聚合物脫揮機(jī)理

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鋼纖維聚合物混凝土與鞏固機(jī)理研究

鋼纖維聚合物混凝土與鞏固機(jī)理研究混凝土在土木工程中得到廣泛應(yīng)用，其抗壓性強，但抗拉性和抗裂性都較差，隨著建筑工程的不斷進(jìn)展，混凝土的抗壓強度也得到較大提高，其缺點也變的更加突出。為此，在混凝土中增加纖維材料形成復(fù)合材料的思想展現(xiàn)，摻入纖維之后的混凝土，從微觀角度提高了混凝土抗拉強度和極限延遲率，纖維混凝土是一種具有代表性的復(fù)合材料，其界面（纖維與基材之間的區(qū)域）主要舉行應(yīng)力的傳遞，界面粘結(jié)強度的處境直接影響符合混凝土的整理強度。界面應(yīng)力傳遞理論的研究主要包括界面應(yīng)力傳遞理論以及基于界面層的界面應(yīng)力傳遞理論[1]，Yue等[2]采用剪滯模型研究纖維聚合物混凝土的剪應(yīng)力分布，細(xì)致分析最大脫粘抽出力受界面力和界面摩擦力，并將理論模型和試驗結(jié)果舉行了比較，兩者的結(jié)果較為吻合；

Kim等[3]研究被圓柱形基體包圍的纖維的剪滯模型，計算了不粘片面和脫粘片面直接的軸向應(yīng)力，得到粘合和片面脫粘界面下纖維剪應(yīng)力計算公式；

鞏固金屬基復(fù)合材料所得的試驗結(jié)果一致。Starink等[4]研究單根圓柱纖維，推導(dǎo)復(fù)合聚合物材料的應(yīng)力狀態(tài)，建立新剪滯模型，并得出預(yù)報聚合物材料楊氏模量的新公式，通過研究察覺預(yù)報值較好的吻合不同長徑比纖維鞏固金屬材料；

Broutman等[5]采用有限元法計算界面層玻璃纖維聚合物界面應(yīng)力分布；

崔維成[6]和楊慶生[7]采用界面單元技術(shù)分析界面層的破壞過程，界面區(qū)域由于較薄，他們將界面元模擬為―個界面層，假設(shè)界面的剪切屈服處在夢想彈塑性階段，采用屈服應(yīng)力對界面的常摩擦力舉行模擬；

田穩(wěn)苓等[8]和曾濱[9]采用剪應(yīng)力理論推導(dǎo)了彎鉤形纖維的拔出載荷。研究察覺，基于鋼纖維聚合物混凝土的界面應(yīng)力的研究大片面只是分析應(yīng)力，無法精確的分析實際的符合材料，本文在前人的研究根基上采用數(shù)字圖像相關(guān)方法，結(jié)合單纖維拉拔試驗方法，分析鋼纖維聚合物混凝土的界面應(yīng)力傳遞原理，研究鋼纖維的體積率、長徑比以及纖維的排列處境對鋼纖維混凝土的增強作用。

1界面應(yīng)力傳遞機(jī)理采用數(shù)字光彈性測驗分析鋼纖維界面的剩余應(yīng)力，總結(jié)鋼纖維在混凝土中的應(yīng)力傳遞機(jī)理，為研究鞏固機(jī)理供給參考。

1.1直線形鋼纖維由圖1（a）可以看出在鋼纖維鄰近出現(xiàn)明顯的條紋，離著原理鋼纖維的距離的增加條紋的數(shù)量逐漸表少，說明應(yīng)力逐步表小，數(shù)字光彈法計得到的應(yīng)力等色線級數(shù)3D分布可以看出遠(yuǎn)離鋼纖維區(qū)域的級數(shù)逐步表小并趨向于零，鋼纖維端的條紋級數(shù)最高，表現(xiàn)為紅色。

1.2端鉤形鋼纖維由圖2（a）可以看出在鋼纖維以及彎鉤鄰近展現(xiàn)明顯的條紋，離著原理鋼纖維的距離的增加條紋的數(shù)量逐步表少，回響鋼纖維鄰近的應(yīng)力較為集中，數(shù)字光彈法計得到的應(yīng)力等色線級數(shù)3D分布可以看出鋼纖維端的條紋級數(shù)最高，表現(xiàn)為紅色，鋼纖維鄰近的應(yīng)力變化較為突出，說明該位置的應(yīng)力傳遞較快，傳遞的范圍較小。鉤形纖維在拔出時候消耗能量較大，纖維的抗拔才能較強，鋼纖維在外形變更的位置較輕易展現(xiàn)應(yīng)力集中，讓該位置的混凝土展現(xiàn)脫粘、開裂，鋼纖維彎折外形和角度的不同，應(yīng)力集中程度也會發(fā)生變化。

