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；伯3圈.渔帐绘丈制劈出温R临P叼C吼的耀主嗓应建力舒空只间筋二株轴令强刑度择包顷络虑图铲，畏及迟峰育值郊应片变郊强垂度糊包访络麦图嫁，难为检R斗P赶C独的锁设榴计稠理验论餐发崖展帅提锄供出必夸要配的膀依泽据锯；驾4趣.杜松基干于猛得公到夜的限试弄验鼻数忘据笼，阵拟拨合骨得鼓到敌二来向霞应定力控状哥态浑下甲R伶P求C葬破河坏甜准令则论和骆本拾构勒关爸系圣；凡5汽.鼠身初应步够对秒R为P脆C泄二包向叙应返力速状闷态呀下膏的大破臂坏骑全立过之程必进糟行躬分开析烟。兽关裳键熄词腾：恩活疑性滔粉报末棒混锅凝劣土稿；瓣二况轴鸽受奏压芽；是应液力臭-笋应德变搭曲每线凉；附本淹构伸关盾系猪；唉破爱坏伯机馅理估；供强寸度艇包闪络忠图就A传B宽S虹T愈R张A番C支T偿R瞒e眨a县c惯t镇i门v亮e仅信P抚o粉w浊d子e宪r夏闲C廊o歉n笼c赢r茧e揭t章e浓仇(脚R状P国C聋)伪辰p烤o陵s锡s礼e趋s筛s闹e自s笛优e膨x城c狭e撒l揭l欧e饮n抗t我玻p零r屠o骂p晓e双r坚t尺i年e圾s猪预s井u蜜c售h破忌a帖s焦税u津l肌t链r眨a竖-乌h曾i邀g较h尽缘s口t瓦r停e穴n蝶g来t赠h里,舞莫h虎i埋g额h宇胸t匹o犹u钟g觉h艘n阵e忘s钉s默宪a蛮n耀d柄谢h螺i御g注h悉瓜d遭u妨r乌a扯b进i厌l坐i绒t饥y巧急e甜t逢c点.管意A储p践p丈l愿i凳c锹a枕t援i坦o后n供助o帽f支粉R酬P汪C蚊悟f贺o锻r仪弟s扁t筹r毕u麦c逐t梁u献r翻a乖l袭益d门e轻s迎i凡g梅n换想c镜a妙n种绢l网i袭g鸡h悦t佣e逝n般惰t爹h宪e湖近w疗e馒i疲g信h羽t情徐o害f欠庙b俊u茎i妖l芒d蒸i芹n段g并s轻,蜘昼i鲁m傲p落r跃o量v俩e贴消s衫t印r回u顷c裁t卷u睛r蜡e丙凶d括u芦r爪a侵b潮i虽l已i南t隆y劝况a秃n衔d菊衣r手e掩d帽u骆c捉e串农t塌h匙e孩贩m壁a到i绩n签t蜻e叙n惯a辟n延c头e逗剑e俱x枣p这e爪n基s或e国.慰咸R百P救C测2泛0暑0姓脾c醉o唤n茄s逢t乞i逗t舒u诉t促i按v郑e桨芽r羊e馋l跟a盐t懂i虑o臂n底s戏h喷i池p析骄i震s铺粉t但h直e势毕f雕o代u霜n燃d伐a昨t赤i范o绢n呀峡f前o菊r剃怜n滴o厕n辉l俯i丝n捕e幅a仅r翅青f紫i哪n链i舌t嘴e混豪e貌l招e弹m监e替n坑t帜翅a笼n结a奸l园y肤s侵i朽s反隐a靠n俯d大彻r岗e鸦s鹿e据a惊r欢c阀h打膏o触n跪怎s督t友r御u逝c旨t满u德r喇a毁l委水d恒e猛s卧i迹g青n既望t分h缘e豆o帽r蝶y吃.英揪A请s汗件t趴h叹e毙商p默a领r丰t挺i顾c贷u巾l削a连r去i抚t透y扔柱o学f服堆p宫r马o钥d称u殃c桌i欠n身g企剥p群r春i见n题c恶i浙p贿l字e逮嫌a魔n仪d蛋染m耐e堂c育h千a波n泉i赴c振s倦阳p练e调r邮f厕o后r咱m僚a政n掠c乱e宪,歉翠c战o抢n厅v载e滔n戴t久i错o融n掘a庸l蝶留c旦o邀n悬c摆r稳e挥t供e辨c刷o蛙n绢s壮t们i粘t榨u嗓t末i挤v肠e居杯r蚂e鞠l矛a昌t垂i也o警n冰s摆h背i锻p疫秀i护s属拖u悼n虚f等i固t床撤f红o光r算妥R士P下C尺.钉T气h故i跑s樱约s馋t侨u拒d跳y幕切i哨s摔诱p切a蚁r滴t从肿o圾f捷适t砍h匀e锐务N仍a毛t叛i压o铅n掌a膝l吨仇N瓦a烘t居u枕r靠e栏S宵c费i腰e异n端c松e罪辆F抓u架n装d盾s务p信r甲o钟j挖e侦c客t惑滑N暖o妹.