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超高性能混凝土罩面材料及性能研究
| 论文题名： | 超高性能混凝土罩面材料及性能研究 |
| 关键词： | UHPC;最紧密堆积;力学性能;路用性能;有限元 |
| 摘要： | 为解决现有水泥混凝土路面层存在强度不足、易出现反射裂缝导致使用寿命降低等问题，本文基于最紧密堆积理论设计超高性能混凝土（UHPC）罩面材料的最佳配合比，并研究不同体积掺量的钢纤维对UHPC工作性能、力学性能和路用性能的影响，得到一种综合性能最佳的UHPC罩面材料。最后通过有限元方法研究UHPC、沥青混凝土和普通混凝土等3种罩面材料对旧混凝土路面裂缝扩展的影响，为旧混凝土路面加铺UHPC罩面提供理论依据。主要研究内容与结论如下： （1）UHPC配合比设计。根据MAA模型设计UHPC罩面材料配合比，再利用二次饱和D优化方法建立水泥、硅灰、石英粉、石英砂、减水剂对UHPC湿堆积密实度的数值模型，验证MAA设计配合比的合理性，并发现各组分对UHPC最大湿堆积密实度的影响规律：减水剂＞硅灰＞石英砂＞水泥＞石英粉，最终确定UHPC最佳配合比为硅灰206kg/m3、水泥618kg/m3、石英粉412kg/m3、石英砂824kg/m3、水181kg/m3、减水剂23kg/m3。 （2）研究钢纤维的体积掺量对UHPC的工作性能、力学性能和路用性能的影响。试验结果表明，随着钢纤维体积掺量增加，UHPC扩展度略有降低，但适量的钢纤维能够显著增强UHPC力学性能和路用性能。当钢纤维掺量为3%时，弯曲韧性指标和断裂能分别较未掺钢纤维时平均提高31.6倍和61倍；28d的干燥收缩率较未掺钢纤维时下降56%；UHPC罩面材料磨耗值随钢纤维掺量的增加呈先减小后增大的趋势，钢纤维掺量为2%时，磨耗值最小，较未掺钢纤维降低36%；剪切粘结强度随钢纤维掺量增加呈现先增大后减小的趋势，当钢纤维掺量为2%时，UHPC剪切粘结强度达到最大，28d剪切粘结强度为10.5MPa。其次，当钢纤维掺量为≤2%时，28d抗压强度和抗折强度最高可达135.3MPa和24.5MPa，分别较未掺钢纤维时提升31.4%和75%，弹性模量最高为40.5GPa，较未掺钢纤维时提升6.5%,冲击初裂与终裂能量差值为499.8kN·m，较未掺钢纤维对照组大4.7倍。当钢纤维掺量gt;2%时，增长速率则逐渐减缓。综合试验结果分析，当钢纤维掺量为2%时，UHPC罩面材料综合性能最佳。 （3）建立路面结构有限元模型，模拟加铺UHPC罩面层、沥青混凝土罩面层和普通混凝土罩面层对旧水泥混凝土路面裂缝扩展影响。结果发现，加铺UHPC罩面材料更能有效延缓旧混凝土路面裂缝扩展，且随着罩面层厚度增加，抗裂效果逐渐增强。 |
| 作者： | 许松 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 凌天清 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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