湖南大学硕士学位论文活性粉末混凝土受压应力应变全曲线的研究姓名：谭彬申请学位级别：硕士专业：指导教师：黄政宇20070626活性粉末混凝土受压应力应变全曲线的研究II摘 要活性粉末混凝土的单轴受压应力应变关系是 RPC 最基本的物理力学性能，是研究混凝土结构承载力和变形的主要依据，也是分析构件极限承载力和进行非线性全过程分析时必不可少的材料本构模型的基础，通过单轴受压试验可以为 RPC结构设计提供基本的力学参数。针对国内目前对活性粉末混凝土的应力应变曲线研究不多的情况，同时配合活性粉末混凝土的推广应用，对其应力应变全曲线进行了研究。为了成功地测得 RPC 受压的应力应变全曲线，首先分析了已有试验方法的优劣，在试验研究和数据分析的基础上找出了一套适合自己用的试验方法，制作了刚性辅助架、变形测量架等试验装置，采用数据采集仪，在试验过程中不断总结压力试验机的操作方法，成功地测出了 RPC 受压的应力应变曲线。根据水胶比和钢纤维体积掺量的变化设计了多种配合比，并测得其应力应变全曲线。计算出全曲线的特征值，分析了特征值随水胶比和钢纤维体积掺量的变化规律，从而根据水胶比和钢纤维体积掺量的变化总结出不同配合比的 RPC 应力应变全曲线的关系。对全曲线的上升段和下降段进行了分段拟合，提出了一个形式较为简单、物理意义明显且具有一定实用性的数学表达式。对试验数据的拟合结果表明，该公式参数求解简便，拟合结果满足工程精度要求，具有一定的实用价值。测得了 RPC 在反复加载作用下的受压应力应变全曲线，并与单调加载曲线进行了对比，结果表明，反复加载曲线的包络线与单调加载曲线的形状基本一致，即加载方式对全曲线的形状影响不大。关键词：钢纤维；水胶比；活性粉末混凝土；应力应变全曲线；特征参数硕士学位论文IIIAbstractThe properties of Reactive Powder Concrete under uniaxial compression are thebasis physical and mechanical properties, is the essential basis to study bearingcapacity and deformation of concrete, is the foundation of materials constitutivemodel to analysis ultimate load-carrying capacity of members and nonlinear analysis,it can provide the basis mechanical parameters for structural design. However, there islittle research on stress-strain curves of Reactive Powder Concrete. For the extensionof Reactive Powder Concrete, did some research on stress-strain curves of RPC.In order to obtain the stress-strain curves of Reactive Powder Concrete underuniaxial compression successfully, first analyzed the virtues and defects of the testmethod that already exist, and found a test method that suits this experiment on thebasis of experimental study and data analysis, made the rigid auxiliary frame and thedeformation test frame, using the advanced data gathering instrument，finally obtainthe stress-strain curves successfully.This article design many mixture proportion according to the variation of water-cement ratio and content of steel fiber, and obtained the Stress-strain curves of them,computed the characteristics of the curves, analyzed the relationships betweencharacteristics and water-cement ratio, summarized the relationship between stress-strain curves of different mixture proportions and water-cement ratio together withcontent of steel fiber.Fitting rising stages and softening stages of stress-strain curves separately,proposed a mathematical expression that has simple form, obvious physical