悼5严0浓5呜6妹8廊0梳0复5睬腰i扭n问捆t樱h修e闭旅c羡h愚a刻r绑g固e天侵o贷f临趁A奇n歌坏M骗i堆n谢g扩Z窗h械e母糖a累d逝j借u孕n州c送t哨籍p屋r我o紫f宏e逮s座s迹o敏r陡.破I蜡n流杜t达h纳i纽s特丑p定a然p产e执r巡,忧哑R刻P残C狗2矛0司0槽撒c休o猜n贼s占t悟i首t肝u余t脉i云v邮e仓戴r础e所l色a颜t痒i报o达n尝s颈h脖i伟p苗荐a储n五d誉太m剪e践c离h嫌a足n秤i纺c系s分湾p迅e傻r校f嫁o疗r恒m粘a灾n孟c和e话鹊h缝a夏v摸e炉刺b酷e肾e眯n帖耐s竹t甩u敲d类i核e盒d稠销b祖a肺s原e存d脸抱o自n去平e教l竹a妄s矩t巴o老-陶p抱l劫a狸s协t衬i鹊c窄疼t潮h蜻e拒o惧r镜y尚壳a韵n映d模始e室x浇p杏e堡r哪i济m婚e散n弓t厕a苗l朋垂i屡n缝v罪e短s倘t忠i假g蹄a僚t扩i制o语n短袭o痛f魂袭R促P饶C蛾2降0遵0恶级s冈t吹r矩e迈n渣g翅t绸h柜轻a井n巷d赔纪d蜡e变f繁o晴r携m勉a皮t型i摄o康n支源u氧n罢d礼e祥r鼓胁b社i圈a叫x凑i亡a转l奖普c玻o否m铸p剂r客e领s脖s威i附o贿n充毫s筝t身a证t忧e越.身愧T浪h宰e厅亏r毕e概s泰u冰l洪t袍s芬三a众r迷e剥搂a泊s脱俱f魔o赖l怒l角o狸w讯s锋:郊1把.即T蜂h域e拥d械e伶s餐t射r它o杀y机i从n梅g蓬s肠t置r忠e涌n货g灵t猫h网o东f稠彻R绩P释C邮2保0挤0畅萍i捷s拒卫c蹲o巡n茎f代i和r沿m垄e忠d象,抓a叙n静d贺臭t昏h壁e僵徒i目m型p现a鄙c鼠t浸棵c胶a斧u潮s耐e数d垄眉b罢y定酱t岔h卖e俯露c征h合a战n聪g煮e颗冠o荣f胸鸦t摧h财e长极s集t驻r催e昨s难s唯秆r厨a饺t痛i桑o赢姑t荣o勺吼t摊h韵e攻案d纽e利s惜t绪r罗o范y科i于n众g咳灾t捆y柜p磨e巴降i吓s共辰s溉t宰u菜d屈i扮e唱d页.思2远.予监T犁h曾e郊蜘d挽i谎s薄t塑o秩r闪t拘i食o灭n日c败h姜a深r省a世c纺t部e怕r辛i匙s况t路i萄c团密o淹f党鲜R竟P奴C坡2卫0阵0错袋u浮n塑d扁e办r袜盆b砌i暴a掌x醒i途a恋l帅划c景o唯m化p登r顾e黑s启s注i零o赴n陶超i道s燕匹s痛t构u则d舍i垦e远d司尚a标n过d词田s朵t立r弓e异s房s知-骑距s尖t竹r果a斩i低n希榆f巾u满l弯l喷铺c神u共r粮v繁e释乌i指s溪叙m填a阵d买e翠正b络a删s跨e卧d守耕o席n亮传t船h幸e嘴驶e警x永p笑e弄r涉i直m步e吗n痒t侨d腹a浑t贼a馒.声3宝.凭丰B咳a贷s黑e清d贷艘o走n级鄙t六h源e垃毫s斜t此r颤e打s衬s惩-辱苍s命t妄r邮a鸦i摘n供谈f诸u遭l役l铸享c酬u朱r党v级e弯,蜡疫t书h打e晚狠s厉t拴r为e夹s王s椒井&看投s博t简r脊a印i川n兵p询e峡a冻k肝莫v泰a薄l提u厨e禁c份i董r四c缝l什e咐皮f习i亩g秃悉i茄s塘撑m辣a保d道e惹,伙涉o弓f绪f懒e哨r道i绕n录g次彩b裂a择s兆a朋l颤糊d袋a疯t者a嚼遮f恒o消r搞鞭t蓄h吧e介爽a革p妖p具l迟i漆c名a摊t过i便o贿n劳牛a穷n酒d展存d男e校s桥i滚g拳n贪赔o州f旧市R装P睬C腰.分4蝴.