超高性能混凝土抗拉及抗折强度预测方法技术

本发明专利技术提供了一种超高性能混凝土抗拉强度和抗折强度的预测方法，包括以下步骤：S1选用基体和纤维，确定其体积掺量；取得纤维长度和直径；S2取得基体和纤维抗拉强度；S3将步骤S1和S2代入超高性能混凝土抗拉强度方程；S4考虑纤维各因素影响，修正超高性能混凝土抗拉强度；S5计算超高性能混凝土抗折强度。本发明专利技术基于复合材料理论，以混凝土理想状态为基础，考虑纤维分散和取向、纤维掺量等参数影响，推算不同组成超高性能混凝土的抗拉和抗折性能，与实际测量数值符合度良好，为估算工程参数提供了简洁有效的方法、节约时间、降低成本，还为阐明纤维对超高性能混凝土增强增韧作用机理、结构设计计算及应用提供理论依据和参考。构设计计算及应用提供理论依据和参考。构设计计算及应用提供理论依据和参考。

【技术实现步骤摘要】
超高性能混凝土抗拉及抗折强度预测方法


[0001]本专利技术涉及超高性能混凝土
，特别是涉及一种基于复合材料理论的超高性能混凝土抗拉与抗折强度的预测方法。

技术介绍

[0002]超高性能混凝土(Ultra
‑
High Performance Concrete，英文缩写UHPC)是一种具有超高抗压强度、高韧性、优异的耐久性的低水胶比新型复合材料，能很好的满足土木工程快速装配、结构大型化、轻量化、长寿化甚至低碳化等的需求。为了保证超高性能混凝土具有较高的抗拉/抗折强度和韧性，通常需掺入1.5％
‑
4％左右的钢纤维，钢纤维的掺入可以显著提高超高性能混凝土的峰值抗拉/抗折强度、残余强度和韧性。
[0003]超高性能混凝土是一种典型的多相多尺度复合材料，在直拉和弯拉应力作用下其力学性能受基体强度、纤维特性(如纤维长度、直径等)、纤维在硬化后基体中的分散与取向、纤维的掺量、纤维
‑
基体粘结性能等复杂因素的影响，很难预测。而大批量的试验、测试不仅增加劳力和成本，而且费时费力；同时，超高性能混凝土原材料的多样性、影响因素的复杂性和动态性给超高性能混凝土的力学性能及结构设计分析带来更大挑战。
[0004]目前，关于超高性能混凝土的抗拉及抗折强度预测方法的专利暂未见任何报导。仅有CN113536208公开了基于多缝开裂理论的纤维混凝土变形特性预测方法，该专利提供一种考虑纤维最大桥接应力、裂缝间距、裂缝平均宽度等参数影响的纤维混凝土材料双折线受拉本构关系。但是，跟普通纤维增强混凝土比，超高性能混凝土因其低水胶比、高密实度及纤维掺量等特征，在内部组成和结构上比普通纤维增强混凝土复杂得多；同时，纤维在混凝土中属于随机乱向分布，其裂缝间距、裂缝平均宽度等参数与纤维混凝土的纤维掺量、纤维分散特性等密切相关，因此CN113536208中的方法无法成功预测超高性能混凝土的抗拉及抗折强度。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种考虑纤维分散性、基体强度、纤维
‑
基体粘结强度等参数的超高性能混凝土抗拉和抗折强度的预测方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种超高性能混凝土抗拉与抗折强度的预测方法，包括以下步骤：
[0008]S1选用并记录基体和纤维类型，确定基体体积掺量，记为V
m
；确定纤维体积掺量，记为V
f
；取得纤维的长度和横截面直径，分别记为l
f
，d
f
；纤维市售可得，厂家提供长度和直径；也可直接测量得到；
[0009]S2取得基体抗拉强度记为σ
tm
；取得纤维抗拉强度记为σ
tf
；
[0010]S3将步骤S1和S2数据代入基于复合材料理论的超高性能混凝土抗拉强度方程：
[0011]σ
tc
＝σ
tm
V
m
+σ
tf
V
f
＝σ
tm
(1
‑
V
f
)+σ
tf
V
f
[0012]式中：σ
tc
为纤维增强水泥基材料的抗拉强度，MPa；σ
tm
为基体的抗拉强度，MPa；V
m
为
基体体积掺量；V
f
为纤维体积掺量；σ
tm
为基体的抗拉强度，MPa；σ
tf
为纤维的抗拉强度，MPa；所述超高性能混凝土为由水泥基材料基体和纤维组成的复合材料，超高性能混凝土的抗拉应力为基体和纤维承担的拉力之和；所述水泥基材料基体包括水泥、辅助性胶凝材料和细骨料；
[0013]以上方程成立条件：
[0014](1)纤维连续均匀分布，并与混凝土受力方向一致；
[0015](2)纤维与基体粘结完好，即两者产生相同应变，无任何相对移动；
[0016](3)纤维与基体均呈弹性变形，横向变形相等；
