放量/t444023骨料用量/t23017060表1-4同等承载力条件下不同混凝土材料的生态性能比较由表1-4中数据可知，同等承载力条件下，RPC材料的水泥用量几乎是普通混凝土与HPC的1/2，因此同等量水泥生产过程CO2排放量也只有它们的一半左右。生产过程不可再生的骨料用量，RPC材料只占HPC与30MPa混凝土的1/3与1/4。（4）施工性能活性粉末混凝土拌和物不含有大粒径骨料，它不仅流动性好，而且粘聚性良好，在运输、浇注和捣实过程不发生离析现象。在窄小的模板内和钢筋间隙的通过性能良好，浇注后不需要振捣，施工性能良好。（5）从工程应用角度而言，RPC材料还具有如下优越性：[1]RPC的原材料来源广泛，生产工艺易实现。RPC从原材料选择到制备工艺都和传统混凝土密切相关。RPC材料除了在搅拌速度、原材料的添加顺序、养护条件等按设计要求加以控制外，其它方面无特殊要求。RPC构件便于工厂化预制、现场拼装，在质量得到保证前提下可提高施工速度，符合工程结构发展的大方向。[2]RPC材料具有较高的抗弯强度，这对减轻结构自重，增加跨越能力，发展预应力混凝土技术具有极其重要的意义；再者，RPC材料具有较高的抗剪强度，可在结构中承受较大的剪切荷载，从而消除或减少结构中的抗剪钢筋。[3]高强混凝土的脆性成为限制其实际应用的一个主要因素，而RPC材料的极限应变值则为高强混凝土的2~3倍，具有良好的塑性，消除了这个缺陷。[4]RPC具有很高的密实性、抗渗性，抗腐蚀性和耐磨性等优异性能，可大幅度提高结构物的耐久性，延长结构的使用寿命，减少结构的维护费用。[5]RPC材料的高韧性和超高强度有利于提高RPC结构的抗震和抗冲击性能。目前国际上已形成了RPC工程结构研究与应用的热潮，国际上一些专家学者断言：RPC的出现是土木工程和材料工程领域的一场革命。RPC材料在工程中的应用由于活性粉末混凝土RPC具有超高强度、高耐久性、高韧性、良好的体积稳定性和环保性能，因此可应用的领域非常广泛,包括供水、废物处理、石油工业、锻造与冲压、探矿、一般机械、船舶制造、航空工程、建筑业、土木工程、低温工程、表面防护层、化学工业、机床刀具、液压设备以及在军事上用于防护设施等[2]。这在国外引起了材料界和工程界的极大兴趣，其中法国和加拿大已经将这种新型水泥基材料产业化和用于土木工程中。（1）1997年秋，在加拿大的Sherbrooke的Magog河上，建起了一座长达60m的RPC人行桥，完成了RPC从理论到实践的飞跃。图1-2采用RPC材料建造的加拿大Sherbrooke行人/自行车桥梁（2）法国BOUYGUES公司与美国陆军工程师团合作，进行了RPC制品的实际生产，合作生产的RPC制品包括：大跨度预应力混凝土梁、污水处理过滤板、压力管道及放射性固体废料储存容器。（3）美国于2001年在伊利诺斯州用RPC材料建成了18m直径的圆形屋盖，该屋盖未采用任何钢筋，设计中考虑了RPC材料的延性，直接承受拉、弯应力及初裂应力。现场拼装用时11天，如采用钢结构，现场拼装则需要35天，大大缩短了施工工期。该屋盖因其先进的建筑材料和结构形式获得2003年Nova奖提名。（4）2001年夏，为了研究RPC是否适合于用于桥梁上，美国联邦高速公路管理局（FHWA）在弗吉尼亚的运输部（VDOT）制作了一根长达24ｍ的预应力RPC梁，进行了结构试验。RPC梁中掺入了0.16×13mm的钢纤维2%（V/V%），成型后在88℃的热水中养护48小时，梁中除了预应力钢筋外没有配其他钢筋。试验中，此梁表现出来优良的力学与变形性能。当梁的挠度达到300mm时，试验人员借助放大镜也没有找出裂缝，其极限强度达到了207MPa，极限挠度为480mm。如此优秀的性能令人惊讶。试验参与者Hartmann对RPC作了一段精彩的评论：“就耗能特性而言，这种材料的韧性很好，用来描叙混凝土制品的词语已经不适合了，需要借助于描叙钢结构的词语来说明这一性能”。（5）北美的Lafarge公司将RPC材料商业化，为RPC注册了“Ductal”的商标，并应用于工程实际，甚至于用来制作装饰产品。2002年春，由法国著名建筑师RudyRiccioti设计的象征法国与韩国合作与友谊的步行桥——和平桥建成了。这座桥的主跨部分完全使用Lafarge公司的“Ductal”，它的一些基本参数为：跨度120m；高度5m；桥面板厚3cm；桥面板宽4.3m；横截面高1.1m；RPC用量240T；非预应力钢筋0；预应力钢筋13.2T。整座桥除了基础和桥墩部分外，全为预制装配、后张预应力施工，建设速度很快。