中文摘要活性粉末混凝土（RPC）作為一種高性能結構材料，具有超高強度、高韌性、高耐久性等優良特點。用RPC材料進行結構設計，可以使結構輕型化，并改善結構的耐久性，減少使用期間的維修費用。RPC材料的本構關系是進行RPC結構非線性有限元分析和研究其設計理論的基礎。由于RPC材料配制原理及性能的特殊性，常規混凝土的本構關系已無法適用于RPC材料。本文以**教授負責的國家自然基金50568005項目為依托，基于經典彈塑性理論，在RPC200二軸受壓強度與變形特性試驗研究的基礎上，對其本構關系和力學性能進行了研究，成果如下：1.得到二向應力狀態下RPC的破壞強度，并初步認識應力比的變化對RPC破壞形態的影響；2.得到二向應力狀態下RPC的變形特性，即：不同應力比作用下，二軸受壓狀態下RPC的應力-應變關系全曲線；3.繪制出RPC的主應力空間二軸強度包絡圖，及峰值應變強度包絡圖，為RPC的設計理論發展提供必要的依據；4.基于得到的試驗數據，擬合得到二向應力狀態下RPC破壞準則和本構關系；5.初步對RPC二向應力狀態下的破壞全過程進行分析。關鍵詞：活性粉末混凝土；二軸受壓；應力-應變曲線；本構關系；破壞機理；強度包絡圖ABSTRACTReactivePowderConcrete(RPC)possessesexcellentpropertiessuchasultra-highstrength,hightoughnessandhighdurabilityetc.ApplicationofRPCforstructuraldesigncanlightentheweightofbuildings,improvestructuredurabilityandreducethemaintenanceexpense.RPC200constitutiverelationshipisthefoundationfornonlinearfiniteelementanalysisandresearchonstructuraldesigntheory.Astheparticularityofproducingprincipleandmechanicsperformance,conventionalconcreteconstitutiverelationshipisunfitforRPC.ThisstudyispartoftheNationalNatureScienceFundsprojectNo.50568005inthechargeofAnMingZheadjunctprofessor.Inthispaper,RPC200constitutiverelationshipandmechanicsperformancehavebeenstudiedbasedonelasto-plastictheoryandexperimentalinvestigationofRPC200strengthanddeformationunderbiaxialcompressionstate.Theresultsareasfollows:1.ThedestroyingstrengthofRPC200isconfirmed,andtheimpactcausedbythechangeofthestressratiotothedestroyingtypeisstudied.2.ThedistortioncharacteristicofRPC200underbiaxialcompressionisstudiedandstress-strainfullcurveismadebasedontheexperimentdata.3.Basedonthestress-strainfullcurve,thestress&strainpeakvaluecirclefigismade,offeringbasaldatafortheapplicationanddesignofRPC.4.Basedontheexperimentdataandthestress-strainfullcurve,theconfigurationrelationisstudiedandtheequationdescribingtheconfigurationrelationisconformed.5.Eachphaseofthewholedestroyingcourseisstudied,andsomequalitativeanalyseismade.KEYWORDS：ReactivePowderConcrete,biaxialcompression;stress-straincurve,constitutiverelationship,strengthcirclefig.目錄畢業設計任務書……………Ⅳ開題報告……………………ⅥHYPERLINK\l"_Toc200964790"中文摘要XIVHYPERLINK\l"_Toc200964791"ABSTRACTXVHYPERLINK\l"_Toc200964792"第一章緒論1HYPERLINK\l"_Toc200964793"1.1概述.1HYPERLINK\l"_Toc200964794"1.1.1活性粉末混凝土的定義及發展歷程.1HYPERLINK\l"_Toc200964795"1.1.2RPC材料的設計思想及制備原理.3HYPERLINK\l"_Toc200964796"1.1.3RPC原材料選擇5HYPERLINK\l"_Toc200964797"1.2活性粉末混凝土材料的性能及應用前景7HYPERLINK\l"_Toc200964798"1.2.1RPC材料的主要性能和優越性7HYPERLINK\l"_Toc200964799"1.2.2RPC材料在工程中的應用11HYPERLINK\l"_Toc200964800"1.2.3RPC材料的應用前景14HYPERLINK\l"_Toc200964801"1.3RPC材料存在的問題和兩軸受力特性研究的意義.15HYPERLINK\l"_Toc200964802"1.3.1RPC材料研究存在的問題15HYPERLINK\l"_Toc200964803"1.3.2RPC材料需要進行的研究16HYPERLINK\l"_Toc200964804"1.3.3RPC兩軸受力特性研究的意義17HYPERLINK\l"_Toc200964805"1.4本文研究內容18HYPERLINK\l"_Toc200964806"第二章試件制備與試驗方案19HYPERLINK\l"_Toc200964807"2.1活性粉末混凝土試件的制備19HYPERLINK\l"_Toc200964808"2.1.1原材料19HYPERLINK\l"_Toc200964809"試件的制作及養護22HYPERLINK\l"_Toc200964810"2.1.3試件制備的設備：23HYPERLINK\l"_Toc200964811"2.2試驗方案24HYPERLINK\l"_Toc200964812"2.2.1試驗設備24HYPERLINK\l"_Toc200964813"2.2.2界面層處理24HYPERLINK\l"_Toc200964814"2.2.3加載制度和應力比25HYPERLINK\l"_Toc200964815"2.2.4試驗步驟：26HYPERLINK\l"_Toc200964816"第三章試驗數據及其處理27HYPERLINK\l"_Toc200964817"3.1實際應變的獲取27HYPERLINK\l"_Toc200964818"3.2應力比1：0.1的σ-ε曲線32HYPERLINK\l"_Toc200964819"3.3．