通过四点弯曲试验研究了钢纤维和PVA纤维混掺比例对超高性能混凝土(UHPC)弯曲性能的影响,利用数字图像相关(DIC)技术分析了UHPC的裂缝发展规律。结果表明:在混杂纤维总掺量(2.0%)不变的情况下,随着PVA纤维掺量的增加,UHPC的抗弯强度下降,峰值挠度基本先增大后减小,裂缝数量先增大后减小,裂缝分布均匀性先提升后降低;总体上,混杂纤维UHPC的弯曲性能比单掺钢纤维UHPC的弯曲性能好,钢纤维和PVA纤维混掺时的最佳掺量分别为1.6%和0.4%,此时,UHPC的抗弯强度降幅仅为1.99%,但峰值挠度、裂缝数量显著提高,裂缝分布均匀性明显提升。

研究了水胶比、粉煤灰和硅灰掺量、钢纤维对新拌超高性能混凝土(UHPC)工作性的影响,并对UHPC流变性进行了研究。结果表明:UHPC的流动性与流变性呈反比;增大水胶比和粉煤灰掺量,UHPC的流动性增大、黏度系数减小,而硅灰掺量对UHPC流动性的影响较小;掺入钢纤维会降低UHPC的流动性,而较短、较细的钢纤维对UHPC流动性的影响较大;UHPC的工作性随着成型后静置时间的延长而不断降低,每静置约1 h,其黏度系数增大约12.0~17.3 Pa·s。

研究了温度(20、170、220、270、320、500、750、1000℃)和加载率(0.5 kN/s、5.0 kN/s)对普通混凝土和钢纤维陶瓷骨料混凝土劈裂抗拉性能的影响。结果表明:高温下普通混凝土与钢纤维陶瓷骨料混凝土的劈裂抗拉强度均存在加载率强化效应;普通混凝土的劈裂抗拉强度在20~1000℃内总体表现为温度软化效应,其中,在170~220℃内以温度强化效应为主;钢纤维陶瓷骨料混凝土的劈裂抗拉强度表现出明显的温度软化效应;各温度下,钢纤维陶瓷骨料混凝土的的劈裂抗拉强度均高于普通混凝土,表现出良好的耐高温性能。

为提高钢纤维无筋盾构混凝土管片的力学性能,研究了钢纤维掺量(30 kg/m3、40 kg/m3、50 kg/m3)和长径比(0.8、0.7、0.6)对管片混凝土抗压强度、抗弯强度的影响。结果表明:在本文研究掺量范围内,管片混凝土抗压强度、抗弯强度均随钢纤维掺量的增加而提高;无筋盾构管片用C50混凝土的钢纤维推荐掺量为30~40 kg/m3,推荐长径比为0.8。

研究了矿渣粉掺量、硅灰掺量、钢纤维掺量和水胶比对超高性能混凝土(UHPC)工作性和力学性能的影响,并通过显著性分析探讨了各因素对UHPC性能的影响程度。结果表明:随着矿渣粉掺量的增加,UHPC的扩展度和28 d抗压、抗折强度均先增大后减小;随着硅灰掺量的增加,UHPC的扩展度和28 d抗压、抗折强度基本呈先增大后减小的趋势;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的扩展度降低,28 d抗压、抗折强度增大;随着水胶比的增加,UHPC的扩展度增大,28 d抗压、抗折强度先增大后减小;钢纤维掺量对UHPC力学性能的影响程度最大,水胶比对UHPC工作性的影响程度最大;综合考虑工作性和力学性能,自密实UHPC的最佳配合比为矿渣粉掺量20%、硅灰掺量12%、钢纤维掺量2.0%、水胶比0.18。

试验研究了钢纤维掺量(0、1%、2%)对超高性能混凝土(UHPC)收缩性能的影响,对比分析了5种常用的混凝土收缩预测模型对UHPC的适用性,并基于试验数据建立了适用于UHPC的收缩预测模型。结果表明:掺钢纤维UHPC的收缩应变低于未掺钢纤维的对比组,且钢纤维掺量越大,对UHPC的减缩效果越显著;5种常用的混凝土收缩预测模型对UHPC的适用性较低,其中,ACI 209(92)模型高估了UHPC的40 d后收缩应变,B3模型、CEB-FIP 90模型和中国建科院模型低估了UHPC的收缩应变,GL2000模型对90 d龄期时的收缩应变预测值与试验值相对较为接近;建立的指数函数形式的UHPC收缩应变计算模型的精度较高。

研究了振动搅拌过程中振动加速度(0、1.0g、2.0g、3.4g、4.0g、6.0g)对钢纤维高性能混凝土含气量和力学性能的影响。结果表明:随着振动加速度的增大,混凝土的含气量、抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度均呈先增加后降低的趋势,且当振动加速度为4g时,性能达到最佳。

为了探究主要原材料对适用于预应力预制道面板的活性粉末混凝土(RPC)强度的影响,针对适用于预应力预制道面板的RPC配合比,以水胶比、钢纤维掺量、减水剂掺量为变量,在标准养护和70℃水中养护的条件下,制作了不同配合比RPC试件,进行了抗压强度和抗折强度试验研究。研究结果表明:在一定范围内,RPC试件的强度随着水胶比的增大而降低,随着钢纤维掺量的增加而提高,当减水剂掺量为1.7%~1.9%时存在最大值;综合考虑和易性和强度的要求,建议预应力预制道面板用RPC的最佳配合比为水胶比0.19、钢纤维掺量6%、减水剂掺量1.8%。

研究了不同再生骨料替代率下,不锈钢管与钢纤维增强再生混凝土组合柱的轴压性能,获得了试件的破坏形态、荷载-位移曲线和轴压刚度。结果表明:根据荷载-位移曲线的变化特征,可将试件按承载力稳定性分为不稳定和稳定两类;不稳定试件峰值荷载后的荷载-位移曲线快速探底,此后荷载开始缓慢提升,轴向变形快速增大;稳定试件峰值荷载后的荷载-位移曲线沿水平方向发展,试件的持荷能力突出;试件的轴压刚度在0.3~0.9倍的峰值荷载时达到最大,此时钢与混凝土的材料损伤相对较小,钢管对混凝土的约束效应相对有效;随着再生骨料替代率的增大,试件的轴压刚度逐渐降低;钢纤维抑制了裂缝的发展,维护了混凝土的整体性,从而提高了试件的轴压刚度。

制备了强度等级为C30、C50和C70的海水海砂钢纤维混凝土试件,通过180个标准立方体和72个棱柱体试件,完成了工作性、立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量试验,得到了基于两种规范模式下海水海砂钢纤维混凝土的弹性模量与立方体抗压强度的关系公式。结果表明,海水海砂能够配置成工作性良好的高强混凝土,钢纤维有利于提升混凝土拌合物的流动性。对于混凝土抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量四个指标,海水海砂混凝土均略低于普通混凝土,且随着混凝土强度等级的提高,差距逐渐减小,此外,随着钢纤维体积掺量的增加,上述指标值均逐渐增大。海水海砂混凝土的弹性模量与抗压强度关系模型与试验数据吻合较好,且具有一定安全储备,可供沿海、海岛土木加固工程借鉴。