抚羊B训a宣s靠e娱d蛇晓o早n坊险t赶h毕e陕浑e旧x休p况e珠r金i唯m递e厕n窄t址d幸a劈t低a角a根n爱d兽伞t却h昆e的治s轨t徒r陶e愚s裁s矛-档朴s闸t欧r纷a档i露n活储f改u抓l并l蚕骄c姿u理r株v斩e真,例伶t铺h域e燕骨c商o寺n旧f菜i册g碎u党r新a赤t塞i问o廉n墙r担e谢l瓶a嫂t织i刷o贞n圈斥i顺s矩尊s停t举u是d被i茎e钟d纷评a秀n胳d妹羞t斧h吧e悉固e数q悦u引a及t狮i附o像n火长d轿e究s蹦c彻r添i知b说i衔n龙g斩破t踪h暂e跨箭c访o沫n坝f麦i煤g教u挺r悉a宗t沾i南o栏n父r找e福l古a厌t参i相o违n荐很i聋s是愤c拉o苦n猴f镜o至r搭m肯e式d汁.啦5迟.准催E嗓a休c牌h葵皮p寇h猜a析s页e款o届f汁坝t艘h谢e徐缴w喜h何o立l乓e驳太d且e誓s狠t浩r反o超y为i待n惠g秆拼c鄙o辛u码r搁s结e称蚕i赤s津绢s懒t另u念d寺i另e坝d肯,抚叹a小n林d惯项s件o姨m陶e钓社q院u弱a挡l法i宅t晓a叫t膊i寒v林e糕a态n训a选l书y殃s歼e殃汗i马s画者m脖a撑d许e绒.漂K委E浸Y燕W您O犯R覆D势S底：身R冻e嫌a发c疯t膊i矿v顺e喉冰P探o刊w蝶d耐e岔r组雾C低o协n净c溪r责e细t酸e率,帖b役i杆a叠x型i偿a殖l裂味c耐o队m芬p递r慎e负s睡s轻i仆o挖n诉;胸质s福t壮r析e狸s界s誉-放s劝t陪r蓄a败i码n令日c提u骄r兄v架e遥,紧霸c皂o钟n尼s茅t跟i舅t雾u裹t北i份v纲e乐马r令e秧l树a屿t伪i轨o平n律s乌h竹i么p徒,裙析s傻t泳r衰e宫n闪g彩t郊h露裂c喇i辜r站c仍l显e素彩f弓i迫g毅.刃目蚁绑径紫录色毕外业潜设倦计固任纷务握书堂…刻…懒…竖…雹…单…局…慧…寄…锻…办…谦…源…未…铁…串…畏…须…厨…祥…溜…忧…熟…革Ⅳ矮开姐题国报亚告根…素…殃…诵…铅…传…且…隔…路…荒…属…苹…珍…蚕…雹…流…蜡…贺…鼠…讽…厚…方…朴…桃…惧…电…叛ⅥHYPERLINK\l"_Toc200964790"星中令文集摘恰要驶X岂I胆VHYPERLINK\l"_Toc200964791"夺A烂B坡S误T纽R饼A必C哗T爽X喇VHYPERLINK\l"_Toc200964792"呜第白一企章蚀绪辨论构1HYPERLINK\l"_Toc200964793"柜1残.绝1幼羽概哄述刮.匆1HYPERLINK\l"_Toc200964794"聚1依.殖1草.内1邪干活初性凉粉劈末贩混庆凝浪土和的医定倘义犬及毒发律展宝历陵程柱.溉1HYPERLINK\l"_Toc200964795"摔1急.早1添.悠2必斥R禽P西C离材户料免的虫设杏计李思明想触及奔制爷备杯原滤理定.梨3HYPERLINK\l"_Toc200964796"立1唉.蠢1墨.扁3树祝R弓P迷C雕原她材庆料脸选耳择简5HYPERLINK\l"_Toc200964797"赵1远.义2侵她活揭性饿粉本末卖混熊凝表土雹材流料格的戚性均能慧及隶应么用奔前岛景蒜7HYPERLINK\l"_Toc200964798"尘1姑.袍2潮.们1压净R拾P吹C臂材抢料厌的域主独要稀性晒能抓和晚优征越菜性舟7HYPERLINK\l"_Toc200964799"鼠1倡.脖2笨.饿2消礼R宝P解C唇材便料蛋在期工装程畏中弱的桐应容用苹1施1HYPERLINK\l"_Toc200964800"执1笛.鸣2阅.层3棒顷R洗P永C症材更料途的仔应飘用犯前商景嘴1龙4HYPERLINK\l"_Toc200964801"出1吴.篇3烘死R础P缓C荷材脑料艳存殊在说的去问举题凶和盯两佩轴修受淘力板特湾性犯研颂究席的蜡意鹿义鞠.巩1扁5HYPERLINK\l"_Toc200964802"局1究.廊3迈.缸1怀私R鼓P临C市材乌料述研滨究俩存闭在原的歌问究题厘1圣5HYPERLINK\l"_Toc200964803"孔1椅.荷3荣.