钢纤维-二元骨料体系填充密度预测模型构建方法及应用技术

本发明专利技术涉及混凝土，公开了钢纤维

【技术实现步骤摘要】
钢纤维
‑
二元骨料体系填充密度预测模型构建方法及应用


[0001]本专利技术涉及混凝土，具体涉及钢纤维
‑
二元骨料体系填充密度预测模型构建方法及应用。

技术介绍

[0002]混凝土可以简单地视为浆体与固体骨架的组合，其中，浆体除了包裹固体骨架并为其提供一定浆体层厚外，还需要填充固体骨架的空隙。固体骨架的空隙越大，需要用于填充空隙的浆体更多，从而导致包裹和润滑固体骨架的浆体更少，从而影响到混凝土的新鲜和硬化性能。填充密度是指骨架颗粒体系的固体体积占容器总体积的相对值，填充密度与空隙率的和即为1。因此，预测固体骨架的填充密度对于混凝土的配合比设计具有前瞻性和实用性的影响。
[0003]为了克服传统混凝土材料抗拉性能低、变形能力弱的缺陷，可以在混凝土基体中添加适量的纤维增强材料从而得到具有较高抗拉性能、抗裂性能和耐久性能的纤维增强混凝土。钢纤维因其优良的力学性能和较低的价格被广泛用作纤维增强材料。然而，钢纤维会对骨料颗粒的堆积体系产生扰动，颗粒之间的空隙会大幅增加，从而致使更多的浆体用于填充骨料间的空隙，纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钢纤维
‑
二元骨料体系填充密度预测模型构建方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、获得建模基本参数：根据钢纤维
‑
二元骨料体系中钢纤维的几何尺寸将钢纤维分成k类，k＝1、2，k1＝1表示单掺钢纤维或两种钢纤维混掺时的细纤维，k2＝2表示两种钢纤维混掺时的粗纤维；根据骨料的粒径尺寸将骨料划分成i个粒径区间，i＝1、2，i＝1表示二元骨料中的粗颗粒骨料，i＝2表示二元骨料中的细颗粒骨料；将钢纤维视作同体积的虚拟球体颗粒，计算每一类钢纤维的虚拟球体粒径d
f
‑
eq
(k)；将d
f
‑
eq
(k)与不同骨料的特征粒径D
i
相除，得到每一类钢纤维与不同骨料的虚拟粒径比s
eq
(i,k)；根据s
eq
(i,k)，按纤维扰动体积法计算每一类钢纤维中单根钢纤维对周边不同骨料的扰动体积V
p
(i,k)；根据钢纤维
‑
二元骨料体系中每一类钢纤维的体积掺量V
F
(k)及相应几何尺寸，计算每一类钢纤维的根数N
F
(k)；将钢纤维对不同骨料的虚拟粒径比的乘积的平方根定义为钢纤维对二元骨料的二元纤粒比SS
k
，按公式(1
‑
1)计算第k类钢纤维对二元骨料的二元纤粒比SS
k
：SS
k
＝(s
eq
(1,k)
·
s
eq
(2,k))
1/2
ꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
1)式中：s
eq
(1,k)为第k类钢纤维对粗骨料的虚拟粒径比，s
eq
(2,k)为第k类钢纤维对细骨料的虚拟粒径比；将钢纤维
‑
二元骨料体系中各类钢纤维的体积与相应二元纤粒比SS
k
的乘积之和定义为钢纤维混杂因子Q，按公式(1
‑
2)计算钢纤维混杂因子Q：式中：Q为钢纤维混杂因子，V
F
(k)为第k类钢纤维的体积掺量，100
·
V
F
(k)表示100体积份钢纤维
‑
二元骨料体系中第k类钢纤维的体积；S2、确定扰动作用系数Δ
i
：根据各类钢纤维中单根钢纤维对不同骨料的扰动体积V
p
(i,k)以及相应类钢纤维的根数N
F
(k)，按公式(2
‑
1a)或(2
‑
1b)得到钢纤维对不同骨料的扰动作用系数Δ
i
；对于单掺钢纤维，扰动作用系数Δ
i
按公式(2
‑
1a)计算：Δ
i
＝1
‑
[V
F
(k)+N
F
(k)
·
V
p
(i,k)]
ꢀꢀꢀꢀ
(2
‑
1a)；式中：Δ
i
