绿色环保型高韧性水泥基复合材料配合比优化研究
发布时间：2021-12-19 03:49
采用正交试验设计方法,通过四点弯曲试验,研究水胶比、砂胶比、粉煤灰掺量/水泥用量、纤维体积掺量、水胶比与粉煤灰/水泥用量的交互作用和砂胶比与粉煤灰/水泥用量的交互作用对绿色环保型高韧性水泥基复合材料宏观力学性能的影响。研究结果表明,各因素对复合材料宏观力学性能的影响从大到小依次是:纤维体积掺量、砂胶比、粉煤灰掺量、水胶比。试验得到的最优配合比为:W/B=0.35,S/B=0.25,FA/C=2.5,Vf=2.2%;工程实用配合比为:W/B=0.35,S/B=0.42,FA/C=2.5,Vf=2.0%。在对试验结果分析的基础上,提出绿色环保型高韧性水泥基复合材料的基本设计原则。研究成果对绿色环保型高韧性水泥基复合材料的配合比优化设计具有重要指导意义。
【文章来源】：北方交通. 2020,(11)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
搅拌流程图
首先分别以挠度和荷载为评价指标作单一指标分析，明确各指标的显著性水平，然后采用综合平衡法对各个指标的最优配合比进行综合平衡，找出兼顾每个指标都尽可能好的配合比。以挠度为指标的单一指标分析详见表5，以荷载为指标的单一指标分析详见表6。表7给出了因素的主次顺序和优水平。从分析结果可以看出，在试验所研究的范围内，就挠度而言，各因素的影响从大到小依次为纤维掺量、砂胶比、水胶比和粉煤灰掺量，并且纤维掺量、砂胶比、水胶比的显著性水平都是0.05,S/B和FA/C的交互作用的显著性水平是0.10;就荷载而言，各因素的影响从大到小依次为纤维掺量、粉煤灰掺量、砂胶比、水胶比，其中纤维掺量的显著性水平是0.05,FA/C以及S/B和FA/C的交互作用的显著性水平是0.10,S/B的显著性水平是0.25，说明砂胶比和水胶比的影响不显著。最终得到的优化配合比是:W/B=0.35,S/B=0.25,FA/C=2.5,Vf=2.2%。考虑材料造价问题，应该在满足实际结构所要求的材料性能的前提下，尽量降低纤维含量，从而节约成本，提高材料的经济实用性，因此，实际应用中可选择纤维体积掺量2%。由于砂胶比的变化直接影响材料的弹性模量，因此，在满足实际工程所要求的变形能力和韧性的前提下，应该尽可能地提高材料的砂胶比。经过上述试验结果分析，当砂胶比较高时，荷载的变化不显著，挠度虽然降低，但是仍能满足一般工程需要，所以实际工程中可以选择0.42的砂胶比。这样，一方面可以提高材料的弹性模量，另一方面也可以降低单位体积的水泥用量，进一步节约成本，降低环境污染。因此，实际工程中建议更实用的配合比:W/B=0.35,S/B=0.42,FA/C=2.5,Vf=2.0%。计算得到的优化配合比的抗弯强度和等效拉伸应变分别是15.91MPa和3.77%，实用配合比的抗弯强度和等效拉伸应变分别是13.16MPa和2.95%。从图2中可以看出两个配合比都具有明显的应变硬化性能，尽管实用配合比的挠度比优化配合比小，但仍能满足绝大多数工程的需要，并且较正交设计得到的优化配合比具有更高的性价比，所以初步确定最优配合比为上面建议的实用配合比。
【参考文献】：
期刊论文
[1]UHTCC薄板弯曲荷载-变形硬化曲线与单轴拉伸应力-应变硬化曲线对应关系研究[J]. 蔡向荣,徐世烺. 工程力学. 2010(01)
[2]超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能[J]. 徐世烺,蔡向荣. 水利学报. 2009(09)
本文编号：3543713
【文章来源】：北方交通. 2020,(11)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
搅拌流程图
首先分别以挠度和荷载为评价指标作单一指标分析，明确各指标的显著性水平，然后采用综合平衡法对各个指标的最优配合比进行综合平衡，找出兼顾每个指标都尽可能好的配合比。以挠度为指标的单一指标分析详见表5，以荷载为指标的单一指标分析详见表6。表7给出了因素的主次顺序和优水平。从分析结果可以看出，在试验所研究的范围内，就挠度而言，各因素的影响从大到小依次为纤维掺量、砂胶比、水胶比和粉煤灰掺量，并且纤维掺量、砂胶比、水胶比的显著性水平都是0.05,S/B和FA/C的交互作用的显著性水平是0.10;就荷载而言，各因素的影响从大到小依次为纤维掺量、粉煤灰掺量、砂胶比、水胶比，其中纤维掺量的显著性水平是0.05,FA/C以及S/B和FA/C的交互作用的显著性水平是0.10,S/B的显著性水平是0.25，说明砂胶比和水胶比的影响不显著。最终得到的优化配合比是:W/B=0.35,S/B=0.25,FA/C=2.5,Vf=2.2%。考虑材料造价问题，应该在满足实际结构所要求的材料性能的前提下，尽量降低纤维含量，从而节约成本，提高材料的经济实用性，因此，实际应用中可选择纤维体积掺量2%。由于砂胶比的变化直接影响材料的弹性模量，因此，在满足实际工程所要求的变形能力和韧性的前提下，应该尽可能地提高材料的砂胶比。经过上述试验结果分析，当砂胶比较高时，荷载的变化不显著，挠度虽然降低，但是仍能满足一般工程需要，所以实际工程中可以选择0.42的砂胶比。这样，一方面可以提高材料的弹性模量，另一方面也可以降低单位体积的水泥用量，进一步节约成本，降低环境污染。因此，实际工程中建议更实用的配合比:W/B=0.35,S/B=0.42,FA/C=2.5,Vf=2.0%。计算得到的优化配合比的抗弯强度和等效拉伸应变分别是15.91MPa和3.77%，实用配合比的抗弯强度和等效拉伸应变分别是13.16MPa和2.95%。从图2中可以看出两个配合比都具有明显的应变硬化性能，尽管实用配合比的挠度比优化配合比小，但仍能满足绝大多数工程的需要，并且较正交设计得到的优化配合比具有更高的性价比，所以初步确定最优配合比为上面建议的实用配合比。
【参考文献】：
期刊论文
[1]UHTCC薄板弯曲荷载-变形硬化曲线与单轴拉伸应力-应变硬化曲线对应关系研究[J]. 蔡向荣,徐世烺. 工程力学. 2010(01)
[2]超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能[J]. 徐世烺,蔡向荣. 水利学报. 2009(09)
本文编号：3543713
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/sgjslw/3543713.html