设计中，和平桥很轻巧，自重很小，这都得益于RPC的超高强度。和平桥无论是从建设规模还是技术难度方面都远高于Sherbrooke步行桥，标志着RPC在实际应用中达到了新的高度。目前，澳大利亚正在用RPC建设一座可以通过机动车的大桥，此桥的建成将标志着RPC真正应用于工程结构，是RPC的飞跃。图1-3北京五五环路斜拉桥桥隔离带RPC空心板的应应用（6）我国有关RPC材料的研究仅在清华大学、北京交通大学、东南大学等少数高校进行，主要集中在材料的试配工作上,北京交通大学的研究成果已在北京市五环路上使用。如图1-3，采用RPC材料工厂化生产跨度为2000mm、孔直径40mm、板厚仅为60mm多孔预制板，用于主桥防撞墙盖板。主要特点是：重量轻，有效降低主体结构荷载。并且可切割、开孔，现场安装简便。该工程于2003年10月完工，使用至今该板性能稳定，质量可靠。RPC材料的应用前景RPC作为高技术混凝土，其性能同普通混凝土、现有的高性能混凝土相比有了质的飞跃，且在经济性和环保方面优于钢材。（1）利用RPC的超高强度与高韧性，在不需要配筋或少量配筋的情况下，能生产薄壁制品（如屋面板、桥面板）、细长构件（如桥梁和工业厂房的桁架、梁、采矿井架等）和其他新颖结构形式的构件，故可替代工业厂房的钢屋架和高层、超高层建筑的上部钢结构，进入现有高强混凝土所不能进入的应用领域，可大幅度降低工程造价。此外，用其制作的预制构件用于市政工程中的立交桥、行人过街天桥、城市轻轨高架桥、交通工程中的大跨度桥梁等，可增加桥下净空间、缩短引桥长度、降低建设成本和缩短工期。用无纤维活性粉末混凝土制成的钢管混凝土，具有极高的抗压强度、弹性模量和抗冲击韧性，用它来做高层或超高层建筑的支柱，可大幅度降低截面尺寸，增加建筑物的使用面积与美观。（2）利用RPC的超高抗渗性与抗拉性能，可替代钢材制造压力管道和腐蚀性介质的输送管道，用于远距离油气输送、城市远距离大管径输水、城市下水及腐蚀性液气体的输送，不仅可大大降低造价，而且可明显地提高管道的抗腐蚀性能，解决目前远距离油气输送所采用的中等口径高强混凝土管输送压力不够高，大口径钢管价格昂贵等问题。（3）利用RPC的超高抗渗性与高冲击韧性，制造中低放射性核废料储藏容器，不仅可大幅度降低泄漏的危险，而且可大幅度延长使用寿命。（4）RPC的早期强度发展快，后期强度极高，用于补强和修补工程中可替代钢材和昂贵的有机聚合物，既可保持混凝土体系的有机整体性，还可降低工程造价。（5）RPC的高密实性性与良好的工工作性能，使使其与模板相相接触的表面面具有很高的的光洁度，外外界的有害介介质很难侵入入到RPC中去，而且RPC中的着色剂剂等组分也不不易向外析出出，利用这一一特点可作建建筑物的外装装饰材料。1.3RPC材材料存在的问问题和两轴受受力特性研究究的意义.RPC材料研究存存在的问题虽然RPC的研制与应应用在国际国国内都已有先先例，但从原原材料制备到到应用、从RPC的性能到机机理，仍存在在许多问题需需要进一步研研究和探讨。（1）没有完备的规范制制度。一般来来说，现行的的测试手段、测测试标准对高高强度、高性性能的混凝土土有很多不适适应的地方，有有时候往往还还会存在一定定的误差。仅仅就高强混凝凝土而言，也也只有CECS：98《高强混凝凝土结构设计计与施工规程程》可供参考考。在一般的的高强混凝土土没有建立完完备的规范的的前提下，对对于具有更高高强度和性能能的RPC就更不用说说了。（2）RPC作为一种新新型混凝土材材料，最基本本的力学性能能——受压、受拉拉应力-应变关系和和本构模型均均未定论，也也未能有一套套关于RPC结构的设计计规程或设计计准则，这为为RPC材料在各种种大型结构中中的应用造成成一定困难。因因此，本构关关系研究迫在在眉睫。（3）国内外近年来对RRPC材料的基本本特性的研究究工作集中在在高效减水剂剂与硅粉等高高活性掺合料料复合，降低低水胶比，提提高基本硬化化密度，同时时掺加钢纤维维提高抗弯强强度，获得所所需要的高强强度、高韧性性和延性方面面，对RPC材料高性能能产生的机理理等方面缺乏乏系统的研究究。关于RPC材料细观机机理与宏观变变形、断裂能能与断裂韧性性及破坏行为为的研究也有有待深入展开开。（4）混凝土的变形会对对混凝土结构构和性能造成成不良的影响响，而影响混混凝土收缩和和徐变的因素素很多，机理理也很复杂，对RPC材料的收缩和徐变特点需进一步深入研究。（5）自收缩较大。由于于RPC水胶比较低低，且又采用用热养护，自自身收缩较大大，这样对于于现浇施工存存在一定困难难。国外在使使用RPC时也一般在在预制厂生产产预制构件。