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原文传递混掺纤维UHPC材料性能及路面结构力学响应研究

论文题名：	混掺纤维UHPC材料性能及路面结构力学响应研究
关键词：	UHPC;玄武岩纤维;钢纤维;材料性能;路面结构力学响应;有限元
摘要：	随着交通运输业的迅速发展，重载及超载现象日益普遍，伴随着道路病害也愈发严重，因此探索新型的路面材料及结构形式具有重要意义。超高性能混凝土（Ultra-HighPerformanceConcrete，简称UHPC）是一种新型水泥基复合材料，具有超高的力学强度和优异的耐久性。相比于普通混凝土路面，UHPC能有效降低重载交通导致的路面早期破坏，延长路面的使用寿命，减少后期的养护成本。玄武岩纤维（BasaltFiber，简称BF）作为一种新型环保材料，具有成本低、强度高、耐腐蚀等优点，在混凝土中可起到增强增韧的作用，已在道路工程中得以应用。由于UHPC中钢纤维（SteelFiber，简称SF）成本高、自重大且易生锈，限制其在实际工程中普遍应用。基于此，本文在保证UHPC优良性能的前提下，将钢纤维部分替换为玄武岩纤维，混掺增强UHPC，将其应用于需承担重载交通的应急通道和抢险项目中。　　以UHPC基体为对照组，通过扩展度及扩展时间试验，表观密度试验，抗折、抗压、劈裂抗拉试验，静、动弹性模量试验，干缩、断裂韧性及冲击韧性试验等室内试验，研究玄武岩纤维与钢纤维单掺及混掺对UHPC工作性能、力学性能、耐久性及韧性的影响，然后借助ABAQUS有限元软件建立了混掺纤维UHPC路面结构三维有限元模型，探究不同车辆荷载大小及作用位置、钢筋网密度、面层几何尺寸、面层及基层弹性模量等因素对路面结构的力学响应规律，最后通过五因素五水平正交实验及回归分析推导出车辆荷载应力回归公式。主要研究结果如下：　　（1）纤维掺量越大，UHPC流动性越差，当2.0%的钢纤维与0.3%的玄武岩纤维混掺时，扩展度达到最低值，仅为410mm，相较于UHPC基体降低了43.0%；玄武岩纤维与钢纤维混掺可有效提高UHPC的抗折和劈裂抗拉强度，对抗压强度增强作用不明显，当0.1%的玄武岩纤维分别与1.5%和2.0%的钢纤维混掺时，抗折强度和劈裂抗拉强度较UHPC基体分别提高了113.3%和104.1%；当2.0%的钢纤维与0.1%~0.2%的玄武岩纤维混掺时可产生正混掺效应，基本力学性能提升效果最好。　　（2）玄武岩纤维与钢纤维混掺对UHPC韧性的增强作用优于单掺玄武岩纤维和单掺钢纤维，且可有效抑制UHPC的干燥收缩。当0.2%的玄武岩纤维与1.75%的钢纤维混掺时，UHPC的干燥收缩最低，以28d干燥收缩为例，相较于UHPC基体、单掺玄武岩纤维及单掺钢纤维分别降低了59%、48.3%和24.2%；当0.3%的玄武岩纤维与2.0%的钢纤维混掺时，失稳韧度相较于UHPC基体、单掺玄武岩纤维及单掺钢纤维分别提高了3.24倍、2.39倍和43.9%；当0.1%的玄武岩纤维和1.5%的钢纤维混掺时，冲击韧性较UHPC基体、单掺玄武岩纤维及单掺钢纤维分别提高了95倍、6.3倍和55%。　　（3）面层厚度、面板长度、钢筋网密度以及车辆轴载对混掺纤维UHPC路面层底拉应力的影响最大；增加面层厚度、面板长度和钢筋网密度均可有效降低层底拉应力；增加面层厚度和钢筋网密度可有效减小面层竖向位移；在标载作用下，当面层厚度为9cm时，应力与位移较3cm厚度减小了116.7%；当铺设加密钢筋网时，应力与位移较未加密时减小了25.0%和28.3%；当面层厚度为9cm、面板长度为24m时，面层层底最大拉应力较最不利情况下减小了59.1%；UHPC面层层底拉应力和竖向位移的临界荷位分别位于纵缝边缘中部和板角处。
作者：	李毅涛
专业：	交通运输
导师：	吴进良
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023