暖2偶霞R贫P陵C迎材紧料饲需卵要德进选行则的塔研句究杠1旱6HYPERLINK\l"_Toc200964804"护1抓.饥3搭.叛3钓稠R输P蜜C剥两摔轴嚼受闪力结特拘性惹研用究秒的俩意猪义病1屋7HYPERLINK\l"_Toc200964805"槽1结.内4宗本浓文碗研兄究姐内联容粗1胖8HYPERLINK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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北京五环路斜拉桥隔离带RPC空心板的应用（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的高密实性与良好的工作性能，使其与模板相接触的表面具有很高的光洁度，外界的有害介质很难侵入到RPC中去，而且RPC中的着色剂等组分也不易向外析出，利用这一特点可作建筑物的外装饰材料。1.3RPC材料存在的问题和两轴受力特性研究的意义.RPC材料研究存在的问题虽然RPC的研制与应用在国际国内都已有先例，但从原材料制备到应用、从RPC的性能到机理，仍存在许多问题需要进一步研究和探讨。（1）没有完备的规范制度。一般来说，现行的测试手段、测试标准对高强度、高性能的混凝土有很多不适应的地方，有时候往往还会存在一定的误差。仅就高强混凝土而言，也只有CECS：98《高强混凝土结构设计与施工规程》可供参考。在一般的高强混凝土没有建立完备的规范的前提下，对于具有更高强度和性能的RPC就更不用说了。（2）RPC作为一种新型混凝土材料，最基本的力学性能——受压、受拉应力-应变关系和本构模型均未定论，也未能有一套关于RPC结构的设计规程或设计准则，这为RPC材料在各种大型结构中的应用造成一定困难。因此，本构关系研究迫在眉睫。（3）国内外近年来对RPC材料的基本特性的研究工作集中在高效减水剂与硅粉等高活性掺合料复合，降低水胶比，提高基本硬化密度，同时掺加钢纤维提高抗弯强度，获得所需要的高强度、高韧性和延性方面，对RPC材料高性能产生的机理等方面缺乏系统的研究。关于RPC材料细观机理与宏观变形、断裂能与断裂韧性及破坏行为的研究也有待深入展开。（4）混凝土的变形会对混凝土结构和性能造成不良的影响，而影响混凝土收缩和徐变的因素很多，机理也很复杂，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RPC水胶比较低，且又采用热养护，自身收缩较大，这样对于现浇施工存在一定困难。国外在使用RPC时也一般在预制厂生产预制构件。这样，在实际的结构工程中，RPC的运用会受到限制。（6）成本昂贵。硅粉的掺入、高效减水剂和钢纤维的使用以及较高的成型和养护条件，都提高了RPC的生产成本，阻碍了它的推广和使用。所以，寻找较廉价的掺料来优化替代昂贵的组分，形成工艺简单、成本低廉的生产线，仍然是今后需要改善和加强的方向。RPC材料需要进行的研究我国未来很长一段时间内，将会处于建设高峰期。大量的桥梁、隧道、高层与超高层建筑、工业厂房、市政设施、化学工业等面临着利用钢结构、成本与维护费用高，而用目前的普通混凝土，性能低下达不到设计要求等问题。因此从国内建设的需要出发，利用国内的原材料资源，开发活性粉末混凝土的应用技术，势在必行。（1）研究通用的配制和检测标准，以及搅拌、成型和养护等生产工艺；（2）研究RPC材料的破坏准则和本构关系；（3）研究RPC结构的构造措施、结构形式和选型设计；（4）研究RPC结构的设计理论和设计方法；（5）研究RPC结构的疲劳特性、动力稳定性及抗震性能。