这这样，在实际际的结构工程程中，RPC的运用会受受到限制。（6）成本昂贵。硅粉的的掺入、高效效减水剂和钢钢纤维的使用用以及较高的的成型和养护护条件，都提提高了RPC的生产成本本，阻碍了它它的推广和使使用。所以，寻寻找较廉价的的掺料来优化化替代昂贵的的组分，形成成工艺简单、成成本低廉的生生产线，仍然然是今后需要要改善和加强强的方向。RPC材料需要进进行的研究我国未来很长一段段时间内，将将会处于建设设高峰期。大大量的桥梁、隧隧道、高层与与超高层建筑筑、工业厂房、市市政设施、化化学工业等面面临着利用钢钢结构、成本本与维护费用用高，而用目目前的普通混混凝土，性能能低下达不到到设计要求等等问题。因此此从国内建设设的需要出发发，利用国内内的原材料资资源，开发活活性粉末混凝凝土的应用技技术，势在必必行。（1）研究通用的配制和和检测标准，以以及搅拌、成成型和养护等等生产工艺；；（2）研究RPC材料的破坏坏准则和本构构关系；（3）研究RPC结构的构造造措施、结构构形式和选型型设计；（4）研究RPC结构的设计计理论和设计计方法；（5）研究RPC结构的疲劳劳特性、动力力稳定性及抗抗震性能。近几年来，清华大大学长沙铁道道学院、北京京交通大学、同同济大学、福福州大学等单单位在RPCC研究方面做做了有益的尝尝试。湖南大大学的何峰、黄黄政宇等人试试验研究了原原材料品种、性性质及配合比比对RPC强度的的影响；在未未掺钢纤维的的情况下，配配制出了流动动性好，高温温养护(200℃)下抗压强度度为229．0MPa的RPC，在掺掺钢纤维的情情况下，RPPC的抗压强强度高达2998．6MPa。北北京交通大学学的阎贵平、安安明喆等人对对RPC200进行了深入入的研究，并并已将研究成成果应用于工工程实践，也也有了自行的的研究体系。同同济大学的龙龙广成等人研研究了养护温温度和龄期对对水泥、粉煤煤灰以及硅灰灰等粉末材料料为主要原料料的RPC强度的的影响，以期期确定最佳养养护条件。清清华大学的曹曹峰、覃维祖祖在水泥基体体中复合使用用粉煤灰，在在减少硅灰用用量、降低RRPC成本等等方面做了尝尝试。福州大大学的有关人人员在广泛调调研基础上，确确定选用以地地方常见材料料为主的RPPC原材料，进进行制作工艺艺和配合比设设计的试验研研究，取得可可喜的初步成成果。RPC作为一种新新型高性能混混凝土，需要要研究的内容容还很多，本本文作为基础础性研究，同同时也由于试试验条件和时时间的限制，仅仅对RPC二轴受压力力学性能进行行了初步的研研究。RPC两轴受力特特性研究的意意义活性粉末混凝土在在工程中的应应用前景广阔阔，了解其受受力性能对改改善其耐久性性具有现实的的意义。目前前国内对RPPC200单轴受力性性能的研究已已经很多了，对对单轴受力性性能的了解已已经比较成熟熟，但是对多多轴受力性能能的研究却少少之又少，而而实际工程中中构件的受力力往往不是单单轴受力，而而是处于复杂杂的多轴受力力状态，所以以对多轴受力力性能的研究究更具现实意意义。1.4本文研究内内容本文在北京交通大大学阎贵平、安安明喆、***、钟铁毅、潘潘雨课题组的的研究基础上上，结合国内内的实际情况况，进行原材材料选用和纤纤维RPC的配置，从从理论和实践践上对掺钢纤纤维的活性粉粉末混凝土基基本力学特性性进行初步探讨，主要研研究内容如下下：（1）得到二向应力状态态下RPC的破坏强度度，并初步认认识应力比的变化化对RPC破坏形态的的影响；（2）得到二向应力状态态下RPC的变形特性性，即：不同同应力比作用下下，二轴受压压状态下RPC的应力-应变关系全全曲线；（3）绘制出RPC的主主应力空间二二轴强度包络络图及峰值应应变包络图，为RPC的设计理论论发展提供必必要的依据；；（4）基于得到的试验数数据，拟合得得到二向应力力状态下RPC破坏准则和和本构关系；；（5）初步对RPC二向向应力状态下下的破坏全过过程进行分析析。从而得出关于测定定高性能混凝凝土受压应力力-应变曲线的的一套完整而而合理的试验验方法；获取取比较全面的的RPC2000的受压应力-应变曲线；；建立比较完完善合理的RPC2000二轴受压本本构模型；理理论分析RPC2000的二轴受压压全过程，并并初步对其宏宏观性能机理理做出解释。第二章试件制备备与试验方案2.1活性粉末混混凝土试件的的制备原材料制备RPC试件的主要要材料有水泥泥、硅粉、石石英砂、高效效减水剂、钢钢纤维和水，下下面给出所用用各种材料的的主要性能指指标。（1）水泥拉法基42.5号号硅酸盐水泥泥，细度34400cmm2/g，初凝时时间2h40min，终凝时间间3h40min，标准稠度度用水量277%，烧失失量为0.5。