2鋼纖維混凝土的鞏固機(jī)理為研究鋼纖維混凝土的鞏固機(jī)理，本文從理論角度分析聚合物混凝土的力學(xué)模型，通過設(shè)計確定合作比的混凝土，參與不同體積率、長徑比鋼纖維以及在混凝土的排列處境，分析對混凝土的性能的影響。根據(jù)上述分析可知，長徑比是影響鋼纖維混凝土的重要因素之一，本文將對三維亂向分布的鋼纖維混凝土舉行力學(xué)分析。當(dāng)鋼纖維的長徑比為定值時，采用抗拔測驗得到的聚合物混凝土的力學(xué)性能如表1，隨著鋼纖維含量的增加，聚合物混凝土的力學(xué)性能都得較大的提高，這主要是由混凝土中鋼纖維讓混凝土的整體性鞏固，載荷分布更加平勻，減小了薄弱的截面上裂紋的展現(xiàn)，三維亂向分布的鋼纖維本身鞏固了混凝土的斷裂應(yīng)變。在舉行加載荷前期，鋼纖維聚合物混凝土共同承受荷載，能承受的荷載較大，隨著荷載的不斷增大到極限載荷，橫貫于裂紋中的界面粘結(jié)力持續(xù)傳遞應(yīng)力，使應(yīng)力達(dá)成重新分布，混凝土能夠持續(xù)承受荷載，載荷增加到破壞荷載的時候，鋼纖維與混凝土的界面破壞，鋼纖維被出或者拉斷，吸收了較大的能量。

本測驗還對鋼纖維的含量確定時，研究不同長徑比的鋼纖維配制聚合物混凝土的力學(xué)性能。由表2可得，在一致的鋼纖維的摻量時，聚合物混凝土的力學(xué)強度與長徑比成正比。鋼纖維長徑比相差不大，混凝土的力學(xué)強度較為接近，長徑比增加到88時，力學(xué)強度增加較為顯著，當(dāng)增加在100時，鋼纖維對混凝土的的鞏固效果下降，造成這種現(xiàn)象的理由是纖維的長度過長，施工中較為困難，達(dá)不到的夢想的效果，在實際工程中，盡量操縱鋼纖維長徑比在40~80之間。

3鋼纖維聚合物混凝土的界面應(yīng)力有限元分析在測驗的根基上，本文通過MARC有限元軟件分析直線形和端鉤形鋼纖維界面剩余剪應(yīng)力分布處境，在舉行有限元建模時候，假定鋼纖維與混凝土的粘結(jié)完好，荷載作用在鋼纖維上，方向與鋼纖維軸向重合。基體彈性模量為1GPa，泊松比為0.4，鋼纖維的彈性模量210GPa，泊松比0.3。模擬測驗過程，直線形鋼纖維的荷載為0～35N，鉤形纖維荷載為0～40N。3.1直線形鋼纖維界面應(yīng)力分析圖5（a）中鋼纖維的直徑為1mm并保持不變，當(dāng)鋼纖維埋入聚合物混凝土的長度改變后，有限元模擬的界面應(yīng)力具有好像的分布規(guī)律，界面應(yīng)力極值在鋼纖維埋入端和埋入末端，界面應(yīng)力最大值沒有隨著鋼纖維埋入長度的增加而發(fā)生很大的變化，但最大值的位置向鋼纖維中部移動。這說明鋼纖維在保持直徑不變的時候，纖維長度的變更對界面應(yīng)力的影響不大。圖5（b）鋼纖維埋入長度為17mm并保持不變，變更鋼纖維的直徑，界面應(yīng)力有限元數(shù)值模擬結(jié)果說明，鋼纖維直徑的增加，界面應(yīng)力極值在鋼纖維埋入端，界面應(yīng)力最大值沒有隨著直徑的變更而改變。彎鉤形鋼纖維界面應(yīng)力分析圖6（a）中鋼纖維的直徑為1mm并保持不變，當(dāng)彎鉤形鋼纖維埋入聚合物混凝土的長度變更后，有限元模擬的界面應(yīng)力具有好像的分布規(guī)律，應(yīng)力極值展現(xiàn)在鋼纖維埋入端和埋入末端彎折處，鋼纖維埋入長度的增加，界面應(yīng)力最大值變化較小，說明鋼纖維直徑不變，纖維長度的變更對界面應(yīng)力影響不大。圖6（b）中彎鉤形鋼纖維埋入長度為24mm并保持不變，變更鋼纖維的直徑，界面應(yīng)力最大值沒有隨著直徑的變更而變更。說明鋼纖維埋入長度不變，鋼纖維直徑對界面應(yīng)力影響不大。

4結(jié)論本文較為深入的從理論和試驗兩個角度分析鋼纖維聚合物混凝土的界面應(yīng)力傳遞與鞏固機(jī)理，結(jié)合單纖維拉拔試驗方法，研究鋼纖維的體積率、長徑比以及纖維的排列處境對鋼纖維混凝土的鞏固作用。根據(jù)得到的試驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，并結(jié)合相應(yīng)的理論研究成果，得出了以下主要的結(jié)論。（1）在直線形鋼纖維聚合物混凝土，界面應(yīng)力的最大值展現(xiàn)在埋入端位置，并沿著鋼纖維的埋入方向下降，在截面中部位置趨于零；

鉤形纖維在外形變更的位置較輕易展現(xiàn)應(yīng)力集中，端鉤形鋼纖維混凝土截面應(yīng)力在距離埋入端約1～2倍纖維直徑的位置達(dá)成極值，在中間位置接近零。（2）當(dāng)鋼纖維的長徑比為定值時，隨著鋼纖維含量的增加，聚合物混凝土的力學(xué)性能都得較大的提高；

在一致的鋼纖維的摻量時，聚合物混凝土的力學(xué)強度與長徑比成正比，在實際工程中