一种基于延性分级指标的高弹模CA-RPC体系设计方法

本发明属于土木工程领域中的活性粉末混凝土，具体涉及一种面向结构应用需求的基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法。

背景技术：

1、活性粉末（rpc）抗裂性能优异，微裂缝自愈能力强，广泛适用于预制装配式桥梁。然而高昂的材料价格与弹模较强度提升较小的问题严重制约了rpc材料的大范围推广应用。国内外学者通过添加粗骨料研制出了低收缩、高弹模的低成本粗骨料rpc体系，通过减小截面高度等方式减少粗骨料rpc材料消耗，为粗骨料rpc材料在南京长江五桥组合梁斜拉桥中的应用奠定了基础，成功助力桥梁结构的性能跨越和体系创新。

2、通过国内外研究和工程实践发现，粗骨料rpc体系浇筑时存在垂直于浇筑方向的物相不均匀分布，产生远低于沿浇筑方向性能的薄弱区域，从而导致无法发挥粗骨料rpc材料的超高性能，制约了粗骨料rpc材料在结构中的推广应用。此外，ca-rpc的评价指标缺失也严重制约了材料超高性能的发挥和实际工程的快速推广选用。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明公开了一种面向结构功能需求的基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法。从结构不同功能需求出发，建立面向结构需求的低、中、高三大延性指标；根据确定的基础ca-rpc高弹模配合比，采用纤维混掺、骨料纤维耦合、纤维网格迁移限位三大技术手段等实现相应延性指标需求，最终形成考虑延性分级指标的高弹模ca-rpc体系全套设计方法。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，

4、根据ca-rpc体系的目标结构性能需求及拟配筋状态，将其分为受压区、配筋受拉区及无配筋受剪区；

5、受压区采用低延性指标，配筋受拉区采用中延性指标，无配筋受剪区采用高延性指标；

6、对于低延性指标，采用低应变硬化ca-rpc；

7、对于中延性指标，采用中应变硬化ca-rpc；

8、对于高延性指标，采用高应变硬化ca-rpc。

9、进一步的，对于低延性指标，采用纤维复掺技术实现应变硬化；

10、对于中延性指标，采用纤维复掺技术结合纤维-骨料耦合技术实现应变硬化；

11、对于高延性指标，采用纤维复掺技术结合纤维-纤维网限位技术实现应变硬化。

12、进一步的，所述的纤维混掺，为复掺体积占比1%直纤维及1%端钩纤维，达到受拉下的低应变硬化，使应变达0.1%-0.2%。

13、进一步的，所述的纤维-骨料耦合技术，为通过环氧树脂与钢纤维混合，形成骨料-纤维一体化效果，达到受拉下的中应变硬化，使应变达0.2-0.3%。

14、进一步的，所述的连续纤维网格迁移限位技术，为层间铺设连续碳纤维/玄武岩纤维网格，通过纤维网格阻止骨料下沉纤维上浮迁移，形成连续纤维网-基体-钢纤维协同作用，实现高应变硬化特征的实现，应变达0.4%以上。

15、进一步的，直钢纤维为13mm长，0.2mm直径；带端钩钢纤维为20mm长，0.2mm直径。

16、进一步的，高弹模体系ca-rpc粉料及骨料配合质量比为：水泥0.8-1.2、硅灰0.2-0.3、石英砂0.4-0.6、玄武岩0.4-0.6、水0.1-0.2、减水剂0.03-0.05、钢纤维体积分数为总体积的1%-2%，采用5-8mm直径的玄武岩骨料，骨料质量替代率40%-60%。