矿物组成见见表2-1，水泥胶砂砂强度试验结果见表2-2。矿物CSCSCACAFf-CaOf-MgO含量/%60.50.91.8表2-1琉璃河442.5水泥的熟料料矿物组成注：其中石膏掺量量为2.95～3.0％。指标抗压强度抗折强度龄期3d28d3d28d给定值/MPa27.055.05.59.0实测值/MPa46.2表2-2拉法基442.5水泥的主要要力学性能（2）硅粉灰白色细粉，密度度2.2144g/cm3，粒径2μm以下，平均均粒径0.31μm左右，比表表面积1433100cmm2/g。试样检验验结果见表2-3，粒度分析析结果见表2-4。检测项目质量百分率/%检测依据或说明SiO82.22ISO/DIS112677FeO1.81AlO0.97CaO0.36MgO1.31烧失量1.45KO0.84ZX-03-HXXFB06NaO0.16FC0.92GB/T30455-19899ZX-03-HXXFB05FeO0.27表2-3硅粉试样样检验结果样品名称二氧化硅微粉测试条件CENTCONNSTANTTREV..(RPM))：2500测试及分析结果该样品颗粒粒径均均在2μm以下，其中中：<0.1μm的占占13%，<0.3μm的占48%，<0.5μm的占占74%，<1.0μm的占93%中值粒径：0.331μm；比表面积积：14.331m/g表2-4硅粉粒度度分析结果（3）石英砂采用某砂厂生产的的石英砂，粒粒径范围0～1.25mmm。按粗细程度度分为细砂、中中砂、粗砂等等。不同粗细细程度石英砂砂的实测表观观密度与堆积积密度见表22-5。石英砂类别细砂中砂粗砂粒级/mm表观密度/g/ccm2.6342.6272.586堆积密度/g/ccm1.4401.4281.306表2-5石英砂粒粒度分析结果果（4）减水剂国内某混凝土外加加剂厂生产的的新型非萘系系高性能减水水剂AN30000，褐色粘稠稠液体，减水水率29%，含固量31%。1个小时无坍坍落度损失，轻轻微缓凝，不不引气。（5）钢纤维某厂生产的短细钢钢纤维，细圆圆形表面镀铜铜，直径0..22mm，长长度13mmm，抗拉强度2800MMPa。（6）配合比如下（单位位：kg/m3）：水泥/kg硅粉/kg石英砂/kg纤维/kg水/kg外加剂/kg粗砂中砂细砂70616035971818012010870表2-6配合比列表表2.1.2试件的的制作及养护护根据《混凝土结构构试验方法标标准》及实际际试验条件的的限制，制备备试件尺寸为为150mm*150mm*50mm，用用150mmm*150mmm*150mmm钢模成型,再切割打磨磨成所要的试试块，试件如如图2-1所示：（不不用成型面，这这样可以不用用考虑成型面面的影响）做做3组，每组3块。图2-1RPCC试块制作RPC试块时，按按下列步骤进进行：（1）搅拌：先投入钢钢纤维、砂干干拌3min，再投水泥泥、硅粉干拌拌2min，最后把水水和减水剂倒倒入搅拌机中中，搅拌7min左右；（2）成型：将RPCC材料一次装装入试模，装装料时用抹刀刀沿试模内壁壁略加振捣，并并使拌和物高高出试模上口口，振动成型型，持续到混混凝土表面出出浆为止，用用抹刀抹平，然然后将模具放放入养护室；；（3）拆模：试块浇筑筑完毕应立即即用塑料薄膜膜覆盖防止表表面起皮、开开裂，室温下下养护36小以后拆模；；（4）养护条件高温养护：先455热蒸汽养护2h再升温至60养护2h最后升至75养护68h后取出试块块。2.1.3试件制制备的设备：：(1)混凝土搅搅拌机：SJD30型单卧轴强强制式混凝土土搅拌机，主主轴转数45转/分，最大搅搅拌量30LL。(2)振动台：ZZHDG--80型混凝土试验验用振动台，振振幅（全幅）为为0.5mmm，震动频率为50Hz。(3)水泥混凝凝土养护箱：：上海路达试试验仪器有限限公司生产的的水泥混凝土土自动控制养养护箱。(4)养护室：：北京交通大大学建筑材料料试验室标准准养护室，温温度控制设备备为BYS-3温度自动控控制仪。2.2试验方案案试验设备加载设备采用清华华大学高坝大大型试验室INSTRRON85006四立柱液液压伺服试验验机。双向加加载系统为分分离式，竖向向为四立柱试试验机，水平平为封闭加力力框架，两个个方向可以互互不干扰的实实现力的输出出。在水平和和竖直方向上上分别安装高高精度应变测测量装置(这里采用引引伸仪)并将测得的的应变实时传传回试验机，即即构成以应变变为控制参数数的闭环控制制(closeedlooop)加载系系统，实现各各自方向上的的应变输出。