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纤维增强透水砖混凝土机理
来源: | 发布时间:2017/11/28 15:21:49 | 浏览次数:

    现有的纤维增强透水砖混凝土机理主要有纤维间距理论、复合材料理论、针对水泥石收缩的弹性补偿假说。

    (1)纤维阻裂理论:又称“纤维间距理论”。首先假设一纤维块体当中有许多细钢丝沿着拉应力作用方向按棋盘状均匀分布。细钢丝的平均中心间距为某一定值S。由于拉力作用,水泥基体中凸透镜状裂缝的端部产生应力集中系数K},当裂缝扩展到基体界面时,在界面上会产生对裂缝起约束作用的剪应力并使裂缝趋向于闭合,此时在裂缝顶端即会有与Kr,相反的另一应力集中系数K,,于是总的应力集中系数就下降K}-K,: o根据这一理论,纤维均匀分布在透水砖混凝土块体之中时可以起到阻挡块体内微裂缝发展的作用。即:假定透水砖混凝土块体内部存在有发生微裂缝的倾向,当任何一条微裂缝发生,并且可能向任意方向发展时,这条裂缝在最远不超过纤维透水砖混凝土块体内纤维平均中心距S的路程之内就会遇到横亘在它前方的一条纤维,由于这根纤维的存在,使微裂缝发展受阻,只能在透水砖混凝土块体内形成类似于无害孔洞的封闭空腔或者内径非常细小的孔。

    (2)复合材料理论将复合材料视为一个多相系统,其性能是各个相的性能的加和值.该理论应用于纤维透水砖混凝土时,有如下假设①纤维和水泥基材均呈弹性变形;②基体为各向同性均质材料;③纤维沿受力方向均匀平行排列;④纤维与基体变形协调一致,无相对滑移和错动.通过以上假设,应用混合原理来推定纤维透水砖混凝土的抗拉和抗弯强度,提出了纤维透水砖混凝土强度与纤维的掺入量、方向、长径比以及粘结力之间的关系。以复合材料理论考虑,纤维在其中若不能均匀分散,则形成非均匀的复合体。所谓非均匀的复合体,事实上就意味着复合体内部不同位置的物理或者化学状态存在差异,形成不均衡的多相系统,这样的复体所表现的外部特性必然也是不一致的。不能均匀散布的纤维会导致在透水砖混凝土块体内没有纤维或者纤维数量较少的地段形成新的薄弱地带。这是因为由于纤维的介入将会导致透水砖混凝土块体内应力的传递和重新分布,如果这种应力的分布配置不能达到真正的均衡状态,则可能形成新的应力集中,导致透水砖混凝土在相对缺少纤维的地带开裂。现实工程中己经发现,有些应用纤维透水砖混凝土的场合由于所用纤维分散性欠佳,所以在施工完成后发现仍有裂缝生成。有些路面工程则出现整齐的断裂性缝隙,说明纤维透水砖混凝土内部应力的传递现象不可忽视。

    (3)针对水泥石收缩行为的弹性补偿假说。假定纤维是弹性体,并且这种纤维由于受压产生的变形以及由于变形所储存的弹性力均不可忽略。其物理模型基于以下假设提出:①无害判定:以纤维的几何尺度与透水砖混凝土块体的尺度相比较,虽然透水砖混凝土块体内纤维的根数n很大,但是就每一根纤维而言,在透水砖混凝土内只是极其小的孔洞的内部填充物。按照提出的“中心介质假说”,这种填充有纤维的微型孔洞存在于透水砖混凝土内部,对于透水砖混凝土的质量来说有益无害。②保留假设:以纤维在混凝土块体内充分均匀分散为保留假设。③相对条件a:新拌透水砖混凝土呈塑性状态,即其形状可以任意塑造;④相对条件b:透水砖混凝土从塑性态转化为硬化体的过程存在收缩行为;⑤相对条件c:透水砖混凝土内各种不介入水化过程的集料没有体积收缩。在简化分析的模型当中,假定透水砖混凝土内只存在一根纤维,并且平行于观测方向。由于混凝土具有很大的自重,根据上面的约定③,即相对条件a,新拌透水砖混凝土呈塑性状态,其形状可以任意塑造,这样由于透水砖混凝土自重产生的挤压力将会压缩纤维至其体积最小,此时作用于纤维的外力达到平衡。纤维受到来自6个方向但合力为0的外力作用,在透水砖混凝土块体内部保持位置固定。由于透水砖混凝土的自重相对极大,故纤维体积的变化程度完全取决于纤维材料自身的物理性质。根据关于纤维的弹性假设,纤维在受压变形的同时即开始建立预图恢复其自身本来形状和体积的弹性力,与来自透水砖混凝土自重的外力抗衡,相当于在透水砖混凝土内部建立了一种微观意义上的“预应力”。从力的方向上看,这种微观的预应力将在透水砖混凝土由塑性段转入硬化段的过程中随着透水砖混凝土内水泥石的内敛收缩而同步释放,于是纤维体积趋于复原,继续填实透水砖混凝土(由相对条件C:各种集料和沙石的体积不变,所以严格说来只是混凝土内的水泥石)当中的微小孔隙。


 
 
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