應力比1：0.3的σ-ε曲線35HYPERLINK\l"_Toc200964820"3.4．應力比1：1的σ-ε曲線38HYPERLINK\l"_Toc200964821"第四章試驗結果分析42HYPERLINK\l"_Toc200964822"4.1破壞模式42HYPERLINK\l"_Toc200964823"4.2RPC雙軸受壓破壞全過程描述48HYPERLINK\l"_Toc200964824"4.3.本構方程50HYPERLINK\l"_Toc200964825"4.4.強度包絡線55HYPERLINK\l"_Toc200964826"應力空間強度包絡線55HYPERLINK\l"_Toc200964827"峰值應變包絡線57HYPERLINK\l"_Toc200964828"第五章結論與展望59HYPERLINK\l"_Toc200964829"5.1結論59HYPERLINK\l"_Toc200964830"5.2工作展望60HYPERLINK\l"_Toc200964831"參考文獻61HYPERLINK\l"_Toc200964832"致謝64HYPERLINK\l"_Toc200964833"附錄錯誤！未定義書簽。HYPERLINK\l"_Toc200964834"附錄一.實習報告錯誤！未定義書簽。HYPERLINK\l"_Toc200964835"附錄二.英文文獻原文錯誤！未定義書簽。HYPERLINK\l"_Toc200964836"附錄三.英文文獻翻譯錯誤！未定義書簽。第一章緒論1.1概述.活性粉末混凝土的定義及發展歷程.活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，簡稱RPC）是繼高強（High-strengthconcrete）、高性能混凝土（HighPerformanceConcrete，簡稱HPC）后，于90年代初期開發出的一種新型水泥基復合材料，具有超高強度、高韌性、高耐久性、收縮徐變小、體積穩定性良好等優越性能。它是DSP（Densifiedsystemcontainingultra-fineParticles）材料與纖維增強材料相復合的高技術混凝土，即以水泥、細石英砂、硅灰、磨細石英粉組成基材，以鋼纖維為增強材，在高效減水劑配合下配置而成，然后經高溫、加壓養護成型。活性粉末混凝土根據其抗壓強度分為兩個等級：RPC200和RPC800，前者抗壓強度為170MP-230MP；后者達490MP-810MP。作為一種新型水泥基材料，活性粉末混凝土的產生是混凝土技術不斷發展前進的必然結果。回顧混凝土的發展歷程，可以加深對活性粉末混凝土的認識和理解。混凝土以其原料豐富、造價低廉、制作簡單、造型方便、堅固耐久、耐火抗震、維護費低等諸多優點，而被廣泛應用于土木工程各領域，成為目前使用量最大的建筑材料，全世界年消耗量達45億噸，而且在未來一段時期內還將繼續增長。自1824年硅酸鹽水泥問世并出現混凝土、尤其是鋼筋混凝土以來，混凝土作為一種革命性的建筑材料，在房屋建筑、橋梁、地下結構等諸多領域發揮了重要的作用，為人類做出了巨大貢獻。但直到20世紀70年代，在工程中實際使用的混凝土最高強度還只有34.2MPa，低于木材抗壓強度（50MPa）。隨著土木工程的不斷發展，大量新型、大跨度、超高層、輕型化、高抗滲要求等結構的出現，對混凝土的要求、尤其是強度要求也不斷提高。繼普通混凝土之后，高性能混凝土又是一項重大進步。20世紀70年代之后，隨著高效減水劑的出現和廣泛應用，相繼出現了無宏觀缺陷水泥（MDF）、超細粒聚密水泥（DSP）、化學結合陶瓷（CBC）等超高強水泥基材料，由于高效減水劑使得獲得同等和易性混凝土的需水量大幅度減少，水灰比下降，混凝土抗壓強度也提高至100MP。但超高強度的出現，同時也伴隨著高脆性、自收縮嚴重、抗沖擊性能差、制作工藝復雜、生產成本高等問題，嚴重限制了超高強混凝土的應用。目前，國際上較為通用的配制超高強混凝土（≥100MPa）的技術為“硅酸鹽水泥＋硅灰＋高效減水劑”，但高強混凝土（HSC）抗彎拉強度仍然不高，必須通過配筋來增強，而大量配筋又帶來施工澆注的困難，同時增加工程成本。此外，由于混凝土收縮變形受鋼筋約束還會引起收縮應力，導致結構開裂，減小構件截面面積，降低結構承載能力，同時加速鋼筋銹蝕，對耐久性產生不利影響。而且，在高強混凝土中，粗骨料與漿體的界面薄弱區形成的缺陷也造成了混凝土強度和耐久性的降低。正是上述各項缺陷，成了高強度混凝土在工程應用中的瓶頸。根據1995年全國公路合作研究計劃的調查結果，約有10萬座橋梁的橋面板，在混凝土澆筑后一個月內就出現了間隔1～3mm的貫穿性裂縫，致使結構承載力大幅度下降，直接影響工程安全。高強混凝土在早期的彈性模量隨強度升高而增大，同時變形受約束產生的應力松馳作用（徐變）減小，因此導致它比中低強度的混凝土更易開裂。因此，許多學者在改善混凝土性能、開發其功能等方面進行了大量的研究工作，雖然取得了不少改進性成果，但仍未出現具有革命性的新型混凝土。針對以上問題，1993年，法國BOUYGUES公司率先研制出一種具有超高強度、高韌性、高耐久性、收縮徐變小、體積穩定性良好等優越性能的新型水泥基復合材料，由于增加了組分的細度（組分中剔除了粗骨料，以水泥、細石英砂、硅灰、磨細石英粉組成基材）和反應活性（活性硅灰與水泥水化產物發生二次水化，在微觀上提高材料結構密實度），因此它被稱為活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，簡稱為RPC）。1998年8月，在加拿大召開的高性能混凝土及活性粉末混凝土國際研討會上，就RPC的原理、性能和應用進行了廣泛而深入的討論。與會專家一致認為：作為一類新型混凝土，RPC具有廣闊的應用前景。1.1.2RPC材料的設計思想及制備原理.RPC是一種高強度、高韌性、低孔隙率的超高性能混凝土。它的基本配制原理是：使材料含有的微裂縫和孔隙等缺陷最少，就可以獲得由其組成材料所決定的最大承載能力，并具有特別好的耐久性。根據這個原理，RPC所采用的原材料平均顆粒尺寸在0.1μm到1mm之間，目的是盡量減小混凝土中的孔間距，從而使拌合物更加密實。RPC的制備采取了以下措施：（1）去除粗骨料以提高勻質性，骨料主要采用粒徑在0.1mm左右的細石英砂；（2）優化顆粒級配，并且在凝固前和凝固期間加壓，盡量排除拌合物中殘存的空氣，以提高拌合物的密實度；（3）凝固后采用90℃以上熱水養護，促發二次水化作用，改善微結構，以獲得更加致密的混凝土；（4）摻入微細的鋼纖維以提高韌性。應用前三條措施制備的基質具有很高的抗壓強度，但是其韌性并不比普通的砂漿高很多。摻入鋼纖維后明顯提高了抗彎拉強度，同時可以獲得所需要的高韌性和延性。