此此时根据设计计应力比和加载载速率计算出出各个时刻的的控制应变，再再以加载控制制文件的形式式输入试验机机，即可以实实现应力比例加载载。设备如图2-2所示：图2-2双轴加载装装置详图界面层处理在受压加载过程中中，由于泊松松效应的影响响，混凝土试试件和钢制加加载板都会发发生侧向膨胀胀，又由于二二者的泊松比比不同，使得得加载板对试试件产生侧向向约束效应，试试件的抗压强强度会因此而而大大增加，此此时测得的抗抗压强度和全全曲线都会失失真。解决这这个问题最常常用的方法就就是在加载板板和试件之间间设置减摩层层。本次试验验中采用两层层0．26mm聚四氟氟乙烯(Tefloon)作为减减摩层，两张张聚四氟乙烯烯之间均匀涂涂抹黄油合并并为一张，作作为一层减磨磨层，置于试试件和加载板板之间，试验验证明效果较较好。减摩层层厚度虽然不不大，但是由由于其本身刚刚度比较小，所所以在加载过过程中也会产产生一定的变变形，为了便便于后期数据据处理，试验验中实测了减减摩层的应力力-变形关系，即即将大小、形形状、制作顺顺序等条件均均相同的减磨磨层置于加载载板和标定钢钢块之间，加加载之后所得得到应变减去去钢块应变即即为减磨层应应变。。加载制度和应力比比根据Krajciinovicc的讨论和以以往的试验，在在应力控制加加载制度下加加载到达峰值值点后就会进进入非稳定阶阶段，试件将将瞬间发生破破坏，此时不不能测得应力力-应变曲线的的下降段，而而在应变控制制加载制度下下试件在加载载全过程都处处于稳定状态态，可以测得得应力-应变全曲线线，所以本次次试验采用应应变控制加载载制度。试验验机记录并用用于控制的应应变值是加载载板之间的变变形与试件原原始尺寸的比比值，这个应应变包含了试试件变形以及及试件与加载载板之间界面面层的变形，定定义为名义应应变E。根据混凝土土试验规定，以以竖向加载轴轴名义应变为为，水平加载载轴名义应变变为，以拉应应变为正，压压应变为负。两两个加载轴名名义应变的比比值定义为名名义应变比=/，而由于加载载设备是以应应变控制力输输出的，故此此时应变比即即为应力比。加载过程中保持应力比不变，并且根据应力比的不同将所有试件分为3组。压-压区3组，应力比分别为a=l，0.3和0.1。由于试验条件和经费的限制，没有进行双向受拉区和拉-压区的试验。试验步骤：（1）提前开机预热330分钟，将提提前做好的应应力比控制加加载的txt文件导入计计算机；（2）将切割打磨好的试试块放在试验验机上；（3）试件的水平受压压面用涂贴少少许黄油的塑料薄薄膜作为减摩摩措施。具体体做法是：在在两层塑料薄膜膜间涂甘油，甘油尽尽量均匀且薄薄，然后把两塑料薄膜膜粘贴，尽量量不要有气泡泡。试验时将将试件安装在在三轴试验机机的加载板间间，在试验机机加载板和试试件之间放置置薄膜，使之受受力均匀；（4）把钢板安装在加加载头上并调调准试件位置置，将试件轴轴心物理对中中；（5）启动三轴试验系系统对试件施施加初始压力力，一般为5~10kkN即可。具体加加载顺序为：：先竖向对中中，反复预压压；再完成水水平方向预压压，且加载至至预设的侧应应力值，并保保持恒定；检检查各部分运运行是否正常常，试件位置置是否正确。然然后在加载头头上安装位移移计并对位移移计调零，最最后选择加载载轴及加载比比例后开始加加载，由计算算机自动记录录荷载及位移移值；（6）取出破坏的试件件，观察其破破坏形态。第三章试验数据据及其处理3.1实际应变的的获取试验获得的应变为为名义应变，是RPC试块与减磨层的共同应变，故应将所得试验应变减去减磨层应变，才是RPC试块的实际应变。为此，必须对减磨层应变进行标定。标定时采用弹性模量为200GPa的钢试块，采用与PRC试块加载时一样的减磨层（尺寸、材料、制作方法均一样）。原则上一个应力比进行一次标定即可，但鉴于最初加载速率处于摸索阶段，应力比为1：0.1的第一个试块按90的恒定速率加载，所得曲线下降段不完整，故之后的加载采用变速率加载，即1-2000个点区间按180的速率加载，2000-6000个点区间按90的速率加载，6000-10000个点区间按50的速率加载，所得曲线较理想。故应力比1：0.1进行两次标定，应力比1：0.3进行两次标定，应力比1：1进行两次标定。标定所得应变是减减磨层和钢试试块的共同应应变，用所得得应力除以钢钢的弹性模量量，即得钢试试块的应变；；然后用标定定所得应变减减去钢试块的的应变，即得得减磨层的应应变；最后，将将试验所得应变变减去其对应应的减磨层应应变，即得RPC试块的实际际应变。