摘要
轻骨料混凝土由于其轻质高强、绿色环保和优异的热力学物理性能等特性，使其在大跨桥梁和高层建筑中得到了广泛的应用。但在严寒地区，反复的冻融循环作用会降低轻骨料混凝土的耐久性，这限制了轻骨料混凝土在低温冻融环境下的使用。因此，为了探究轻骨料混凝土在冻融环境下的性能，并为轻骨料混凝土抗冻融耐久性能的设计提供有效的评估方法。本文以粉煤灰陶粒（绿色清洁且高强的工业废料轻骨料）、普通河砂、硅灰、粉煤灰和水泥为原材料，制备了玄武岩纤维（BF）和聚丙烯腈纤维（PANF）增强轻骨料混凝土。为探究冻融对纤维增强轻骨料混凝土力学性能的影响，本文主要完成了以下工作： (1)完成了105个纤维增强轻骨料混凝土试件常温下抗压性能、劈裂抗拉性能、抗折性能和抗剪性能的试验探究，得到了常温下纤维增强轻骨料混凝土的抗压应力-应变曲线、劈裂抗拉荷载-变形曲线、抗折荷载-挠度曲线以及抗剪应力-应变曲线。试验结果表明，BF和PANF的掺入对轻骨料混凝土抗压强度提升较小，但对劈裂抗拉强度、抗折强度和抗剪强度的提升效果明显。当BF和PANF掺量大于1%时能有效改善抗压应力-应变曲线、劈裂抗拉荷载-变形曲线以及抗折荷载-挠度曲线峰值后的曲线陡降现象。提出了基于强度增强系数β的强度计算公式，并建立了剪切模量和抗剪应力-应变曲线的计算公式。 (2)完成了246个纤维增强轻骨料混凝土试件冻融后抗压性能的试验探究。通过试验得到了冻融后立方体抗压强度、轴心抗压强度及抗压应力-应变曲线的变化规律。试件结果表明，BF和PANF抑制冻融后立方体抗压强度和轴心抗压退化的最佳掺量均为1%。提出了考虑尺寸效应和荷载效应的等损伤条带法的冻融后抗压强度计算方法。对比分析了耦合损伤模型和Weibull模型对冻融后抗压应力-应变曲线的计算结果，建议使用Weibull模型计算冻融后纤维增强轻骨料混凝土的抗压应力-应变曲线。并提出了适用于评估冻融后纤维增强轻骨料混凝土抗压韧性评估方法。 (3)完成了246个纤维增强轻骨料混凝土试件冻融后抗折性能和劈裂抗拉性能的试验研究。试验结果表明，当冻融循环次数小于200次时，BF和PANF的掺入，对峰值点后抗折荷载-挠度曲线和劈裂抗拉荷载-变形曲线的陡降现象有一定程度的改善。但当冻融循环次数大于200次时，BF和PANF对峰值点后曲线陡降现象的改善作用逐渐减弱甚至消失。根据常温下对弯曲韧性的评估方法，提出了适用于评估冻融后纤维增强轻骨料混凝土弯曲韧性和劈裂抗拉韧性的评估方法。 (4)完成了42个纤维增强轻骨料混凝土等高变宽短梁试件（UDVW）冻融后抗剪性的试验探究。试验结果表明，纤维对冻融后UDVW抗剪破坏形态的影响不大。BF和PANF对冻融后抗剪强度提升的最佳掺量分别为1%和1.5%。根据试验结果，提出了冻融后峰值割线剪切模量和初始切线剪切模量的计算公式。基于Weibull计算模型，提出了冻融后纤维增强轻骨料混凝土抗剪应力-应变曲线的计算公式。 (5)分别基于纤维增强轻骨料混凝土冻融后RDEM和强度的退化情况，对其冻融耐久性能进行了评估分析。提出了基于Hognestad模型的冻融后强度退化极限状态的判定标准。并提出了纤维增强轻骨料混凝土基于强度损失率的冻融耐久性评估方法。
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