勻質性提高普通混凝土是一種在力學上（骨料和砂漿彈性模量的差異）、物理上（硬化砂漿和骨料的線膨脹系數的差異）、化學上（化學收縮性質的差異）都不勻質的材料。RPC通過以下的手段來減小非勻質性：（1）去除粗骨料，而用細砂代替。RPC與HSC的最大粒徑比為：φmax(RPC)／φmax(HSC)＝1／50～1／30；（2）水泥砂漿的力學性能提高。RPC與HSC的骨料與水化水泥漿體的楊氏彈模之比為：HSC：Ea／Ep≈3.0，RPC：Ea／Ep＝1.0～1.4；（3）消除了骨料與水泥漿體的界面過渡區。

堆積密度增大

RPC由細石英砂、水泥、硅粉、硅塵或沉淀硅等顆粒混合物組成。通過以下方法來優化RPC的顆粒級配：（1）由不同粒級組成的混合物在每一粒級中有嚴格的粒級范圍；（2）對于相鄰的粒級選擇高的平均粒徑比；（3）研究水泥－高效減水劑的相容性，并通過流變學分析決定最佳摻量；（4）優化攪拌條件；（5）通過流變學和優化相對密度來決定需水量。

提高密實度和抗壓強度的一個有效的方法是在新拌混凝土的凝結前和凝結期間加壓。這一措施有三方面的益處：其一，加壓數秒就可以消除或有效地減少氣孔；其二，在模板有一定滲透性時，加壓數秒可將多余水分自模板間隙排出；其三，如果在混凝土凝結期間（通常為拌和后6～12h）始終保持一定的壓力，可以消除由于材料的化學收縮引起的部分孔隙。

通過凝固后熱養護改善微結構

根據組分和制備條件不同，RPC分為RPC200和RPC800兩個等級，其中RPC200抗壓強度達170～230MPa，而RPC800達500～800MPa。RPC200研究較多并已經應用到實際工程中，RPC800還處于試驗室試配階段。

RPC200的熱養護是在混凝土凝固后進行加熱，90℃的熱養護可顯著加速火山灰反應，同時改善水化物形成的微結構，但這時候形成的水化物仍是無定形的；更高溫度（250～400℃）的熱養護用于獲得RPC800，養護使水化生成物C－S－H凝膠體大量脫水，形成硬硅鈣石結晶。通過熱養護引發二次水化作用，使RPC在微結構層次上獲得更高的致密性。摻鋼纖維增加韌性

未摻鋼纖維的RPC呈線彈性，斷裂能低，為了進一步提高其韌性，必須摻入微細的鋼纖維。RPC200中摻的纖維長度為3～13mm，直徑約0.15～0.20mm，體積摻量為1.5％～3％。

對于在250℃以上養護的RPC800，其力學性能（抗壓強度和抗拉強度）的改善是通過摻入更短的（≤3mm）且形狀不規則的鋼纖維來獲得的。這時，抗壓強度、抗彎拉強度大幅度提高。1.1.3RPC原材料選擇活性粉末混凝土的優越性能主要得益于組成材料和養護條件。在材料選擇上主要包括以下幾種：(1)細石英砂；(2)水泥；(3)磨細石英粉；(4)硅灰；(5)高效減水劑。對韌性有要求時，還需摻入鋼纖維。細石英砂石英砂由于其具有很高的硬度和優良的界面性能，同時易于采取并且價格低廉，在活性粉末混凝土中主要充當集料的功能，故在選擇細石英砂時，主要考慮其礦物成分、平均粒徑、顆粒形狀和其在混凝土中占有的比例。依據最大密實理論模型。在活性粉末混凝土中，僅次于細石英砂粒徑的是水泥，其顆粒粒徑范圍為80～100μm，為避免與水泥顆粒粒徑沖突。其平均粒徑應選擇為250μm左右，粒徑范圍限制在150μm-600μm之間，顆粒的形狀應選擇為球形，石英砂礦物成分中，SiO2的含量不低于99％。水泥首先，水泥要與減水劑相容，從化學成分上看，含量低的水泥效果較好，但粉磨得太細的水泥由于需水量大，效果并不是很好。從流變特性和力學性能看，高硅模量水泥效果最好，但這種水泥緩凝作用嚴重，不適宜于工程應用，因此通常含量高的水泥即可適于RPC混凝土的配制。硅灰在活性粉末混凝土中，硅灰主要有三個作用：(1)填充不同粒徑顆粒間的孔隙；(2)由于硅灰顧粒具有良好的球形，起到很好的潤滑作用，從而提高流咬特性；(3)硅灰具有高活性，起到第二次水化作用。因此選擇硅灰時應考慮以下幾個參數：顆粒聚積程度、硅灰的純度和顆粒粒徑。通常，在活性粉末混凝土中，硅灰與水泥的比例為0．25。這樣，硅灰能發揮最佳的填充作用，同時能最大限度地與水泥水化產物進行第二次水化反應。磨細石英粉對于活性粉末混凝土熱處理過程來說，磨細石英粉是不可缺少的組成成分。據研究，在熱養護過程中。磨細石英粉活性發揮最大的粒徑范圍為5μm～25μm在活性粉末混凝土中采用的磨細石英粉平均粒徑為10μm。這與水泥的粒徑接近。另外，在活性粉末混凝土中，為提高其延性和韌性。需要摻入鋼纖維，其直徑約為0．15mm，體積摻量為1．5％-3．0％，從經濟角度考慮，選擇2．0％較佳。高效減水劑高效減水劑屬于有機化學材料，根據其發揮減水性的主要成分，可把高性能減水劑分為改性木質素系、萘系、密胺系、氨基磺酸系、聚羧酸系等五大類。在我國．萘系高效減水劑應用大約有20多年歷史，它主要成分為萘磺酸鹽甲醛縮合物，但由于減水率不太高，混凝士塌落度損失過快，難以滿足實際施工要求，而復合產品質量不穩定。往往影響到混凝土的凝結硬化和耐久性；另外，萘系產品的原料日益缺乏，價格上漲，急需研制非萘系減水劑。目前，我國研究聚羧酸系減水劑尚處于起步階段。1.2活性粉末混凝土材料的性能及應用前景1.2.1RPC材料的主要性能和優越性（1）超高的力學性能RPC材料具有超高的強度和良好的韌性。表1-1列出了RPC200、RPC800與HSC的主要力學性能參數。混凝土種類RPC200RPC800HSC抗壓強度/MPaa170-230500-80060-100抗折強度/MPPa30-6045-1406-10斷裂能/J.m20000-4000001200-20000140彈性模量/GPaa50-6065-7530-40表1-1RPC與HSC的主要力學性能比較從表1-1中可以看出，RPC的抗壓強度是HSC的3倍（RPC200）到12倍（RPC800）；RPC200的抗折強度高達60Mpa，是HSC的6倍，拉壓比可達到1/4，遠大于HSC的1/10而且斷裂能大大提高。材料種類玻璃陶瓷及巖石普通混凝土金屬RPC鋼斷裂能/J.mm5<100120>1000030000100000表1-2不同材料的斷裂能表1-2所示的是不同材料的斷裂能，從表中數據可以看出，摻加微細的鋼纖維能顯著地提高RPC的韌性和能量的吸收能力，其斷裂能達30000J/m2，鋼的斷裂能為105J/m2，而普通混凝土的斷裂能卻只有120J/m2，所以RPC具有優良的韌性。圖1-1顯示是各種常用材料的斷裂能和抗彎強度，從圖上仍然能夠看出，不同材料的斷裂能具有很大的差別，RPC材料斷裂韌性達20000-40000J/m2,比普通混凝土與高強混凝土高100倍，可與金屬鋁媲美。因此，RPC材料具有超高的強度和良好的韌性。圖1-1各種常用材料的斷裂能和抗彎強度（2）優異的耐久性能RPC材料凝結后采用熱養護方式改善微觀結構，具有極小的孔隙率，材料內部孔隙較小且不連通，因此滲透率非常低，具有超高的耐久性。表1-3列出了NC、HPC、RPC200的主要耐久性能指標。表1-3NC﹑HPC﹑RPC的主要耐久性能指標：性能NCHPCRPC200氯離子擴散2碳化程度/mm1020冰融剝落>10009007磨耗系數4.02.81.3吸水性—0.350.05表1-3NC﹑HPC﹑RPC的主要耐久性能指標由表1-3中數據可知，RPC200的耐久性大大優于NC和HPC，具有優異的耐久性能。（3）良好的環保性能表1-4給出了同等承載力條件下，普通型30MPa引氣型混凝土、60MPa的HPC及RPC200的等效體積、水泥用量、生產水泥過程中CO2排放量及骨料用量。