但试验获得的数数据分别是试试验位移（μm）、试验力（KN）、标定位移（μμm）和标定（KKN），故先以试验位移除以RPC试块长（1449mm）得到试验应变，标标定位移除以以钢试块（150mm）得到标定应应变，试验力除以受受力面积（1149mm*50mm）得到试验应力，标定力力除以受力面面积（1500mm*150mm）得到标标定应力。得得到试验和标定的的应力、应变之后方方可进行下一一步处理。举举例如下：标定应变标定应力钢的应变减磨层应变-5.09-3.59-17.9312.85-5.09-3.60-18.0012.91-5.09-3.60-18.0012.91-5.09-3.59-17.9312.85-6.11-3.60-18.0011.89-6.11-3.59-17.9311.83-6.11-3.59-17.9311.83-8.13-3.59-17.939.80-10.20-3.60-18.007.80-11.20-3.59-17.936.73-12.20-3.59-17.935.73-14.27-3.59-17.933.67-15.27-3.60-18.002.73-16.27-3.60-18.001.73-18.33-3.60-18.00-0.33-20.33-3.60-18.00-2.33-22.40-3.60-18.00-4.40-23.40-3.60-18.00-5.40-24.40-3.61-18.07-6.33-26.47-3.61-18.07-8.40-27.47-3.63-18.13-9.33-28.47-4.47-22.33-6.13-30.53-4.80-24.00-6.53-31.53-4.89-24.47-7.07-32.53-4.91-24.53-8.00-34.60-4.93-24.67-9.93-36.60-4.95-24.73-11.87-38.67-4.95-24.73-13.93-39.67-4.96-24.80-14.87-40.67-4.96-24.80-15.87-42.73-4.96-24.80-17.93-43.73-4.97-24.87-18.87-44.73-5.03-25.13-19.60-45.80-5.15-25.73-20.07-47.80-5.33-26.67-21.13-48.80-5.43-27.13-21.67-50.87-5.48-27.40-23.47-52.87-5.55-27.73-25.13表3-1减磨层应变变的获得试验应变试验应力减磨层应变标定应力试验应变46.58-2.8312.85-3.5946.5846.58-2.8512.91-3.6046.5846.58-2.8512.91-3.6046.5846.58-2.8512.85-3.5946.5846.58-2.8511.89-3.6046.5846.11-2.8511.83-3.5946.1145.57-2.8511.83-3.5945.5744.03-2.859.80-3.5944.0342.01-2.857.80-3.6042.0140.94-2.856.73-3.5940.9439.40-2.855.73-3.5939.4038.39-2.853.67-3.5938.3936.85-2.852.73-3.6036.8535.30-2.861.73-3.6035.3033.29-2.85-0.33-3.6033.2931.21-2.85-2.33-3.6031.2129.73-2.86-4.40-3.6029.7328.66-2.86-5.40-3.6028.6627.11-2.87-6.33-3.6127.1126.11-3.07-8.40-3.6126.1124.56-3.72-9.33-3.6324.5623.02-3.95-6.13-4.4723.0222.01-4.03-6.53-4.8022.0120.47-4.04-7.07-4.8920.4718.93-4.04-8.00-4.9118.9316.91-4.03-9.93-4.9316.9114.83-4.03-11.87-4.9514.8313.29-3.99-13.93-4.9513.2912.28-3.84-14.87-4.9612.2810.74-3.72-15.87-4.9610.749.73-3.68-17.93-4.969.738.19-3.65-18.87-4.978.196.66-3.64-19.60-5.036.66表3-2RPC试块块实际应变的的获得从表3-2可知，试验验应力和标定定应力并非一一一对应的，故故需在两者之之间寻找相等等（或差值小小于0.5）的应力，然然后再将两者者所对应的试试验应变减去去减磨层应变变，这样得到到的才是RPC试块的实际际应变。