为所有钢纤维对第i个粒径区间骨料的整体的扰动作用系数，V
p
(i,k)为单根第k类钢纤维对周边第i个粒径区间骨料的扰动体积，N
F
(k)为第k类钢纤维的根数；对于两种钢纤维混掺，扰动作用系数Δ
i
按公式(2
‑
1b)计算：式中：k1＝1表示单掺钢纤维或两种钢纤维混掺时的细纤维，k2＝2表示两种钢纤维混掺时的粗纤维；S3、确定虚拟残余填充密度β
′
i
：
测量不同骨料的实际残余填充密度α
i
，根据骨料的不同压实条件，按公式(3
‑
1)计算在钢纤维扰动作用下不同纯骨料的虚拟残余填充密度β
′
i
：式中：β
′
i
为在钢纤维扰动作用下第i个粒径区间骨料的虚拟残余填充密度，α
i
为第i个粒径区间骨料的实际残余填充密度，S4、确定实测的相互作用系数选择钢纤维种类、二元骨料的粒径范围，按公式(1
‑
2)确定对应的钢纤维混杂因子Q，调整钢纤维、骨料的掺杂比例，进行l个钢纤维
‑
二元骨料体系堆积试验，得到l个与Q对应的实测填充密度Φ
real
；将实测填充密度Φ
real
代入现有CPM模型的填充密度预测模型(4
‑
1)、(4
‑
2)中，同时根据S3所得β
′
i
将模型简化为Φ
real
随y
j
变化的方程组，然后采用回归分析法对该方程组进行拟合，得到与钢纤维混杂因子Q对应的一组实测相互作用系数方程组进行拟合，得到与钢纤维混杂因子Q对应的一组实测相互作用系数方程组进行拟合，得到与钢纤维混杂因子Q对应的一组实测相互作用系数式中：Φ为在钢纤维扰动作用下单掺钢纤维
‑
二元骨料体系的预测填充密度，K为二元骨料的压实系数，K
i
为第i个粒径区间骨料的压实系数，y
i
为堆积试验时二元骨料中第i个粒径区间骨料的体积占比，β
i
为在钢纤维扰动作用下第i个粒径区间骨料的虚拟残余填充密度，β
j
为细骨料颗粒的虚拟残余填充密度，γ
i
为第i个粒径区间骨料的虚拟填充密度，a
ij
、b
ij
为相互作用系数，其中a
ij
为松动效应系数、b
ij
为壁效应系数，y
j
为二元骨料中细骨料颗粒的体积占比；对于二元骨料，i＝1、2；i<j，j＝1、2，n＝2；调整钢纤维种类、二元骨料的粒径范围，得到m个(m≥10)钢纤维混杂因子Q，按上述方式开展m
×
l个钢纤维
‑
二元骨料体系堆积试验，得到m
×
l个实测填充密度Φ
real
，将m
×
l个Φ
real
代入现有CPM模型的填充密度预测模型(4
‑
1)、(4
‑
2)中，拟合得到与m个钢纤维混杂因子Q对应的m组实测相互作用系数S5、建立相互作用系数的修正计算公式：采用修正系数P
a
、P
b
对现有CPM模型中的相互作用系数a
ij
、b
ij
计算公式进行修正，建立单、混掺钢纤维
‑
二元骨料体系的相互作用系数a
′
ij
、b
′
ij
的修正计算公式(5
‑
1)、(5
‑
2)：
式中：a
′
ij
、b
′
ij
为修正后的相互作用系数，其中a
′
ij
为修正后的松动效应系数、b
′
ij
为修正后的壁效应系数；P
a
、P
b
为相互作用系数的修正系数，y
j
为堆积试验时细骨料颗粒占二元骨料颗粒的体积分数，β
i
′
为在钢纤维扰动作用下第i个粒径区间骨料的虚拟残余填充密度，β
j
′
为细骨料颗粒的虚拟残余填充密度，e为堆积试验时二元骨料的空隙指数，和分别为e
‑
y
j
曲线在起点和终点处30％区间的线性段斜率；对于二元骨料，i＝1、2，i<j，j＝1、2，n＝2；S6、确定相互作用系数的修正系数P
a
、P
b
：将S4所得m组实测相互作用系数代入公式(5
‑
1)、(5
...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚琛杰，康磊，雷明锋，程明进，周中，
申请(专利权)人：湖南铁院土木工程检测有限公司，
类型：发明
国别省市：