品種30MPa引氣混混凝土60MPa級HPPCRPC200等效體積/m12610033水泥用量/t444023CO排放量/t444023骨料用量/t23017060表1-4同等承載力條件下不同混凝土材料的生態性能比較由表1-4中數據可知，同等承載力條件下，RPC材料的水泥用量幾乎是普通混凝土與HPC的1/2，因此同等量水泥生產過程CO2排放量也只有它們的一半左右。生產過程不可再生的骨料用量，RPC材料只占HPC與30MPa混凝土的1/3與1/4。（4）施工性能活性粉末混凝土拌和物不含有大粒徑骨料，它不僅流動性好，而且粘聚性良好，在運輸、澆注和搗實過程不發生離析現象。在窄小的模板內和鋼筋間隙的通過性能良好，澆注后不需要振搗，施工性能良好。（5）從工程應用角度而言，RPC材料還具有如下優越性：[1]RPC的原材料來源廣泛，生產工藝易實現。RPC從原材料選擇到制備工藝都和傳統混凝土密切相關。RPC材料除了在攪拌速度、原材料的添加順序、養護條件等按設計要求加以控制外，其它方面無特殊要求。RPC構件便于工廠化預制、現場拼裝，在質量得到保證前提下可提高施工速度，符合工程結構發展的大方向。[2]RPC材料具有較高的抗彎強度，這對減輕結構自重，增加跨越能力，發展預應力混凝土技術具有極其重要的意義；再者，RPC材料具有較高的抗剪強度，可在結構中承受較大的剪切荷載，從而消除或減少結構中的抗剪鋼筋。[3]高強混凝土的脆性成為限制其實際應用的一個主要因素，而RPC材料的極限應變值則為高強混凝土的2~3倍，具有良好的塑性，消除了這個缺陷。[4]RPC具有很高的密實性、抗滲性，抗腐蝕性和耐磨性等優異性能，可大幅度提高結構物的耐久性，延長結構的使用壽命，減少結構的維護費用。[5]RPC材料的高韌性和超高強度有利于提高RPC結構的抗震和抗沖擊性能。目前國際上已形成了RPC工程結構研究與應用的熱潮，國際上一些專家學者斷言：RPC的出現是土木工程和材料工程領域的一場革命。RPC材料在工程中的應用由于活性粉末混凝土RPC具有超高強度、高耐久性、高韌性、良好的體積穩定性和環保性能，因此可應用的領域非常廣泛,包括供水、廢物處理、石油工業、鍛造與沖壓、探礦、一般機械、船舶制造、航空工程、建筑業、土木工程、低溫工程、表面防護層、化學工業、機床刀具、液壓設備以及在軍事上用于防護設施等[2]。這在國外引起了材料界和工程界的極大興趣，其中法國和加拿大已經將這種新型水泥基材料產業化和用于土木工程中。（1）1997年秋，在加拿大的Sherbrooke的Magog河上，建起了一座長達60m的RPC人行橋，完成了RPC從理論到實踐的飛躍。圖1-2采用RPC材料建造的加拿大Sherbrooke行人/自行車橋梁（2）法國BOUYGUES公司與美國陸軍工程師團合作，進行了RPC制品的實際生產，合作生產的RPC制品包括：大跨度預應力混凝土梁、污水處理過濾板、壓力管道及放射性固體廢料儲存容器。（3）美國于2001年在伊利諾斯州用RPC材料建成了18m直徑的圓形屋蓋，該屋蓋未采用任何鋼筋，設計中考慮了RPC材料的延性，直接承受拉、彎應力及初裂應力。現場拼裝用時11天，如采用鋼結構，現場拼裝則需要35天，大大縮短了施工工期。該屋蓋因其先進的建筑材料和結構形式獲得2003年Nova獎提名。（4）2001年夏，為了研究RPC是否適合于用于橋梁上，美國聯邦高速公路管理局（FHWA）在弗吉尼亞的運輸部（VDOT）制作了一根長達24ｍ的預應力RPC梁，進行了結構試驗。RPC梁中摻入了0.16×13mm的鋼纖維2%（V/V%），成型后在88℃的熱水中養護48小時，梁中除了預應力鋼筋外沒有配其他鋼筋。試驗中，此梁表現出來優良的力學與變形性能。當梁的撓度達到300mm時，試驗人員借助放大鏡也沒有找出裂縫，其極限強度達到了207MPa，極限撓度為480mm。如此優秀的性能令人驚訝。試驗參與者Hartmann對RPC作了一段精彩的評論：“就耗能特性而言，這種材料的韌性很好，用來描敘混凝土制品的詞語已經不適合了，需要借助于描敘鋼結構的詞語來說明這一性能”。（5）北美的Lafarge公司將RPC材料商業化，為RPC注冊了“Ductal”的商標，并應用于工程實際，甚至于用來制作裝飾產品。2002年春，由法國著名建筑師RudyRiccioti設計的象征法國與韓國合作與友誼的步行橋——和平橋建成了。這座橋的主跨部分完全使用Lafarge公司的“Ductal”，它的一些基本參數為：跨度120m；高度5m；橋面板厚3cm；橋面板寬4.3m；橫截面高1.1m；RPC用量240T；非預應力鋼筋0；預應力鋼筋13.2T。整座橋除了基礎和橋墩部分外，全為預制裝配、后張預應力施工，建設速度很快。設計中，和平橋很輕巧，自重很小，這都得益于RPC的超高強度。和平橋無論是從建設規模還是技術難度方面都遠高于Sherbrooke步行橋，標志著RPC在實際應用中達到了新的高度。目前，澳大利亞正在用RPC建設一座可以通過機動車的大橋，此橋的建成將標志著RPC真正應用于工程結構，是RPC的飛躍。圖1-3北京五五環路斜拉橋橋隔離帶RPC空心板的應應用（6）我國有關RPC材料的研究僅在清華大學、北京交通大學、東南大學等少數高校進行，主要集中在材料的試配工作上,北京交通大學的研究成果已在北京市五環路上使用。如圖1-3，采用RPC材料工廠化生產跨度為2000mm、孔直徑40mm、板厚僅為60mm多孔預制板，用于主橋防撞墻蓋板。主要特點是：重量輕，有效降低主體結構荷載。并且可切割、開孔，現場安裝簡便。該工程于2003年10月完工，使用至今該板性能穩定，質量可靠。RPC材料的應用前景RPC作為高技術混凝土，其性能同普通混凝土、現有的高性能混凝土相比有了質的飛躍，且在經濟性和環保方面優于鋼材。（1）利用RPC的超高強度與高韌性，在不需要配筋或少量配筋的情況下，能生產薄壁制品（如屋面板、橋面板）、細長構件（如橋梁和工業廠房的桁架、梁、采礦井架等）和其他新穎結構形式的構件，故可替代工業廠房的鋼屋架和高層、超高層建筑的上部鋼結構，進入現有高強混凝土所不能進入的應用領域，可大幅度降低工程造價。此外，用其制作的預制構件用于市政工程中的立交橋、行人過街天橋、城市輕軌高架橋、交通工程中的大跨度橋梁等，可增加橋下凈空間、縮短引橋長度、降低建設成本和縮短工期。用無纖維活性粉末混凝土制成的鋼管混凝土，具有極高的抗壓強度、彈性模量和抗沖擊韌性，用它來做高層或超高層建筑的支柱，可大幅度降低截面尺寸，增加建筑物的使用面積與美觀。（2）利用RPC的超高抗滲性與抗拉性能，可替代鋼材制造壓力管道和腐蝕性介質的輸送管道，用于遠距離油氣輸送、城市遠距離大管徑輸水、城市下水及腐蝕性液氣體的輸送，不僅可大大降低造價，而且可明顯地提高管道的抗腐蝕性能，解決目前遠距離油氣輸送所采用的中等口徑高強混凝土管輸送壓力不夠高，大口徑鋼管價格昂貴等問題。（3）利用RPC的超高抗滲性與高沖擊韌性，制造中低放射性核廢料儲藏容器，不僅可大幅度降低泄漏的危險，而且可大幅度延長使用壽命。（4）RPC的早期強度發展快，后期強度極高，用于補強和修補工程中可替代鋼材和昂貴的有機聚合物，既可保持混凝土體系的有機整體性，還可降低工程造價。（5）RPC的高密實性性與良好的工工作性能，使使其與模板相相接觸的表面面具有很高的的光潔度，外外界的有害介介質很難侵入入到RPC中去，而且RPC中的著色劑劑等組分也不不易向外析出出，利用這一一特點可作建建筑物的外裝裝飾材料。