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基于灰色关联理论的PP-SACC修复材料弯曲性能

崔圣爱 夏葳 徐李麟 张书豪 李固华

崔圣爱, 夏葳, 徐李麟, 张书豪, 李固华. 基于灰色关联理论的PP-SACC修复材料弯曲性能[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220459
引用本文: 崔圣爱, 夏葳, 徐李麟, 张书豪, 李固华. 基于灰色关联理论的PP-SACC修复材料弯曲性能[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220459
CUI Sheng’ai, XIA Wei, XU Lilin, ZHANG Shuhao, LI Guhua. Bending Properties of Polypropylene Fiber-Sulfoaluminate Cement-Based Repair Material Using Grey Relation Theory[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220459
Citation: CUI Sheng’ai, XIA Wei, XU Lilin, ZHANG Shuhao, LI Guhua. Bending Properties of Polypropylene Fiber-Sulfoaluminate Cement-Based Repair Material Using Grey Relation Theory[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220459

基于灰色关联理论的PP-SACC修复材料弯曲性能

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220459
基金项目: 国家自然科学基金(52278277);四川省国际科技创新合作项目(2023YFH0061);四川省中央引导地方科技发展专项项目(2021ZYD0045);成都市科技计划(2021-YF05-00138-SN);中央高校基本科研业务费(2682021GF020)
详细信息
    作者简介:

    崔圣爱(1981—),女,教授,博士,研究方向为桥梁结构动力学性能及土木工程新材料,E-mail:shengai_cui@126.com

    通讯作者:

    李固华(1963—),男,教授,博士,研究方向为土木工程材料性能,E-mail:lgh-100@vip.163.com

  • 中图分类号: TU502.6

Bending Properties of Polypropylene Fiber-Sulfoaluminate Cement-Based Repair Material Using Grey Relation Theory

  • 摘要:

    为提高水泥基增强复合材料(ECC)经济效益并控制修复周期,以较低成本的聚丙烯纤维和快硬早强硫铝酸盐水泥为关键组材,设计聚丙烯纤维硫铝酸盐水泥基(PP-SACC)修复材料,并探究水胶比、纤维掺量及骨料粒径对修复材料弯曲性能的影响规律,联用灰色关联模型对PP-SACC各工况进行综合评价. 研究结果表明:纤维掺量是影响强度、韧性及裂缝特性最重要的因素,纤维掺量对初裂强度、韧性指标及平均裂缝宽度的影响因子分别为−0.68、0.79和−0.98;骨料粒径对裂缝特性同样有明显的影响,石英砂尺寸对平均裂缝宽度的影响因子为−0.86;水胶比对强度和韧性也有着显著的影响,合理的水胶比更有利于充分发挥纤维的桥连效应;PP-SACC修复材料在具备优异韧性的同时具有挠曲硬化特性.

     

  • 图 1  试件成型

    Figure 1.  Specimen preparation

    图 2  四点弯曲试验装置

    Figure 2.  Four-point bending test device

    图 3  各工况弯曲荷载-跨中挠度曲线

    Figure 3.  Mid-span deflection-bending load curves under all working conditions

    图 4  各工况收缩变形随龄期变化

    Figure 4.  Shrinkage deformation variation under all working conditions with curing age

    表  1  快硬硫铝酸盐水泥的化学成分组成

    Table  1.   Chemical compositions of sulfoaluminate cement featuring fast hardening

    成分 CaO Al2O3 SiO2 SO3 MgO Fe2O3
    含量/% 47.4 23.5 10.1 12.3 4.4 2.3
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    表  2  微珠化学成分组成

    Table  2.   Chemical compositions of cenosphere %

    成分 含量 成分 含量
    SiO2 56.6 Fe2O3 5.3
    CaO 4.8 Na2O 1.4
    MgO 1.3 K2O 3.3
    Al2O3 26.5 SO3 0.8
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    表  3  PP纤维物性参数

    Table  3.   Physical properties of PP fibers

    参数 断裂强度/MPa 当量直径/μm 纤维长度/mm 初始弹性模量/GPa 断裂伸长率/%
    取值 630 25.46 12 7.1 25.2
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    表  4  PP-SACC各工况基本配合比