meaningand utility. Through fitting the test data, the results shows that the mathematicalexpression can satisfy project precisions request, has come practical value.Obtained stress-strain curves of RPC under cyclic loading, and compared withstress-strain curves under monotonic loading. The results shows that the shape ofstress-strain curves under cyclic loading and the stress-strain curves under monotonicloading are similar.Key words: steel fiber; water-cement ratio; Reactive Powder Concrete; stress-strain curves;characteristic parameter硕士学位论文I湖湖 南南 大大 学学位论文原创性声明学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在_年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相应方框内打“” ）作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日硕士学位论文1第 1 章 绪论1.1 本文研究的背景1.1.1 活性粉末混凝土的研究概况从 19 世纪 20 年代波特兰水泥问世直到 20 世纪 70 年代，以硅酸盐水泥为胶凝材料的混凝土成为土木建筑工程的主要结构材料，但在工程实际应用的强度通常只有 3040MPa。为满足人们建设大型和超大型结构物，发展高强度、低渗透性的混凝土材料便成为混凝土界研究者多年来追求的目标。随着 20 世纪 70 年代高效减水剂的发展，促进了混凝土在较低的水灰比条件下密实成型而获得较高强度(60MPa)的水泥基复合材料，即高强混凝土(HighStrength Concrete.HSC)的发展。其后，一些优质活性矿物细粉超细粉如硅灰、沸石粉等掺入混凝土，使水泥水化产物中的 Ca(OH)2减少而水化硅酸钙凝胶增多，同时改善了混凝土的孔结构并降低了孔隙率，特别是改善了混凝土最薄弱环节粗集料界面的结构，致使混凝土不仅力学强度提高而且在诸多方面的耐久性增强，即高性能混凝土(High Performance Concrete.HPC)，如均匀分布超细颗粒密实体系(densified system containing homogenously arranged ultrafine particle,DSP)、无宏观缺陷水泥材料(macrodefect free cement,MDF)1,2等。高性能混凝土有较高的抗压强度和耐久性，可以解决普通混凝土结构存在的自重大、耐久性低的缺点。但大量的研究和工程应用表明，高性能混凝土尚有许多亟待解决的问题：一是高性能混凝土的高脆性，且强度越高脆性越显著，严重影响了结构的抗震性能，必须通过配筋来提高结构的延性，而大量配筋不仅降低了高性能混凝土的经济效益，同时又带来施工浇筑的困难；二是高性能混凝土的抗火性能较差，高温下素混凝土试件常常发生爆裂现象，且随过火温度升高，混凝土的抗压强度急剧下降，影响结构的抗火性能；三是由于高性能混凝土水灰比较低，往往产生较大的收缩变形，使结构过早地出现裂缝，影响了结构的正常使用和耐久性。上述问题的存在一定程度上阻碍了高性能混凝土的进一步推广应用，发展出具有高强度、高耐久性和高抗灾性能的混凝土结构，达到适用性和经济效果的最佳，成为广大工程技术人员梦寐以求的目标。随着混凝土强度的不断提高，混凝土的固有弱点一抗拉强度低(仅为抗压强度的 1/10)、韧性差等愈益突出。为此，在水泥基材料中掺加抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的各种纤维(金属纤维、无机纤维或有机纤维)作为增强材料而活性粉末混凝土受压应力应变全曲线的研究2形成水泥基复合材料，即纤维增强混凝土(Fiber Reinforced Concrete，FRC)，其中纤维材料可以约束水泥基体中裂缝的扩展，使混凝土具有较高的抗拉和抗弯强度、良好的韧性及延性，混凝土的优势得到进一步发挥34。高强混凝土实践证明：骨料粒径的细化有助于复合材料内部结构均匀化而强度提高。纤维混凝土工程经验表明：较大的粗骨料使纤维的“架桥”作用受到限制。因此，法国的布伊格(BOUYGUES)科学部以皮埃尔里查德(Pierre Richard)为首的研究组采用“高致密水泥基均匀体系”(DSP)模型，集高强混凝土、高性能混凝土和纤维混凝土之优势于一体，将粗骨料剔除，根据最紧密堆积原理，用最大粒径为400600m的石英砂为骨料，掺入适量短纤维和活性矿物掺合料，配以成型施压、热处理养护等制备方法，得到强度和其它性能优异的活性粉末混凝土，其抗压强度可达200800 MPa，断裂能达到40kJ/m2。该材料申报了专利，并在1994年美国混凝土学会旧金山春季会议上首次公开，随后各国科技工作者相继开展了深入的研究和开发，使之不断完善。1998年8月在加拿大魁北克省Sherbrooke大学召开了第一次有关