1.3RPC材材料存在的問問題和兩軸受受力特性研究究的意義.RPC材料研究存存在的問題雖然RPC的研制與應應用在國際國國內都已有先先例，但從原原材料制備到到應用、從RPC的性能到機機理，仍存在在許多問題需需要進一步研研究和探討。（1）沒有完備的規范制制度。一般來來說，現行的的測試手段、測測試標準對高高強度、高性性能的混凝土土有很多不適適應的地方，有有時候往往還還會存在一定定的誤差。僅僅就高強混凝凝土而言，也也只有CECS：98《高強混凝凝土結構設計計與施工規程程》可供參考考。在一般的的高強混凝土土沒有建立完完備的規范的的前提下，對對于具有更高高強度和性能能的RPC就更不用說說了。（2）RPC作為一種新新型混凝土材材料，最基本本的力學性能能——受壓、受拉拉應力-應變關系和和本構模型均均未定論，也也未能有一套套關于RPC結構的設計計規程或設計計準則，這為為RPC材料在各種種大型結構中中的應用造成成一定困難。因因此，本構關關系研究迫在在眉睫。（3）國內外近年來對RRPC材料的基本本特性的研究究工作集中在在高效減水劑劑與硅粉等高高活性摻合料料復合，降低低水膠比，提提高基本硬化化密度，同時時摻加鋼纖維維提高抗彎強強度，獲得所所需要的高強強度、高韌性性和延性方面面，對RPC材料高性能能產生的機理理等方面缺乏乏系統的研究究。關于RPC材料細觀機機理與宏觀變變形、斷裂能能與斷裂韌性性及破壞行為為的研究也有有待深入展開開。（4）混凝土的變形會對對混凝土結構構和性能造成成不良的影響響，而影響混混凝土收縮和和徐變的因素素很多，機理理也很復雜，對RPC材料的收縮和徐變特點需進一步深入研究。（5）自收縮較大。由于于RPC水膠比較低低，且又采用用熱養護，自自身收縮較大大，這樣對于于現澆施工存存在一定困難難。國外在使使用RPC時也一般在在預制廠生產產預制構件。這這樣，在實際際的結構工程程中，RPC的運用會受受到限制。（6）成本昂貴。硅粉的的摻入、高效效減水劑和鋼鋼纖維的使用用以及較高的的成型和養護護條件，都提提高了RPC的生產成本本，阻礙了它它的推廣和使使用。所以，尋尋找較廉價的的摻料來優化化替代昂貴的的組分，形成成工藝簡單、成成本低廉的生生產線，仍然然是今后需要要改善和加強強的方向。RPC材料需要進進行的研究我國未來很長一段段時間內，將將會處于建設設高峰期。大大量的橋梁、隧隧道、高層與與超高層建筑筑、工業廠房、市市政設施、化化學工業等面面臨著利用鋼鋼結構、成本本與維護費用用高，而用目目前的普通混混凝土，性能能低下達不到到設計要求等等問題。因此此從國內建設設的需要出發發，利用國內內的原材料資資源，開發活活性粉末混凝凝土的應用技技術，勢在必必行。（1）研究通用的配制和和檢測標準，以以及攪拌、成成型和養護等等生產工藝；；（2）研究RPC材料的破壞壞準則和本構構關系；（3）研究RPC結構的構造造措施、結構構形式和選型型設計；（4）研究RPC結構的設計計理論和設計計方法；（5）研究RPC結構的疲勞勞特性、動力力穩定性及抗抗震性能。近幾年來，清華大大學長沙鐵道道學院、北京京交通大學、同同濟大學、福福州大學等單單位在RPCC研究方面做做了有益的嘗嘗試。湖南大大學的何峰、黃黃政宇等人試試驗研究了原原材料品種、性性質及配合比比對RPC強度的的影響；在未未摻鋼纖維的的情況下，配配制出了流動動性好，高溫溫養護(200℃)下抗壓強度度為229．0MPa的RPC，在摻摻鋼纖維的情情況下，RPPC的抗壓強強度高達2998．6MPa。北北京交通大學學的閻貴平、安安明喆等人對對RPC200進行了深入入的研究，并并已將研究成成果應用于工工程實踐，也也有了自行的的研究體系。同同濟大學的龍龍廣成等人研研究了養護溫溫度和齡期對對水泥、粉煤煤灰以及硅灰灰等粉末材料料為主要原料料的RPC強度的的影響，以期期確定最佳養養護條件。清清華大學的曹曹峰、覃維祖祖在水泥基體體中復合使用用粉煤灰，在在減少硅灰用用量、降低RRPC成本等等方面做了嘗嘗試。福州大大學的有關人人員在廣泛調調研基礎上，確確定選用以地地方常見材料料為主的RPPC原材料，進進行制作工藝藝和配合比設設計的試驗研研究，取得可可喜的初步成成果。RPC作為一種新新型高性能混混凝土，需要要研究的內容容還很多，本本文作為基礎礎性研究，同同時也由于試試驗條件和時時間的限制，僅僅對RPC二軸受壓力力學性能進行行了初步的研研究。RPC兩軸受力特特性研究的意意義活性粉末混凝土在在工程中的應應用前景廣闊闊，了解其受受力性能對改改善其耐久性性具有現實的的意義。目前前國內對RPPC200單軸受力性性能的研究已已經很多了，對對單軸受力性性能的了解已已經比較成熟熟，但是對多多軸受力性能能的研究卻少少之又少，而而實際工程中中構件的受力力往往不是單單軸受力，而而是處于復雜雜的多軸受力力狀態，所以以對多軸受力力性能的研究究更具現實意意義。1.4本文研究內內容本文在北京交通大大學閻貴平、安安明喆、***、鐘鐵毅、潘潘雨課題組的的研究基礎上上，結合國內內的實際情況況，進行原材材料選用和纖纖維RPC的配置，從從理論和實踐踐上對摻鋼纖纖維的活性粉粉末混凝土基基本力學特性性進行初步探討，主要研研究內容如下下：（1）得到二向應力狀態態下RPC的破壞強度度，并初步認認識應力比的變化化對RPC破壞形態的的影響；（2）得到二向應力狀態態下RPC的變形特性性，即：不同同應力比作用下下，二軸受壓壓狀態下RPC的應力-應變關系全全曲線；（3）繪制出RPC的主主應力空間二二軸強度包絡絡圖及峰值應應變包絡圖，為RPC的設計理論論發展提供必必要的依據；；（4）基于得到的試驗數數據，擬合得得到二向應力力狀態下RPC破壞準則和和本構關系；；（5）初步對RPC二向向應力狀態下下的破壞全過過程進行分析析。從而得出關于測定定高性能混凝凝土受壓應力力-應變曲線的的一套完整而而合理的試驗驗方法；獲取取比較全面的的RPC2000的受壓應力-應變曲線；；建立比較完完善合理的RPC2000二軸受壓本本構模型；理理論分析RPC2000的二軸受壓壓全過程，并并初步對其宏宏觀性能機理理做出解釋。第二章試件制備備與試驗方案2.1活性粉末混混凝土試件的的制備原材料制備RPC試件的主要要材料有水泥泥、硅粉、石石英砂、高效效減水劑、鋼鋼纖維和水，下下面給出所用用各種材料的的主要性能指指標。（1）水泥拉法基42.5號號硅酸鹽水泥泥，細度34400cmm2/g，初凝時時間2h40min，終凝時間間3h40min，標準稠度度用水量277%，燒失失量為0.5。礦物組成見見表2-1，水泥膠砂砂強度試驗結果見表2-2。礦物CSCSCACAFf-CaOf-MgO含量/%60.50.91.8表2-1琉璃河442.5水泥的熟料料礦物組成注：其中石膏摻量量為2.95～3.0％。指標抗壓強度抗折強度齡期3d28d3d28d給定值/MPa27.055.05.59.0實測值/MPa46.2表2-2拉法基442.5水泥的主要要力學性能（2）硅粉灰白色細粉，密度度2.2144g/cm3，粒徑2μm以下，平均均粒徑0.31μm左右，比表表面積1433100cmm2/g。試樣檢驗驗結果見表2-3，粒度分析析結果見表2-4。