近几年来，清华大学长沙铁道学院、北京交通大学、同济大学、福州大学等单位在RPC研究方面做了有益的尝试。湖南大学的何峰、黄政宇等人试验研究了原材料品种、性质及配合比对RPC强度的影响；在未掺钢纤维的情况下，配制出了流动性好，高温养护(200℃)下抗压强度为229．0MPa的RPC，在掺钢纤维的情况下，RPC的抗压强度高达298．6MPa。北京交通大学的阎贵平、安明喆等人对RPC200进行了深入的研究，并已将研究成果应用于工程实践，也有了自行的研究体系。同济大学的龙广成等人研究了养护温度和龄期对水泥、粉煤灰以及硅灰等粉末材料为主要原料的RPC强度的影响，以期确定最佳养护条件。清华大学的曹峰、覃维祖在水泥基体中复合使用粉煤灰，在减少硅灰用量、降低RPC成本等方面做了尝试。福州大学的有关人员在广泛调研基础上，确定选用以地方常见材料为主的RPC原材料，进行制作工艺和配合比设计的试验研究，取得可喜的初步成果。RPC作为一种新型高性能混凝土，需要研究的内容还很多，本文作为基础性研究，同时也由于试验条件和时间的限制，仅对RPC二轴受压力学性能进行了初步的研究。RPC两轴受力特性研究的意义活性粉末混凝土在工程中的应用前景广阔，了解其受力性能对改善其耐久性具有现实的意义。目前国内对RPC200单轴受力性能的研究已经很多了，对单轴受力性能的了解已经比较成熟，但是对多轴受力性能的研究却少之又少，而实际工程中构件的受力往往不是单轴受力，而是处于复杂的多轴受力状态，所以对多轴受力性能的研究更具现实意义。1.4本文研究内容本文在北京交通大学阎贵平、安明喆、**、钟铁毅、潘雨课题组的研究基础上，结合国内的实际情况，进行原材料选用和纤维RPC的配置，从理论和实践上对掺钢纤维的活性粉末混凝土基本力学特性进行初步探讨，主要研究内容如下：（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。从而得出关于测定高性能混凝土受压应力-应变曲线的一套完整而合理的试验方法；获取比较全面的RPC200的受压应力-应变曲线；建立比较完善合理的RPC200二轴受压本构模型；理论分析RPC200的二轴受压全过程，并初步对其宏观性能机理做出解释。第二章试件制备与试验方案2.1活性粉末混凝土试件的制备原材料制备RPC试件的主要材料有水泥、硅粉、石英砂、高效减水剂、钢纤维和水，下面给出所用各种材料的主要性能指标。（1）水泥拉法基42.5号硅酸盐水泥，细度3400cm2/g，初凝时间2h40min，终凝时间3h40min，标准稠度用水量27%，烧失量为0.5。矿物组成见表2-1，水泥胶砂强度试验结果见表2-2。矿物CSCSCACAFf-CaOf-MgO含量/%60.518.17.48.90.91.8表2-1琉璃河42.5水泥的熟料矿物组成注：其中石膏掺量为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/MPa46.269.25.29.6表2-2拉法基42.5水泥的主要力学性能（2）硅粉灰白色细粉，密度2.214g/cm3，粒径2μm以下，平均粒径0.31μm左右，比表面积143100cm2/g。试样检验结果见表2-3，粒度分析结果见表2-4。检测项目质量百分率/%检测依据或说明SiO82.22ISO/DIS12677FeO1.81AlO0.97CaO0.36MgO1.31烧失量1.45KO0.84ZX-03-HXFB06NaO0.16FC0.92GB/T3045-1989ZX-03-HXFB05FeO0.27表2-3硅粉试样检验结果样品名称二氧化硅微粉测试条件CENTCONSTANTREV.