高韧性pva-frcc单轴受压性能研究

高韧性pva-frcc单轴受压性能研究

高耐性聚乙烯醇纤维增强水泥基材料（pva-frcc）是一种由水泥基和短纤维组成的建筑材料。具有很大的连续性，在直接拉伸负荷的作用下，多裂缝、断裂和僵硬的应变化特征表现为明显的。我国目前正处于大规模基础工程建设时期,大部分地区位于地震区,其基础工程需要进行抗震设防和延长服役年限,需要大量的高性能建筑材料.为使高韧性PVA-FRCC在实际工程中推广应用,就需对其强度和变形特性进行系统研究.本文通过高韧性PVA-FRCC单轴受压试验,研究了粉煤灰、硅灰掺量(质量分数)及PVA纤维掺量(φ1一般介绍1.1fnd高效减水剂P·O42.5水泥;Ⅰ级粉煤灰;硅灰;最大粒径为1.18mm的天然河砂;FDN高效减水剂;北京中纺纤建科技有限公司生产的PVA纤维,其性能指标见表1.1.2配合比的确定采用大掺量粉煤灰替代水泥来制备高韧性PVA-FRCC,配合比见表2.为提高试件强度,在满足韧性的前提下采用了较低的水胶比,其水胶比(质量比)为0.23,砂胶比(质量比)为0.36.1.3试验方法和设备试验使用的PVA纤维具有亲水性,在搅拌过程中分散性较好,故采用纤维后掺法.先将胶凝材料和细砂混合干拌2min,然后将减水剂溶入水中后加入到拌和物中搅拌2~5min,人工加入PVA纤维,搅拌4~5min,浇筑、振捣、夯实,成型24h后拆模,标准养护28d.立方体抗压强度试件尺寸为40mm×40mm×160mm,每组试件3个.抗折强度试验设备为DKZ-5000电动抗折试验机,抗压强度试验设备为JYE-300A型全自动恒应力压力试验机.单轴抗压试验采用ue78875×150mm圆柱体试件,试验设备为RMT-150B型伺服试验机,以试件轴向变形控制加载,单轴压缩速率为0.01mm/s,分别采用5.0mm和2.5mm位移传感器测量试件轴向变形和横向变形,采用1000kN的力传感器测量轴向荷载.每组圆柱体试件6个,试验时先用3个试件测定单轴抗压应力-应变曲线,然后取轴心抗压强度的40%作为弹性模量试验的控制荷载,以相同的速度反复加、卸载8次,最后加载直至试件破坏.2试验结果与分析评价高韧性PVA-FRCC的立方体抗压强度f2.1高韧性pva-frcc的f在砂浆基体中加入PVA纤维可提高其韧性.但PVA纤维掺量对抗压强度的影响有限,从表2可以看出,在基体强度一定时,随着PVA纤维掺量的增加,高韧性PVA-FRCC的立方体抗压强度和轴心抗压强度均提高,但提高幅度有限,当PVA纤维掺量从0%增加到2.0%时,立方体抗压强度提高了16.1%,轴心抗压强度提高了20.0%.利用线性回归分析得到f式中:f用粉煤灰、硅灰等矿物掺合料替代水泥后可降低混凝土水化热,提高密实度,从而大大提高其耐久性根据表2中f高韧性PVA-FRCC的f2.2砂胶弹性模量高韧性PVA-FRCC基体中不包含粗骨料,而且为保证其受拉应变-硬化效应的充分发挥,还限制了基体中砂子的粒径和含量.本试验砂子的最大粒径为1.18mm,砂胶比较小(0.36),因而所测弹性模量比普通混凝土的弹性模量低.从表2还可以看出,弹性模量随着抗压强度的提高而增加;PVA纤维掺量对弹性模量也有影响,但影响不大.当抗压强度大致相同时,由于PVA纤维的掺入使基体孔隙率增大,匀质性降低,微裂缝增多,导致高韧性PVA-FRCC的弹性模量降低,这与文献[10]的结论一致.弹性模量E与f从表2可以看出,PVA纤维掺量对高韧性PVA-FRCC的泊松比没有明显影响.2.3硅灰中pva纤维和pva/pva纤维的阻裂强度为探讨PVA纤维、粉煤灰及硅灰掺量对高韧性PVA-FRCC压缩韧性影响的原因,对单轴受压破坏后的试件进行了电镜分析,如图3所示.由图3(a)可见,许多未水化的粉煤灰球形颗粒在基体中可有效改善PVA纤维和高韧性PVA-FRCC基体的界面黏结力.当压应力超过峰值应力后,应力-应变曲线下降,裂缝不断扩展,PVA纤维沿着裂缝被逐渐拔出,从而起到了阻裂作用,提高了试件的压缩韧性.由图3(b)可见,掺入10%(质量分数)的硅灰后,基体的密实度增加,这对PVA纤维的阻裂作用不利.图3(c)显示,PVA纤维从大掺量粉煤灰的基体中被拔出后,界面较为光滑.图3(d)显示,被拔出后的PVA纤维表面损伤较小.2.4高韧性pva-frcc的峰值应变试件的应力-应变曲线如图4所示.由图4可以看出,在加载初期,应力-应变曲线明显下凹,这是由于试件端部不平整或在单轴压缩加载初期,试件内部的初始微裂缝呈现闭合所致从表2可以看出,高韧性PVA-FRCC的峰值应变为5.15×10式中:ε根据表2中的数据,可得ε3高韧性pva-frcc应力-应变本构模型将各组试件实测的应力-应变曲线采用无量纲坐标表示,令x=ε/ε基于高韧性PVA-FRCC应力-应变曲线的特点,参考文献[12],可采用如下模型表征:式中:A,B,C,D为待定参数.3.1应力-应变本构方程由条件(3)及式(5)可得:可见,待定参数A为初始切线模量E对式(6)求二阶导数,且当x=0,A=1时,应力-应变曲线上升段为直线段,得:对于ue420x(0≤x<1),ue02fA(A≥1),上式恒小于0,满足条件(2),故上升段应力-应变曲线可表示为:式(9)显然满足条件(7).3.2应变曲线下降段方程应力-应变曲线的下降段模型仍采用式(5)表示,但待定参数A,B,C,D应改为A由条件(6),(3)及式(10)可得:式(11)显然满足条件(4),(5),(6)和(7),故式(11)可作为PVA-FRCC应力-应变曲线下降段方程.3.3试验曲线与本构方程的回归依据最小二乘法,对高韧性PVA-FRCC应力-应变曲线进行非线性回归,得到A,A由表3可见,高韧性PVA-FRCC应力-应变曲线A的拟合值相关性很好,而A各组实测应力-应变曲线与本构方程对比曲线如图6所示.由图6可见,试验曲线与拟合曲线总体上吻合较好.4高韧性pva-frcc的力学性能(1)PVA纤维的阻裂增强效果与其分散性息息相关,当基体强度一定、纤维分散良好、PVA纤维掺量不超过2%时,随着PVA纤维掺量的增加,高韧性PVA-FRCC的立方体抗压强度和轴心抗压强度均提高,但提高幅度有限.大掺量粉煤灰替代水泥降低了高韧性PVA-FRCC的抗压强度,0%~10%的硅灰掺量对其抗压强度的影响并不明显.(2)高韧性PVA-FRCC的弹性模量随抗压强度提高而增加,当高韧性PVA-FRCC抗压强度大致相同时,PVA纤维的掺入使其弹性模量降低.通过分析分别得到了轴心抗压强度f(3)PVA纤维可有效提高高韧性PVA-FRCC基体的塑性变形能力,且随着纤维掺量的增