檢測項目質量百分率/%檢測依據或說明SiO82.22ISO/DIS112677FeO1.81AlO0.97CaO0.36MgO1.31燒失量1.45KO0.84ZX-03-HXXFB06NaO0.16FC0.92GB/T30455-19899ZX-03-HXXFB05FeO0.27表2-3硅粉試樣樣檢驗結果樣品名稱二氧化硅微粉測試條件CENTCONNSTANTTREV..(RPM))：2500測試及分析結果該樣品顆粒粒徑均均在2μm以下，其中中：<0.1μm的占占13%，<0.3μm的占48%，<0.5μm的占占74%，<1.0μm的占93%中值粒徑：0.331μm；比表面積積：14.331m/g表2-4硅粉粒度度分析結果（3）石英砂采用某砂廠生產的的石英砂，粒粒徑范圍0～1.25mmm。按粗細程度度分為細砂、中中砂、粗砂等等。不同粗細細程度石英砂砂的實測表觀觀密度與堆積積密度見表22-5。石英砂類別細砂中砂粗砂粒級/mm表觀密度/g/ccm2.6342.6272.586堆積密度/g/ccm1.4401.4281.306表2-5石英砂粒粒度分析結果果（4）減水劑國內某混凝土外加加劑廠生產的的新型非萘系系高性能減水水劑AN30000，褐色粘稠稠液體，減水水率29%，含固量31%。1個小時無坍坍落度損失，輕輕微緩凝，不不引氣。（5）鋼纖維某廠生產的短細鋼鋼纖維，細圓圓形表面鍍銅銅，直徑0..22mm，長長度13mmm，抗拉強度2800MMPa。（6）配合比如下（單位位：kg/m3）：水泥/kg硅粉/kg石英砂/kg纖維/kg水/kg外加劑/kg粗砂中砂細砂70616035971818012010870表2-6配合比列表表2.1.2試件的的制作及養護護根據《混凝土結構構試驗方法標標準》及實際際試驗條件的的限制，制備備試件尺寸為為150mm*150mm*50mm，用用150mmm*150mmm*150mmm鋼模成型,再切割打磨磨成所要的試試塊，試件如如圖2-1所示：（不不用成型面，這這樣可以不用用考慮成型面面的影響）做做3組，每組3塊。圖2-1RPCC試塊制作RPC試塊時，按按下列步驟進進行：（1）攪拌：先投入鋼鋼纖維、砂干干拌3min，再投水泥泥、硅粉干拌拌2min，最后把水水和減水劑倒倒入攪拌機中中，攪拌7min左右；（2）成型：將RPCC材料一次裝裝入試模，裝裝料時用抹刀刀沿試模內壁壁略加振搗，并并使拌和物高高出試模上口口，振動成型型，持續到混混凝土表面出出漿為止，用用抹刀抹平，然然后將模具放放入養護室；；（3）拆模：試塊澆筑筑完畢應立即即用塑料薄膜膜覆蓋防止表表面起皮、開開裂，室溫下下養護36小以后拆模；；（4）養護條件高溫養護：先455熱蒸汽養護2h再升溫至60養護2h最后升至75養護68h后取出試塊塊。2.1.3試件制制備的設備：：(1)混凝土攪攪拌機：SJD30型單臥軸強強制式混凝土土攪拌機，主主軸轉數45轉/分，最大攪攪拌量30LL。(2)振動臺：ZZHDG--80型混凝土試驗驗用振動臺，振振幅（全幅）為為0.5mmm，震動頻率為50Hz。(3)水泥混凝凝土養護箱：：上海路達試試驗儀器有限限公司生產的的水泥混凝土土自動控制養養護箱。(4)養護室：：北京交通大大學建筑材料料試驗室標準準養護室，溫溫度控制設備備為BYS-3溫度自動控控制儀。2.2試驗方案案試驗設備加載設備采用清華華大學高壩大大型試驗室INSTRRON85006四立柱液液壓伺服試驗驗機。雙向加加載系統為分分離式，豎向向為四立柱試試驗機，水平平為封閉加力力框架，兩個個方向可以互互不干擾的實實現力的輸出出。在水平和和豎直方向上上分別安裝高高精度應變測測量裝置(這里采用引引伸儀)并將測得的的應變實時傳傳回試驗機，即即構成以應變變為控制參數數的閉環控制制(closeedlooop)加載系系統，實現各各自方向上的的應變輸出。此此時根據設計計應力比和加載載速率計算出出各個時刻的的控制應變，再再以加載控制制文件的形式式輸入試驗機機，即可以實實現應力比例加載載。設備如圖2-2所示：圖2-2雙軸加載裝裝置詳圖界面層處理在受壓加載過程中中，由于泊松松效應的影響響，混凝土試試件和鋼制加加載板都會發發生側向膨脹脹，又由于二二者的泊松比比不同，使得得加載板對試試件產生側向向約束效應，試試件的抗壓強強度會因此而而大大增加，此此時測得的抗抗壓強度和全全曲線都會失失真。解決這這個問題最常常用的方法就就是在加載板板和試件之間間設置減摩層層。本次試驗驗中采用兩層層0．26mm聚四氟氟乙烯(Tefloon)作為減減摩層，兩張張聚四氟乙烯烯之間均勻涂涂抹黃油合并并為一張，作作為一層減磨磨層，置于試試件和加載板板之間，試驗驗證明效果較較好。減摩層層厚度雖然不不大，但是由由于其本身剛剛度比較小，所所以在加載過過程中也會產產生一定的變變形，為了便便于后期數據據處理，試驗驗中實測了減減摩層的應力力-變形關系，即即將大小、形形狀、制作順順序等條件均均相同的減磨磨層置于加載載板和標定鋼鋼塊之間，加加載之后所得得到應變減去去鋼塊應變即即為減磨層應應變。。加載制度和應力比比根據Krajciinovicc的討論和以以往的試驗，在在應力控制加加載制度下加加載到達峰值值點后就會進進入非穩定階階段，試件將將瞬間發生破破壞，此時不不能測得應力力-應變曲線的的下降段，而而在應變控制制加載制度下下試件在加載載全過程都處處于穩定狀態態，可以測得得應力-應變全曲線線，所以本次次試驗采用應應變控制加載載制度。試驗驗機記錄并用用于控制的應應變值是加載載板之間的變變形與試件原原始尺寸的比比值，這個應應變包含了試試件變形以及及試件與加載載板之間界面面層的變形，定定義為名義應應變E。根據混凝土土試驗規定，以以豎向加載軸軸名義應變為為，水平加載載軸名義應變變為，以拉應應變為正，壓壓應變為負。兩兩個加載軸名名義應變的比比值定義為名名義應變比=/，而由于加載載設備是以應應變控制力輸輸出的，故此此時應變比即即為應力比。加載過程中保持應力比不變，并且根據應力比的不同將所有試件分為3組。壓-壓區3組，應力比分別為a=l，0.3和0.1。由于試驗條件和經費的限制，沒有進行雙向受拉區和拉-壓區的試驗。試驗步驟：（1）提前開機預熱330分鐘，將提提前做好的應應力比控制加加載的txt文件導入計計算機；（2）將切割打磨好的試試塊放在試驗驗機上；（3）試件的水平受壓壓面用涂貼少少許黃油的塑料薄薄膜作為減摩摩措施。具體體做法是：在在兩層塑料薄膜膜間涂甘油，甘油盡盡量均勻且薄薄，然后把兩塑料薄膜膜粘貼，盡量量不要有氣泡泡。試驗時將將試件安裝在在三軸試驗機機的加載板間間，在試驗機機加載板和試試件之間放置置薄膜，使之受受力均勻；（4）把鋼板安裝在加加載頭上并調調準試件位置置，將試件軸軸心物理對中中；（5）啟動三軸試驗系系統對試件施施加初始壓力力，一般為5~10kkN即可。具體加加載順序為：：先豎向對中中，反復預壓壓；再完成水水平方向預壓壓，且加載至至預設的側應應力值，并保保持恒定；檢檢查各部分運運行是否正常常，試件位置置是否正確。然然后在加載頭頭上安裝位移移計并對位移移計調零，最最后選擇加載載軸及加載比比例后開始加加載，由計算算機自動記錄錄荷載及位移移值；（6）取出破壞的試件件，觀察其破破壞形態。第三章試驗數據據及其處理3.1實際應變的的獲取試驗獲得的應變為為名義應變，是RPC試塊與減磨層的共同應變，故應將所得試驗應變減去減磨層應變，才是RPC試塊的實際應變。為此，必須對減磨層應變進行標定。