因为为数据量非常常大，每个试试块采集的点点都在8000个以上，人工工寻找对应的的试验应力和标标定应力工作作量非常大，故故采用VB编程，自动处理，最最终得到PRC实际的应变-应力曲线。图3-1数据处理软软件3.2应力比1：：0.1的σ-ε曲线（1）主轴图3-2应力比1//0.1时的σ-ε曲线由图3-2可见，三个个试块在弹性性阶段均表现现出较完整的的直线上升趋趋势，且曲率率基本相同。但但弹性阶段之之后，三者变变化趋势差异异较大，亦即即离散度比较较大，必须做做出取舍。曲线1始终处于上升阶段段，峰值应力力为210.774MPa，峰值应变变为8224..12με，基本没有下降降段，峰值过过后试块直接接崩裂，发生生脆性破坏，其原因主要在于加载速率过快，整个过程加载速率恒定为90，从而导致其强度增大，且最终脆性崩裂。故该曲线不足以作为应力比1/0.1时RPC试块的正常曲线，舍去。曲线2亦不完整，大部分分处于上升段段，峰值应力力为162.442MPa，峰值应变变为7046..27με，峰值过后后有一小段下下降段。曲线3最为完整，峰值应应力为168MPa，峰值应变变为3797..67με，峰值应力与与曲线2接近，峰值应应变则差别较较大。峰值过过后出现将长长的一段下降降段，但在7000με-7400με之间出现应力力反弹，强度度突增至1667MPa，这可能是是因为该试块块钢纤维分布布不均匀，RPC基材破裂后钢钢纤维承担大大部分应力，从从而导致应力力反弹现象。故故此段数据可可去除。综合上述分析，取取曲线2全段和曲线线三（去除77000με-7400με之间的数据据）部分来进进行拟合，最最终得到应力力比为1：0.1的σ-ε曲线，如下：：图3-3应力比1//0.1时最终σ-ε曲线由图3-3可见，应力力比为1/0.1时，RPC试块峰值应应力为1688MPa，峰值应变变为3800με。（2）水平轴按照上述处理主轴轴σ-ε曲线的方法法，可得到应力比比1/0.1时水平轴的的σ-ε曲线，如下下：图3-4应力比1//0.1时水平轴σ-ε曲线由图3-4可见，应力力比为1/0.1时，水平轴轴σ-ε曲线基本成线线性，整个曲曲线处于上升升阶段，但起起点没有从0开始，而是是从0με-5.88MPa开始，其原原因在于记录录仪器的误差差所致，其余余应力比下水平平轴σ-ε曲线均有此特特点；峰值应应力为21MPa，为主轴峰值值应力的0..125倍，没有严严格等于0.1，其原因主主要是加载仪仪器本身误差差所致；峰值值应变为1110με，与之对应地地，主轴应力力为21MPPa时的应变是是980με，其原因因在于RPC泊松膨胀效效应所致，当当水平轴应力力达到21MPa时，主轴处于于峰值应力1168MPaa附近，泊松松膨胀效应使使得RPC试块在水平平方向产生拉拉应力，抵消消部分加载压压应力，因而而相同应力值值下应变差距距较大。3.3．应力比11：0.3的σ-ε曲线（1）主轴图3-5应力比为11/0.3时时三条σ-ε曲线由图3-5可见，曲线线2最为完整，但但其峰值与另另两条曲线峰峰值差距较大大，离散度过过大，舍去；；曲线3只有上升段段，亦属于非普通通情形，舍去去；曲线1有一部分下下降段，峰值值与中间值接接近，故取曲曲线1为应力比为1/0.3时最终的σ-ε曲线，如下：：图3-6应力比1//0.3时最最终σ-ε曲线由图3-6可见，应力力比为1/0.3时，RPC试块峰值应应力为1488MPa，峰值应变变为50488.37με（2）水平轴按照上述处理主轴轴σ-ε曲线的方法法，可得到应应力比1/00.1时水平轴的的σ-ε曲线，如下下：图3-7应力比1//0.3时水平轴σ-ε曲线由图3-7可见，应力力比为1/0.3时，水平轴轴σ-ε曲线接近线性性，整个曲线线处于上升阶阶段，但与图3-4一样，由于于记录仪器存存在误差，起起点没有从0开始，而是是从0με-5.88MPa开始；峰值应力为45MPa，为主轴峰值值应力的0..3倍，与理论控控制值吻合；；峰值应变为为1100μεε，比主轴应应力45MPa时对应的应应变小，原因因前面已述。但同时也可以看到，两者之差比应力比为1/0.1时小很多，这是应力比变大所致。3.4．应力比11：1的σ-ε曲线（1）主轴图3-8应力比1//1时三条σ-ε曲线由图3-8可见，三条条曲线峰值很很接近，但曲曲线1不完整，舍舍去；曲线2和3均很丰满，上上升段基本吻吻合，峰值应应力和峰值应应变相近，但但曲线2下降段较符符合经典曲线线趋势，曲线线3则波动较大大，峰值后出出现一段平台台，应变为4500μεε-55000με区间内出出现应力反弹弹现象，属于于非正常变化化。