    Table  4.   Mix proportions of PP-SACC under all working conditions

    试件编号 水胶比 骨料粒径/μm 纤维掺量/% 修复材料流动度/mm 基体流动度/mm
    A1-2.5 0.40 75 2.5 216 173
    A1-3.0 0.40 75 3.0 196
    A-2.5 0.40 160 2.5 211 230
    A-3.0 0.40 160 3.0 183
    B1-2.5 0.30 75 2.5 181 119
    B1-3.0 0.30 75 3.0 165
    B-2.5 0.30 160 2.5 173 123
    B-3.0 0.30 160 3.0 137
    C1-2.5 0.25 75 2.5 162 104
    C1-3.0 0.25 75 3.0 150
    C-2.5 0.25 160 2.5 171 118
    C-3.0 0.25 160 3.0 155
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    表  5  各工况初裂强度值

    Table  5.   Initial crack strengths under all working conditions

    编号 初裂强度/MPa 编号 初裂强度/MPa
    A1-2.5 4.56 B-2.5 8.74
    A1-3.0 5.06 B-3.0 6.31
    A-2.5 4.59 C1-2.5 8.44
    A-3.0 4.32 C1-3.0 8.32
    B1-2.5 6.79 C-2.5 8.44
    B1-3.0 5.73 C-3.0 8.14
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    表  6  各工况四点弯曲开裂行为

    Table  6.   Cracking behavior of four-point bending under all working conditions

    编号平均裂缝宽度/mm
    (根数/根)
    编号平均裂缝宽度/mm
    (根数/根)
    A1-2.50.24(6.33)B-2.50.23(6.00)
    A1-3.00.14(14.67)B-3.00.21(5.33)
    A-2.50.19(5.67)C1-2.50.19(7.33)
    A-3.00.47(1.67)C1-3.00.49(3.00)
    B1-2.50.29(4.67)C-2.50.23(8.33)
    B1-3.00.19(11.67)C-3.00.25(3.67)
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    表  7  各工况弯曲韧性指标

    Table  7.   Toughness index under all working conditions

    编号 I5 I10 I20 I40
    A1-2.5 3.82 7.49 17.14 33.13
    A1-3.0 4.11 8.15 16.91 35.8
    A-2.5 4.43 8.99 18.99 39.88
    A-3.0 4.32 8.56 18.31 38.17
    B1-2.5 3.74 7.14 15.79 32.92
    B1-3.0 4.33 8.77 18.65 40.29
    B-2.5 3.8 7.59 15.84 33.96
    B-3.0 4.22 8.49 17.76 38.4
    C1-2.5 4.12 8.23 17.3 39.11
    C1-3.0 3.58 7.14 17.05 36.97
    C-2.5 3.91 7.46 16.49 32.81
    C-3.0 3.72 7.55 17.92 29.69
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    表  8  反应弯曲性能指标关联度

    Table  8.   Correlation of bending property indexes

    影响因子 I40 平均裂缝宽度 初裂强度值
    水胶比 0.7321 0.6531 −0.8558
    骨料粒径 −0.2364 −0.8583 −0.2188
    纤维掺量 0.7947 −0.9843 −0.6774
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    表  9  PP-SACC各工况性能测试结果汇总

    Table  9.   Test results of PP-SACC under all working conditions

    组号 I40 平均裂缝
    宽度/mm
    初裂强度
    值/MPa
    A1-2.5 33.13 0.237 4.56
    A1-3.0 35.8 0.137 5.06
    A-2.5 39.88 0.194 4.59
    A-3.0 38.17 0.475 4.32
    B1-2.5 32.92 0.292 6.79
    B1-3.0 40.29 0.193 5.73
    B-2.5 33.96 0.233 8.74
    B-3.0 38.40 0.206 6.31
    C1-2.5 39.11 0.193 8.44
    C1-3.0 36.97 0.491 8.32
    C-2.5 32.81 0.231 8.44
    C-3.0 29.69 0.250 8.14
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  • 收稿日期:  2022-06-29
  • 修回日期:  2023-02-08
  • 网络出版日期:  2024-07-01

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