標定時采用彈性模量為200GPa的鋼試塊，采用與PRC試塊加載時一樣的減磨層（尺寸、材料、制作方法均一樣）。原則上一個應力比進行一次標定即可，但鑒于最初加載速率處于摸索階段，應力比為1：0.1的第一個試塊按90的恒定速率加載，所得曲線下降段不完整，故之后的加載采用變速率加載，即1-2000個點區間按180的速率加載，2000-6000個點區間按90的速率加載，6000-10000個點區間按50的速率加載，所得曲線較理想。故應力比1：0.1進行兩次標定，應力比1：0.3進行兩次標定，應力比1：1進行兩次標定。標定所得應變是減減磨層和鋼試試塊的共同應應變，用所得得應力除以鋼鋼的彈性模量量，即得鋼試試塊的應變；；然后用標定定所得應變減減去鋼試塊的的應變，即得得減磨層的應應變；最后，將將試驗所得應變變減去其對應應的減磨層應應變，即得RPC試塊的實際際應變。但試驗獲得的數數據分別是試試驗位移（μm）、試驗力（KN）、標定位移（μμm）和標定（KKN），故先以試驗位移除以RPC試塊長（1449mm）得到試驗應變，標標定位移除以以鋼試塊（150mm）得到標定應應變，試驗力除以受受力面積（1149mm*50mm）得到試驗應力，標定力力除以受力面面積（1500mm*150mm）得到標標定應力。得得到試驗和標定的的應力、應變之后方方可進行下一一步處理。舉舉例如下：標定應變標定應力鋼的應變減磨層應變-5.09-3.59-17.9312.85-5.09-3.60-18.0012.91-5.09-3.60-18.0012.91-5.09-3.59-17.9312.85-6.11-3.60-18.0011.89-6.11-3.59-17.9311.83-6.11-3.59-17.9311.83-8.13-3.59-17.939.80-10.20-3.60-18.007.80-11.20-3.59-17.936.73-12.20-3.59-17.935.73-14.27-3.59-17.933.67-15.27-3.60-18.002.73-16.27-3.60-18.001.73-18.33-3.60-18.00-0.33-20.33-3.60-18.00-2.33-22.40-3.60-18.00-4.40-23.40-3.60-18.00-5.40-24.40-3.61-18.07-6.33-26.47-3.61-18.07-8.40-27.47-3.63-18.13-9.33-28.47-4.47-22.33-6.13-30.53-4.80-24.00-6.53-31.53-4.89-24.47-7.07-32.53-4.91-24.53-8.00-34.60-4.93-24.67-9.93-36.60-4.95-24.73-11.87-38.67-4.95-24.73-13.93-39.67-4.96-24.80-14.87-40.67-4.96-24.80-15.87-42.73-4.96-24.80-17.93-43.73-4.97-24.87-18.87-44.73-5.03-25.13-19.60-45.80-5.15-25.73-20.07-47.80-5.33-26.67-21.13-48.80-5.43-27.13-21.67-50.87-5.48-27.40-23.47-52.87-5.55-27.73-25.13表3-1減磨層應變變的獲得試驗應變試驗應力減磨層應變標定應力試驗應變46.58-2.8312.85-3.5946.5846.58-2.8512.91-3.6046.5846.58-2.8512.91-3.6046.5846.58-2.8512.85-3.5946.5846.58-2.8511.89-3.6046.5846.11-2.8511.83-3.5946.1145.57-2.8511.83-3.5945.5744.03-2.859.80-3.5944.0342.01-2.857.80-3.6042.0140.94-2.856.73-3.5940.9439.40-2.855.73-3.5939.4038.39-2.853.67-3.5938.3936.85-2.852.73-3.6036.8535.30-2.861.73-3.6035.3033.29-2.85-0.33-3.6033.2931.21-2.85-2.33-3.6031.2129.73-2.86-4.40-3.6029.7328.66-2.86-5.40-3.6028.6627.11-2.87-6.33-3.6127.1126.11-3.07-8.40-3.6126.1124.56-3.72-9.33-3.6324.5623.02-3.95-6.13-4.4723.0222.01-4.03-6.53-4.8022.0120.47-4.04-7.07-4.8920.4718.93-4.04-8.00-4.9118.9316.91-4.03-9.93-4.9316.9114.83-4.03-11.87-4.9514.8313.29-3.99-13.93-4.9513.2912.28-3.84-14.87-4.9612.2810.74-3.72-15.87-4.9610.749.73-3.68-17.93-4.969.738.19-3.65-18.87-4.978.196.66-3.64-19.60-5.036.66表3-2RPC試塊塊實際應變的的獲得從表3-2可知，試驗驗應力和標定定應力并非一一一對應的，故故需在兩者之之間尋找相等等（或差值小小于0.5）的應力，然然后再將兩者者所對應的試試驗應變減去去減磨層應變變，這樣得到到的才是RPC試塊的實際際應變。因為為數據量非常常大，每個試試塊采集的點點都在8000個以上，人工工尋找對應的的試驗應力和標標定應力工作作量非常大，故故采用VB編程，自動處理，最最終得到PRC實際的應變-應力曲線。圖3-1數據處理軟軟件3.2應力比1：：0.1的σ-ε曲線（1）主軸圖3-2應力比1//0.1時的σ-ε曲線由圖3-2可見，三個個試塊在彈性性階段均表現現出較完整的的直線上升趨趨勢，且曲率率基本相同。但但彈性階段之之后，三者變變化趨勢差異異較大，亦即即離散度比較較大，必須做做出取舍。曲線1始終處于上升階段段，峰值應力力為210.774MPa，峰值應變變為8224..12με，基本沒有下降降段，峰值過過后試塊直接接崩裂，發生生脆性破壞，其原因主要在于加載速率過快，整個過程加載速率恒定為90，從而導致其強度增大，且最終脆性崩裂。故該曲線不足以作為應力比1/0.1時RPC試塊的正常曲線，舍去。曲線2亦不完整，大部分分處于上升段段，峰值應力力為162.442MPa，峰值應變變為7046..27με，峰值過后后有一小段下下降段。曲線3最為完整，峰值應應力為168MPa，峰值應變變為3797..67με，峰值應力與與曲線2接近，峰值應應變則差別較較大。峰值過過后出現將長長的一段下降降段，但在7000με-7400με之間出現應力力反彈，強度度突增至1667MPa，這可能是是因為該試塊塊鋼纖維分布布不均勻，RPC基材破裂后鋼鋼纖維承擔大大部分應力，從從而導致應力力反彈現象。故故此段數據可可去除。綜合上述分析，取取曲線2全段和曲線線三（去除77000με-7400με之間的數據據）部分來進進行擬合，最最終得到應力力比為1：0.1的σ-ε曲線，如下：：圖3-3應力比1//0.1時最終σ-ε曲線由圖3-3可見，應力力比為1/0.1時，RPC試塊峰值應應力為1688MPa，峰值應變變為3800με。