纤维矩阵在早期的含有短纤维的混凝土中的相互作用中英文.doc

纤维矩阵在早期的含有短纤维的混凝土中的相互作用内容摘要：掺入少量短纤维似乎一种有效的控制混凝土在早期干缩引起的裂缝的方式，这一结论已经被证实。纤维有效性的关键在于它们缝纫裂缝的能力，阻止裂缝的开展，因为混凝土开裂使得纤维发挥它的作用。在这篇文章里，我从不同数量（6001200g/m）和不同长度（6,12和18mm）抗碱性玻璃纤维中分析纤维矩阵的相互作用和纤维覆盖作用。结合以前发表的实验结果并且分析简单的FE（约束与加载）模型得出了对混凝土早期性能的更好的理解。由于混凝土的机械性能依赖于它的龄期，在没加入纤维之前，纤维的性能很充分，矩阵和纤维的关系就是在混凝土凝结硬化过程中建立的，并且影响着控制裂缝的有效性，这是由于在水泥水化过程中加入纤维后能使纤维产生一定的拉力。正文：一、内容简介混凝土的物理性能和机械性能会随着龄期的发展逐步加强，这是混凝土凝结硬化产生的结果。在早期，即210h之间，化学过程一直在发生变化，比如水泥水化和一些物理现象，像混合，水化的发生，生产排水量和水化排水量（根据发生顺序会不断的产生新的排水量）。混凝土的化学变化取决于环境条件，水泥水化的微观影响依赖于从塑性到刚性的发展。事实证明，混凝土的机械性能的发展与水泥的水化率息息相关。10h小时之后，发热率的平均值达到最大时，机械性能随之发生变化，我们用混凝土达到抗拉极限时的最小值来描述。因此，在10h之前它的性能减少，并且当经过更长的时间，混凝土的性能会降低。考虑到混凝土机械性能参数的变化，初期的模量最早体现出来，接着就是抗拉能力和后期的抗压强度。另外，当混凝土的排水量受到限制时，它表现出停滞现象。所谓停滞现象，就是混凝土的拉应力松弛，即混凝土在早期达到瞬时拉力的一半。在混凝土拌合早期，水的流动同样决定混凝土的性能，它取决于水在液相中的排出量的难易和约束压力。影响水流动的主要因素是早期的干缩和蒸发引起的水的流失。根据现象发生的顺序，如果外力超过混凝土抗拉强度时，干缩（流失和蒸发）就会导致早期裂缝。即使物理现象和化学现象紧密的联系在一起，但宏观现象并没有立刻发生。已经证实，虽然干缩可以引起裂缝，但这些现象并没有直接相关。自密实混凝土混凝土比普通混凝土能有效地防止大的干缩裂缝（包括早期的微裂缝），少量的分散的短纤维可以控制混凝土早期干缩引起的干缩裂缝，这也已被证实是很有效的方法，纤维的产量很低（体积分数在0.1%左右）。我们不能把它当做宏观机械性能的加强，但是可以认为是在混凝土拌好了出现后局部性能的加强。并且，纤维的分散能力可以产生一个随机分布的纤维矩阵。掺入混凝土的短纤维不会与水泥水化产物发生反应（至少在早期），比如聚丙烯纤维和抗碱玻璃纤维。在混凝土凝结硬化的过程中，它们会一直保持稳定。另一方面，它们的加入不会改变混凝土的收缩性能。由于纤维随机的分布在混凝土拌合物中，当混凝土受到外力之后，处于垂直状态的纤维能够阻止裂缝的开展。纤维对裂缝的控制能力取决于纤维的力学性能、形状、维度。纤维材料和纤维部分（频繁循环）。决定了纤维的抗拉能力和它的长度。纤维与水泥浆的接触面称为分界层。纤维受到外力后断裂时的强度我们称之为纤维的极限强度。我们认为，界面的概念是把纤维作为分子水平上（基本附着力）和微观结构水平上（单个纤维）的参照。界面的形成和特点也可以通过纤维涂层（也称为上浆）、软化纤维混合材料来提高纤维混凝土的兼容性，只有当裂缝开展时，掺入纤维才会起到作用，因此，在早期，纤维的极限强度决定它控制裂缝开展的有效性。因为长度超过1mm的玻璃纤维的极限强度不会随着长度的增加得到提高，所以，在控制裂缝开展的过程中玻璃纤维的长度就被视为相对来说不太重要的因素。