[0017]实际中超高性能混凝土中的纤维状态与上述理想状态不符合，大量试验、测试证明，纤维在混凝土基体中的破坏形式一般为拔出破坏和拔断破坏；微细纤维在混凝土中通常为三维乱向分布，破坏形式与诸多因素有关，包括纤维类型、纤维分散与取向、纤维
‑
基体粘结性能等。
[0018]S4考虑纤维拉力之和受纤维取向、纤维长度和纤维
‑
基体的粘结性影响，采用纤维折减系数η修正超高性能混凝土抗拉强度为：
[0019]σ
tc
＝σ
tm
(1
‑
V
f
)+ησ
tf
V
f
[0020]式中：σ
tc
为纤维增强水泥基材料的抗拉强度，MPa；σ
tm
为基体的抗拉强度，MPa；V
m
为基体体积掺量；V
f
为纤维体积掺量；σ
tm
为基体的抗拉强度，MPa；σ
tf
为纤维抗拉强度，MPa；纤维销售厂家提供，也可测量得到；η为纤维折减系数；
[0021]S5计算超高性能混凝土抗折强度：所述超高性能混凝土抗折强度和抗拉强度存在以下线性关系：σ
fc
＝ασ
tc
[0022]式中：α为抗折强度与抗拉强度的比值，取值2.0；σ
tc
为纤维增强混凝土抗拉强度，MPa；σ
fc
为纤维增强混凝土抗折强度，MPa。
[0023]前述超高性能混凝土抗拉与抗折强度的预测方法：
[0024]步骤S4中，所述折减系数η表示为：
[0025]η＝η
l
η
θ
[0026]式中：η
l
为纤维长度系数；η
θ
为纤维方向分布系数，取值0.5；
[0027]混凝土拉拔试验取得纤维折减系数η步骤如下：
[0028]A.取得纤维
‑
基体粘结强度，计算纤维临界长度；所述纤维临界长度l
fcrit
表示为：
[0029][0030]式中：σ
tf
为纤维抗拉强度，MPa；d
f
为纤维直径，mm；τ为纤维与基体间的粘结强度，MPa；
[0031]B.比较纤维长度和纤维临界长度，根据理论计算和试验结果判定纤维破坏形式；
[0032]C.根据纤维破坏形式确定纤维长度系数η
l
：
[0033]纤维长度l
f
小于/等于纤维临界长度l
fcrit
为拔出破坏；η
l
表示为：
[0034]当
[0035]纤维长度l
f
大于纤维临界长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高性能混凝土抗拉与抗折强度的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1选用并记录基体和纤维类型，确定基体体积掺量，记为V
m
；确定纤维体积掺量，记为V
f
；测量所用纤维的长度和横截面直径，分别记为l
f
，d
f
；S2取得基体抗拉强度记为σ
tm
；取得纤维抗拉强度记为σ
tf
；S3将步骤S1和S2数据代入基于复合材料理论的超高性能混凝土抗拉强度方程：σ
tc
＝σ
tm
V
m
+σ
tf
V
f
＝σ
tm
(1
‑
V
f
)+σ
tf
V
f
式中：σ
tc
为纤维增强水泥基材料的抗拉强度，MPa；σ
tm
为基体的抗拉强度，MPa；V
m
为基体体积掺量；V
f
为纤维体积掺量；σ
tm
为基体的抗拉强度，MPa；σ
tf
为纤维的抗拉强度，MPa；所述超高性能混凝土为由水泥基材料基体和纤维组成的复合材料，超高性能混凝土的抗拉应力为基体和纤维承担的拉力之和；所述水泥基材料基体包括水泥、辅助性胶凝材料和细骨料；S4考虑纤维拉力之和受纤维取向、纤维长度和纤维
‑
基体的粘结性影响，采用折减系数η修正超高性能混凝土抗拉强度为：σ
tc
＝σ
tm
(1
‑
V
f
)+ησ
tf
V
f
式中：σ
tc
为纤维增强水泥基材料的抗拉强度，MPa；σ
tm
为基体的抗拉强度，MPa；V
m
为基体体积掺量；V
f
为纤维体积掺量；σ
tm
为基体的抗拉强度，MPa；σ
tf
为纤维的抗拉强度，MPa；η为纤维折减系数；S5计算超高性能混凝土抗折强度：所述超高性能混凝土抗折强度和抗拉强度存在以下线性关系：σ
fc
＝ασ
tc
式中：α为抗折强度与抗拉强度的比值，取值2.0；σ
tc
为纤维增强混凝土抗拉强度，MPa；σ
fc
为纤维增强混凝土抗折强度，MPa。2.根据权利要求1所述超高性能混凝土抗拉与抗折强度的预测方法，其特征在于：步骤S4中，所述折减系数η表示为：η＝η
l
η
θ
式中：η
l
为纤维长度系数；η

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泽媚，史才军，胡翔，欧阳雪，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：