(RPM)：2500测试及分析结果该样品颗粒粒径均在2μm以下，其中：<0.1μm的占13%，<0.3μm的占48%，<0.5μm的占74%，<1.0μm的占93%中值粒径：0.31μm；比表面积：14.31m/g表2-4硅粉粒度分析结果（3）石英砂采用某砂厂生产的石英砂，粒径范围0～1.25mm。按粗细程度分为细砂、中砂、粗砂等。不同粗细程度石英砂的实测表观密度与堆积密度见表2-5。石英砂类别细砂中砂粗砂粒级/mm表观密度/g/cm2.6342.6272.586堆积密度/g/cm1.4401.4281.306表2-5石英砂粒度分析结果（4）减水剂国内某混凝土外加剂厂生产的新型非萘系高性能减水剂AN3000，褐色粘稠液体，减水率29%，含固量31%。1个小时无坍落度损失，轻微缓凝，不引气。（5）钢纤维某厂生产的短细钢纤维，细圆形表面镀铜，直径0.22mm，长度13mm，抗拉强度2800MPa。（6）配合比如下（单位：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2.1.2试件的制作及养护根据《混凝土结构试验方法标准》及实际试验条件的限制，制备试件尺寸为150mm*150mm*50mm，用150mm*150mm*150mm钢模成型,再切割打磨成所要的试块，试件如图2-1所示：（不用成型面，这样可以不用考虑成型面的影响）做3组，每组3块。图2-1RPC试块制作RPC试块时，按下列步骤进行：（1）搅拌：先投入钢纤维、砂干拌3min，再投水泥、硅粉干拌2min，最后把水和减水剂倒入搅拌机中，搅拌7min左右；（2）成型：将RPC材料一次装入试模，装料时用抹刀沿试模内壁略加振捣，并使拌和物高出试模上口，振动成型，持续到混凝土表面出浆为止，用抹刀抹平，然后将模具放入养护室；（3）拆模：试块浇筑完毕应立即用塑料薄膜覆盖防止表面起皮、开裂，室温下养护36小以后拆模；（4）养护条件高温养护：先45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。2.1.3试件制备的设备：(1)混凝土搅拌机：SJD30型单卧轴强制式混凝土搅拌机，主轴转数45转/分，最大搅拌量30L。(2)振动台：ZHDG-80型混凝土试验用振动台，振幅（全幅）为0.5mm，震动频率为50Hz。(3)水泥混凝土养护箱：上海路达试验仪器有限公司生产的水泥混凝土自动控制养护箱。(4)养护室：北京交通大学建筑材料试验室标准养护室，温度控制设备为BYS-3温度自动控制仪。2.2试验方案试验设备加载设备采用清华大学高坝大型试验室INSTRON8506四立柱液压伺服试验机。双向加载系统为分离式，竖向为四立柱试验机，水平为封闭加力框架，两个方向可以互不干扰的实现力的输出。在水平和竖直方向上分别安装高精度应变测量装置(这里采用引伸仪)并将测得的应变实时传回试验机，即构成以应变为控制参数的闭环控制(closedloop)加载系统，实现各自方向上的应变输出。此时根据设计应力比和加载速率计算出各个时刻的控制应变，再以加载控制文件的形式输入试验机，即可以实现应力比例加载。设备如图2-2所示：图2-2双轴加载装置详图界面层处理在受压加载过程中，由于泊松效应的影响，混凝土试件和钢制加载板都会发生侧向膨胀，又由于二者的泊松比不同，使得加载板对试件产生侧向约束效应，试件的抗压强度会因此而大大增加，此时测得的抗压强度和全曲线都会失真。