17、进一步的，对于高延性指标的ca-rpc制备包括：

18、将玄武岩清洗干燥后、浸胶粘上钢纤维；

19、按水泥、硅灰、石英砂、水、减水剂的顺序依次上料，进行搅拌80-200秒；

20、添加处理后的玄武岩粗骨料，搅拌120-160秒后进行浇筑，浇筑过程中每隔1-2cm铺设一层纤维网格，直至全部浇筑完毕，完成高延性体系的ca-rpc制备。

21、进一步的，对于低延性指标的ca-rpc制备包括：

22、将玄武岩清洗干燥后备用；

23、按水泥、硅灰、石英砂、水、减水剂的顺序依次上料，进行搅拌80-200秒；

24、添加玄武岩粗骨料，搅拌120-160秒后按比例添加短直钢纤。

25、进一步的，对于中延性指标的ca-rpc制备包括：

26、将玄武岩清洗干燥后、浸胶粘上端钩钢纤维；

27、按水泥、硅灰、石英砂、水、减水剂的顺序依次上料，进行搅拌80-200秒；

28、添加处理后的玄武岩粗骨料，搅拌120-160秒后，进行再次加入短直纤维搅拌120-160秒后浇筑，完成中延性体系的ca-rpc制备。体系指标为：抗压强度大于150mpa，弹模大于55gpa，抗拉强度大于9mpa，具有应变硬化特征。

29、本发明的有益效果是：

30、1.该发明中提供了依功能需求的ca-rpc材料的高弹模基本配方，高弹模特征可有效降低结构截面面积，减少材料用量，降低成本，有利于ca-rpc材料的推广应用；

31、2.该发明中提供了低、中、高延性指标的ca-rpc全体系制备方法，其中骨料纤维耦合技术可以有效解决纤维骨料互斥效应，提高了ca-rpc的材料性能稳定性；

32、3.该发明中的连续纤维网格迁移限位技术可有效解决复杂物相迁移带来的性能稳定性差的问题，进一步提高了ca-rpc的材料性能稳定性；

33、4.该发明最终形成了基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系，可直接用于结构设计中的材料选择，为实际工程设计使用提供的计算基础。

技术特征：

1.一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，其特征在于：对于低延性指标，采用纤维复掺技术实现应变硬化；

3.根据权利要求2所述的一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，其特征在于：所述的纤维混掺，为复掺体积占比1%直纤维及1%端钩纤维，达到受拉下的低应变硬化，使应变达0.1%-0.2%。

4.根据权利要求3所述的一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，其特征在于：所述的纤维-骨料耦合技术，为通过环氧树脂与钢纤维混合，形成骨料-纤维一体化效果，达到受拉下的中应变硬化，使应变达0.2-0.3%。

5.根据权利要求4所述的一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，其特征在于：所述的连续纤维网格迁移限位技术，为层间铺设连续碳纤维/玄武岩纤维网格，通过纤维网格阻止骨料下沉纤维上浮迁移，形成连续纤维网-基体-钢纤维协同作用，实现高应变硬化特征，应变达0.4%以上。

6.根据权利要求5所述的一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，其特征在于：直钢纤维为13mm长，0.2mm直径；带端钩钢纤维为20mm长，0.2mm直径。

7.根据权利要求1所述的一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，其特征在于：高弹模体系ca-rpc粉料及骨料配合质量比为：水泥0.8-1.2、硅灰0.2-0.3、石英砂0.4-0.6、玄武岩0.4-0.6、水0.1-0.2、减水剂0.03-0.05、钢纤维体积分数为总体积的1%-2%，采用5-8mm直径的玄武岩骨料，骨料质量替代率40%-60%。

8.根据权利要求1所述的一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，其特征在于：对于高延性指标的ca-rpc制备包括：

9.根据权利要求8所述的一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，其特征在于：对于低延性指标的ca-rpc制备包括：

10.根据权利要求9所述的一种基于延性分级指标的高弹模ca-rpc体系设计方法，其特征在于：对于中延性指标的ca-rpc制备包括：

技术总结
本公开涉及粗骨料活性粉末混凝土（CA‑RPC）技术领域，提供了一种基于延性分级指标的高弹模CA‑RPC体系设计方法，根据CA‑RPC体系的目标结构性能需求及拟配筋状态，将其分为受压区、配筋受拉区及无配筋受剪区；受压区采用低延性指标，配筋受拉区采用中延性指标，无配筋受剪区采用高延性指标；对于低延性指标，采用低应变硬化CA‑RPC；对于中延性指标，采用中应变硬化CA‑RPC；对于高延性指标，采用高应变硬化CA‑RPC。本发明建立了表征为低、中、高三大延性指标的全套体系设计方法，有利于CA‑RPC的进一步工程推广。

技术研发人员：王景全,陆凯卫,崔冰,刘加平,高原
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15