并且，调查显示，纤维的长度过长会影响它的韧性。纤维的断裂主要取决于纤维本身的结构。纤维的结构消耗更少的能耗比纤维断裂时纤维才能体现出它的价值。在之前的研究中，一篇论文写到，在自密实混凝土和普通混凝土中，纤维对控制裂缝的有效性取决于混凝土早期的干缩。那篇论文中有两个重要的结论：掺入少量的短纤维对裂缝的控制能力对不同的混凝土（普通混凝土和自密实混凝土）的效果大致相同，并且掺入更多比例的纤维柄不能提高对裂缝的控制能力，并且，在某些情况下，纤维对裂缝控制的能力还会降低。图一描述的是掺入不同数量的玻璃纤维对自密实混凝土和普通混凝土样品产生的裂缝的面积和最大裂缝的长度的关系，只要对纤维的两种不同体积掺量和两种不同长度分别进行试验，就能得到相应的结果。自密实混凝土和普通混凝土会体现出相似的裂缝，即使它们最大的的裂缝长度有比较大的差距（实验数据的测量误差是0.1%），掺入少量的（600 g/m）抗碱纤维后，得出的结论是：纤维对裂缝的面积和裂缝的最大长度产生最小的影响。对于纤维产量在9001000g/m的范围时，实验表明，降低了纤维控制裂缝的有效性，导致混凝土出现最大的裂缝，这一结果出乎额偶们的意料。这种对于裂缝控制能力的削弱的情况在两种不同的纤维（WTO和HD）和两种混凝土（自密实混凝土和普通混凝土）的实验中占四分之三。当在新拌混凝土中加入任意一种短纤维时，我们观察到在裂缝和纤维的相对位置有两种形式。当裂缝垂直于纤维发展时，纤维提高了混凝土的抗裂能力，并且可以有效的控制裂缝的发展;当裂缝平行于纤维时，观察图二可知，相对来说对于裂缝开展更简单，并且使混凝土与纤维发生剥离。可以得出，抗碱玻璃纤维玻璃细丝如果能过得到有效的分散（混凝土拌合物种所有可见的纤维细丝单独处于表面上）才会对混凝土的抗裂能力有所帮助。由于掺入混凝土拌合物中的纤维细丝均匀的分布在混凝土之中（没有发现成团的纤维据在一起），并且接下来主要是在含有900100 g/m的混凝土板表面的纤维失去了对裂缝控制的有效性，我们可以推测已有的事实，裂缝以及和纤维数量相关联的参数。为了更好的了解在早期混凝土中掺入纤维后的相互作用和掺入后对控制裂缝的有效性的影响。我们已经掌握了用FE模型进行对一些简单的分析，对两种抗碱玻璃纤维进行不同的实验，对三种不同掺量和长度的纤维对混凝土性能的影响进行分析。这一研究的目的和价值在于通过在混凝土拌合物中掺入纤维，我们可以利用这个研究的试验结果对混凝土的产生的裂缝做一个风险估计，还有可以进一步了解在早期与之关联的混凝土干缩问题，试着更好的理解在混凝土凝结硬化过程中发生的一系列的变化。二、掺入纤维后的FE模型为了能够更好的的理解实验的结果，可以通过简单的FE模型进行一些分析。ANSYS这个电脑程序就是专门针对FE模型而设计的。虽然纤维与混凝土拌合物之间的作用是一个三维空间问题，在此我将其简化，建立两个FE模型，一个是针对于纤维表面的(如果纤维过长就被视为减弱混凝土性能的重要因素)，另一个是针对于混凝土表面蒸发引起的干缩。试样将纤维的弹性元素和混凝土的刚性有机的结合在一起，即拌合物表面和玻璃纤维。输入的数据需要通过FE模型经过几何和机械性能分析，包括对荷载和临界条件的分析。考虑到纤维在混凝土拌合物中是随机分散的情况，我利用几何的部分分析来考虑纤维界面的问题。在这些情况下，我们可以把纤维看成独立的细丝，每个纤维对混凝土性能的影响是通过它的长度和掺量来决定的，这是我经过反复的实验得出来的，我把实验结果总结到了表三。我把正方形的试块进行试验，利用几何的分析将荷载和混凝土的临界强度简单的联系在了一起。由于它体现出来了相称的削减效果（这将模型分析的难度降低