解决这个问题最常用的方法就是在加载板和试件之间设置减摩层。本次试验中采用两层0．26mm聚四氟乙烯(Teflon)作为减摩层，两张聚四氟乙烯之间均匀涂抹黄油合并为一张，作为一层减磨层，置于试件和加载板之间，试验证明效果较好。减摩层厚度虽然不大，但是由于其本身刚度比较小，所以在加载过程中也会产生一定的变形，为了便于后期数据处理，试验中实测了减摩层的应力-变形关系，即将大小、形状、制作顺序等条件均相同的减磨层置于加载板和标定钢块之间，加载之后所得到应变减去钢块应变即为减磨层应变。。加载制度和应力比根据Krajcinovic的讨论和以往的试验，在应力控制加载制度下加载到达峰值点后就会进入非稳定阶段，试件将瞬间发生破坏，此时不能测得应力-应变曲线的下降段，而在应变控制加载制度下试件在加载全过程都处于稳定状态，可以测得应力-应变全曲线，所以本次试验采用应变控制加载制度。试验机记录并用于控制的应变值是加载板之间的变形与试件原始尺寸的比值，这个应变包含了试件变形以及试件与加载板之间界面层的变形，定义为名义应变E。根据混凝土试验规定，以竖向加载轴名义应变为，水平加载轴名义应变为，以拉应变为正，压应变为负。两个加载轴名义应变的比值定义为名义应变比=/，而由于加载设备是以应变控制力输出的，故此时应变比即为应力比。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30分钟，将提前做好的应力比控制加载的txt文件导入计算机；（2）将切割打磨好的试块放在试验机上；（3）试件的水平受压面用涂贴少许黄油的塑料薄膜作为减摩措施。具体做法是：在两层塑料薄膜间涂甘油，甘油尽量均匀且薄，然后把两塑料薄膜粘贴，尽量不要有气泡。试验时将试件安装在三轴试验机的加载板间，在试验机加载板和试件之间放置薄膜，使之受力均匀；（4）把钢板安装在加载头上并调准试件位置，将试件轴心物理对中；（5）启动三轴试验系统对试件施加初始压力，一般为5~10kN即可。具体加载顺序为：先竖向对中，反复预压；再完成水平方向预压，且加载至预设的侧应力值，并保持恒定；检查各部分运行是否正常，试件位置是否正确。然后在加载头上安装位移计并对位移计调零，最后选择加载轴及加载比例后开始加载，由计算机自动记录荷载及位移值；（6）取出破坏的试件，观察其破坏形态。第三章试验数据及其处理3.1实际应变的获取试验获得的应变为名义应变，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。标定所得应变是减磨层和钢试块的共同应变，用所得应力除以钢的弹性模量，即得钢试块的应变；然后用标定所得应变减去钢试块的应变，即得减磨层的应变；最后，将试验所得应变减去其对应的减磨层应变，即得RPC试块的实际应变。但试验获得的数据分别是试验位移（μm）、试验力（KN）、标定位移（μm）和标定（KN），故先以试验位移除以RPC试块长（149mm）得到试验应变，标定位移除以钢试块（150mm）得到标定应变，试验力除以受力面积（149mm*50mm）得到试验应力，标定力除以受力面积（150mm*150mm）得到标定应力。得到试验和标定的应力、应变之后方可进行下一步处理。举例如下：标定应变标定应力钢的应变减磨层应变-5.09-3.59-17.9312.85-5.09-3.60-18.0012.91-5.09-3.60-18.0012.91-5.09-3.59-17.9312.85-6.11-3.60-18.0011.89-6.11-3.59-17.9311.83-6.11-3.5