鉴于上述述三条曲线特特点，故取曲曲线2为应力比1/1时的最终σ-ε曲线：图3-9应力比1//1时最终σ-ε曲线由图3-9可见，应力力比为1：1时，峰值应应力为1155.33MPPa，峰值应变变为33366.35μεε。（2）水平轴.按照上述处理主轴轴σ-ε曲线的方法法，可得到应应力比1/00.1时水平轴的的σ-ε曲线，如下下：图3-10应力比11/1时水平轴σ-ε曲线由图3-10所致，应应力比为1/1时，水平轴轴σ-ε曲线与主轴轴σ-ε曲线相近，表表现为直线上上升（弹性阶阶段）-非线性上升升（弹塑性和和塑性阶段）-峰值-迅速（大曲曲率）下降-拐点-缓慢（小曲曲率）下降六六个阶段；峰峰值应力为99MPa，为主轴峰峰值应力0..86倍，与理论论控制值有一一定差距；峰峰值应变为3500μεε，与主轴相同同应力值下对对应的应变相相当。第四章试验结果果分析由于RPC200是新新型材料而且且其超高的力力学性能，国国内外还未对对其二轴、三三轴力学试验验进行研究过过。本次试验在RPC2000单轴试验研研究成果的基基础上以及试试验条件和试试验经费允许许的范围内，初初步对其二轴轴力学性能进进行探索研究究。4.1破坏模式混凝土损伤和破坏坏的过程是异异常复杂的，在在不同的应力力状态和边界界条件作用下下其破坏模式式和形态都有有显著的差别别，即便是相相同的应力状状态下其破坏坏形态也不尽尽相同。试验验过程中详细细记录试件的的破坏模式对对研究混凝土土的破坏机理理、理解混凝凝土材料力学学性能的本质质以及解释试试件和结构的的损伤破坏现现象都具有重重要的意义。RPC单轴受压破破坏已被广泛泛研究，获得得了较全面的的试验成果。但二轴应力力状态下RPC的破坏形式式尚未本找到相关文文献记录。单单轴应力作用用下，由于泊泊松膨胀作用用，混凝土结结构微粒向另另两个自由面面膨胀，若掺掺入钢纤维，则则同时受到钢钢纤维的阻裂裂作用，其中中钢纤维的强强度以及钢纤纤维与混凝土土的胶结力是是阻裂作用的的控制因素。在二轴应力状态下，试块只有一个自由面，应力比对RPC的破坏有直接影响。而且在实际工程中，混凝土构件大多处于复合应力状态下，因此研究不同应力比下RPC的破坏模式具有实际意义。本试验采用三个应力比：1/0.1、1/0.3、1/1，共九个试块，试验所得试块破坏情况如下：（1）应力比1：0.11时：图4-1应力比1//0.1第一块图4-2应力比1//0.1第二块图4-3应力比1//0.1第三块（2）应力比1：0.33时：图4-4应力比1//0.3第一块图4-5应力比1//0.3第二块图4-6应力比1//0.3第三块（3）应力比1：1时：：图4-7应力比1//1第一块图4-8应力比1//1第二块图4-9应力比1//1第三块受压荷载下RPCC的破坏过程程实质上是微微裂纹发生、扩扩展以至贯穿穿的过程.试件到达峰峰值应力前，其其表面很少出出现可见裂缝缝，在接近峰峰值应力时会会听到明显的的劈裂声，峰峰值应力过后后，很快出现现平行或倾斜斜于荷载方向向的可见裂缝缝，试件内部部劈裂声更加加明显，随后后形成主裂缝缝并迅速发展展，直至贯通通整个截面..与普通棍凝凝土的破坏形形态不同的是是，RPC试件可可能为劈裂破破坏，也可能能为剪切破坏坏。由上面的试件破坏坏形态看，破破坏的试件大大多数表面存存在一条明显显的剪切裂缝缝，裂缝偏离离竖向或横向向30度左右，剪剪切面上的钢钢纤维基本被被拔出或者拉拉断。在这一破坏坏过程中，当当外加压应力力达到基体的的极限抗压强强度时，就会会贯通试件高高度而产生一一连续的剪切切面，并且RRPC有沿剪剪切面产生相相对滑移的趋趋势，此时钢钢纤维与RPPC之间仍然然存在拉应力力，钢纤维可可以继续吸收收大量的外来来能量。正因为有跨跨越剪切面的的钢纤维的存存在，滑移受受到约束，钢钢纤维便承担担了外加压力力在剪切面处处产生的全部部剪应力，因因而使得RPPC试件不会会瞬间崩溃继继续加载，越越来越多的钢钢纤维破坏，试试件的承载力力不断下降，直直至丧失承载载力，其中钢钢纤维的破坏坏形式有两种种：一种为拔出出破坏，一种种为拉断破坏坏。4.2RPC双轴轴受压破坏全全过程描述同一坐标下三种应应力比下RPC试块σ-ε曲线如下：图4-10同一一坐标下三应应力比主轴σ-ε曲线由试验得到的曲线线可知，RPC2000双轴受压变变形大致经历历了以下几个个阶段：（1）线性上升段，对应应荷载增加过过程。在此过过程中，当应应力达到极限限抗压强度的的80%左右时，在在试件的竖向向上下部