（2）水平軸按照上述處理主軸軸σ-ε曲線的方法法，可得到應力比比1/0.1時水平軸的的σ-ε曲線，如下下：圖3-4應力比1//0.1時水平軸σ-ε曲線由圖3-4可見，應力力比為1/0.1時，水平軸軸σ-ε曲線基本成線線性，整個曲曲線處于上升升階段，但起起點沒有從0開始，而是是從0με-5.88MPa開始，其原原因在于記錄錄儀器的誤差差所致，其余余應力比下水平平軸σ-ε曲線均有此特特點；峰值應應力為21MPa，為主軸峰值值應力的0..125倍，沒有嚴嚴格等于0.1，其原因主主要是加載儀儀器本身誤差差所致；峰值值應變為1110με，與之對應地地，主軸應力力為21MPPa時的應變是是980με，其原因因在于RPC泊松膨脹效效應所致，當當水平軸應力力達到21MPa時，主軸處于于峰值應力1168MPaa附近，泊松松膨脹效應使使得RPC試塊在水平平方向產生拉拉應力，抵消消部分加載壓壓應力，因而而相同應力值值下應變差距距較大。3.3．應力比11：0.3的σ-ε曲線（1）主軸圖3-5應力比為11/0.3時時三條σ-ε曲線由圖3-5可見，曲線線2最為完整，但但其峰值與另另兩條曲線峰峰值差距較大大，離散度過過大，舍去；；曲線3只有上升段段，亦屬于非普通通情形，舍去去；曲線1有一部分下下降段，峰值值與中間值接接近，故取曲曲線1為應力比為1/0.3時最終的σ-ε曲線，如下：：圖3-6應力比1//0.3時最最終σ-ε曲線由圖3-6可見，應力力比為1/0.3時，RPC試塊峰值應應力為1488MPa，峰值應變變為50488.37με（2）水平軸按照上述處理主軸軸σ-ε曲線的方法法，可得到應應力比1/00.1時水平軸的的σ-ε曲線，如下下：圖3-7應力比1//0.3時水平軸σ-ε曲線由圖3-7可見，應力力比為1/0.3時，水平軸軸σ-ε曲線接近線性性，整個曲線線處于上升階階段，但與圖3-4一樣，由于于記錄儀器存存在誤差，起起點沒有從0開始，而是是從0με-5.88MPa開始；峰值應力為45MPa，為主軸峰值值應力的0..3倍，與理論控控制值吻合；；峰值應變為為1100μεε，比主軸應應力45MPa時對應的應應變小，原因因前面已述。但同時也可以看到，兩者之差比應力比為1/0.1時小很多，這是應力比變大所致。3.4．應力比11：1的σ-ε曲線（1）主軸圖3-8應力比1//1時三條σ-ε曲線由圖3-8可見，三條條曲線峰值很很接近，但曲曲線1不完整，舍舍去；曲線2和3均很豐滿，上上升段基本吻吻合，峰值應應力和峰值應應變相近，但但曲線2下降段較符符合經典曲線線趨勢，曲線線3則波動較大大，峰值后出出現一段平臺臺，應變為4500μεε-55000με區間內出出現應力反彈彈現象，屬于于非正常變化化。鑒于上述述三條曲線特特點，故取曲曲線2為應力比1/1時的最終σ-ε曲線：圖3-9應力比1//1時最終σ-ε曲線由圖3-9可見，應力力比為1：1時，峰值應應力為1155.33MPPa，峰值應變變為33366.35μεε。（2）水平軸.按照上述處理主軸軸σ-ε曲線的方法法，可得到應應力比1/00.1時水平軸的的σ-ε曲線，如下下：圖3-10應力比11/1時水平軸σ-ε曲線由圖3-10所致，應應力比為1/1時，水平軸軸σ-ε曲線與主軸軸σ-ε曲線相近，表表現為直線上上升（彈性階階段）-非線性上升升（彈塑性和和塑性階段）-峰值-迅速（大曲曲率）下降-拐點-緩慢（小曲曲率）下降六六個階段；峰峰值應力為99MPa，為主軸峰峰值應力0..86倍，與理論論控制值有一一定差距；峰峰值應變為3500μεε，與主軸相同同應力值下對對應的應變相相當。第四章試驗結果果分析由于RPC200是新新型材料而且且其超高的力力學性能，國國內外還未對對其二軸、三三軸力學試驗驗進行研究過過。本次試驗在RPC2000單軸試驗研研究成果的基基礎上以及試試驗條件和試試驗經費允許許的范圍內，初初步對其二軸軸力學性能進進行探索研究究。4.1破壞模式混凝土損傷和破壞壞的過程是異異常復雜的，在在不同的應力力狀態和邊界界條件作用下下其破壞模式式和形態都有有顯著的差別別，即便是相相同的應力狀狀態下其破壞壞形態也不盡盡相同。試驗驗過程中詳細細記錄試件的的破壞模式對對研究混凝土土的破壞機理理、理解混凝凝土材料力學學性能的本質質以及解釋試試件和結構的的損傷破壞現現象都具有重重要的意義。RPC單軸受壓破破壞已被廣泛泛研究，獲得得了較全面的的試驗成果。但二軸應力力狀態下RPC的破壞形式式尚未本找到相關文文獻記錄。單單軸應力作用用下，由于泊泊松膨脹作用用，混凝土結結構微粒向另另兩個自由面面膨脹，若摻摻入鋼纖維，則則同時受到鋼鋼纖維的阻裂裂作用，其中中鋼纖維的強強度以及鋼纖纖維與混凝土土的膠結力是是阻裂作用的的控制因素。在二軸應力狀態下，試塊只有一個自由面，應力比對RPC的破壞有直接影響。而且在實際工程中，混凝土構件大多處于復合應力狀態下，因此研究不同應力比下RPC的破壞模式具有實際意義。本試驗采用三個應力比：1/0.1、1/0.3、1/1，共九個試塊，試驗所得試塊破壞情況如下：（1）應力比1：0.11時：圖4-1應力比1//0.1第一塊圖4-2應力比1//0.1第二塊圖4-3應力比1//0.1第三塊（2）應力比1：0.33時：圖4-4應力比1//0.3第一塊圖4-5應力比1//0.3第二塊圖4-6應力比1//0.3第三塊（3）應力比1：1時：：圖4-7應力比1//1第一塊圖4-8應力比1//1第二塊圖4-9應力比1//1第三塊受壓荷載下RPCC的破壞過程程實質上是微微裂紋發生、擴擴展以至貫穿穿的過程.試件到達峰峰值應力前，其其表面很少出出現可見裂縫縫，在接近峰峰值應力時會會聽到明顯的的劈裂聲，峰峰值應力過后后，很快出現現平行或傾斜斜于荷載方向向的可見裂縫縫，試件內部部劈裂聲更加加明顯，隨后后形成主裂縫縫并迅速發展展，直至貫通通整個截面..與普通棍凝凝土的破壞形形態不同的是是，RPC試件可可能為劈裂破破壞，也可能能為剪切破壞壞。由上面的試件破壞壞形態看，破破壞的試件大大多數表面存存在一條明顯顯的剪切裂縫縫，裂縫偏離離豎向或橫向向30度左右，剪剪切面上的鋼鋼纖維基本被被拔出或者拉拉斷。在這一破壞壞過程中，當當外加壓應力力達到基體的的極限抗壓強強度時，就會會貫通試件高高度而產生一一連續的剪切切面，并且RRPC有沿剪剪切面產生相相對滑移的趨趨勢，此時鋼鋼纖維與RPPC之間仍然然存在拉應力力，鋼纖維可可以繼續吸收收大量的外來來能量。正因為有跨跨越剪切面的的鋼纖維的存存在，滑移受受到約束，鋼鋼纖維便承擔擔了外加壓力力在剪切面處處產生的全部部剪應力，因因而使得RPPC試件不會會瞬間崩潰繼繼續加載，越越來越多的鋼鋼纖維破壞，試試件的承載力力不斷下降，直直至喪失承載載力，其中鋼鋼纖維的破壞壞形式有兩種種：一種為拔出出破壞，一種種為拉斷破壞壞。4.2RPC雙軸軸受壓破壞全全過程描述同一坐標下三種應應力比下RPC試塊σ-ε曲線如下：圖4-10同一一坐標下三應應力比主軸σ-ε曲線由試驗得到的曲線線可知，RPC2000雙軸受壓變變形大致經歷歷了以下幾個個階段：（1）線性上升段，對應應荷載增加過過程。在此過過程中，當應應力達到極限限抗壓強度的的80%左右時，在在試件的豎向向上下部