定向钢纤维增强水泥基复合材料轴拉力学性能研究

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1、分类号：TU528.57密级：公开UDC：624编号：201431603031河北工业大学硕士学位论文定向钢纤维增强水泥基复合材料轴拉力学性能研究论文作者：葛志明学生类别：全日制学位类别：工程硕士领域名称：建筑与土木工程指导教师：慕儒职称：正高级工程师资助基金项目：国家自然科学基金资助项目（51578208）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofArchitectureandCivilEngineeringSTUDYONUNIAXIALTENSILEMECHANICALPROPERTIES

2、OFALIGNEDSTEELFIBERREINFORCEDCEMENTITIOUSCOMPOSITESbyGeZhimingSupervisor:ProfessorMuRuMay2017ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(Nos.51578208)摘要将钢纤维均匀掺入到混凝土中可有效起到增强、增韧的作用，进而改善混凝土抗拉强度低、脆性大、易开裂的缺点。钢纤维在基体中的分布方向影响其增强、增韧的效应，从而影响钢纤维增强水泥基复合材料的抗拉力学性能。定向钢纤维增强水泥基复合材料内钢纤维按一定规律排列，当钢纤

3、维分布方向与受拉方向一致时，其增强、增韧效应最大，材料的抗拉性能有明显提高。目前，关于定向钢纤维增强水泥基复合材料抗拉性能的研究鲜有报道，为此，本文通过开展单轴拉伸试验定量研究了定向钢纤维增强水泥基复合材料的抗拉性能，具体研究工作及成果如下：(1)自行设计并制备不同纤维掺量、纤维类型和基体强度的定向及普通乱向钢纤维水泥砂浆试件，其中定向钢纤维水泥砂浆试件的制备通过施加外部匀强磁场实现钢纤维在新拌水泥砂浆中的定向控制，使纤维方向趋向与受拉方向一致。(2)采用改进的粘钢法进行轴拉试验，获得不同因素下定向及普通乱向钢纤维水泥砂浆试件轴拉应力—应变全曲线。对比研究了定向及普通乱向钢纤维水泥砂浆的轴

4、拉性能，定量分析了纤维掺量、纤维类型、基体强度对轴拉性能的影响。研究表明，定向钢纤维水泥砂浆的轴拉强度和韧性均高于普通乱向钢纤维水泥砂浆，且轴拉韧性提高显著；定向及普通乱向钢纤维水泥砂浆的轴拉性能随着纤维掺量和基体强度的提高而提高，且定向钢纤维水泥砂浆轴拉性能提高的幅度大于普通乱向钢纤维水泥砂浆；异型钢纤维（波浪型、端钩型）水泥砂浆的轴拉性能高于圆直型钢纤维水泥砂浆，且纤维定向使异型钢纤维的优势作用更加明显。(3)基于数字图像相关方法测量了钢纤维水泥砂浆试件表面的全场应变分布，揭示了轴拉荷载作用下试件损伤断裂的演变规律。研究表明，钢纤维水泥砂浆试件的受拉损伤断裂存在单缝开裂和多缝开裂，当水

5、灰比达到0.32，纤维掺量达到2.0%时，定向钢纤维水泥砂浆试件出现了明显的多缝开裂现象。(4)基于纤维增强水泥基复合材料单轴拉伸模型分析研究了水泥基复合材料中定向分布钢纤维的桥联应力，进而研究了定向钢纤维增强水泥基复合材料拉伸软化曲线，通过试验曲线与模型预测曲线的对比验证了模型的合理性和适用性。关键词：定向钢纤维增强水泥基复合材料；单轴拉伸；应力—应变全曲线；数字图像相关方法；桥联应力IABSTRACTAddingsteelfiberintoconcretecangiveplaytoitsstrengtheningandtougheningeffectandovercometheshor

6、tcomingsoflowtensilestrength,highbrittlenessandeasy-crackingsignificantly.Thedistributiondirectionofsteelfiberinthematrixhasagreatimpactontheeffectofstrengtheningandtoughening,accordingly,itinfluencestensilemechanicalpropertiesofsteelfiberreinforcedcementitiouscomposites.Steelfibersarearrangedacco

7、rdingtoacertainruleinalignedsteelfiberreinforcedcementitiouscomposites(ASFRC),themosteffectivestateofstrengtheningandtougheningisthatthefiberorientationissametotheorientationoftheprincipaltensilestress,andthetens